source: trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/rocketduststorm_mod.F90 @ 2929

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Mars GCM:
The variable co2ice is deleted. All the co2 ice on surface is now in qsurf(:,igcm_co2).
CO2 tracer is now mandatory. diagfi output is unchanged.
RV

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RevLine 
[1974]1      MODULE rocketduststorm_mod
2
3      IMPLICIT NONE
4
5      REAL, SAVE, ALLOCATABLE :: dustliftday(:) ! dust lifting rate (s-1)
[2584]6
7!$OMP THREADPRIVATE(dustliftday)
[1974]8     
9      CONTAINS
10
11!=======================================================================
12! ROCKET DUST STORM - vertical transport and detrainment
13!=======================================================================
[2079]14! calculation of the vertical flux
[2201]15! call of van_leer : Van Leer transport scheme of the dust tracers
[2079]16! detrainement of stormdust in the background dust
[1974]17! -----------------------------------------------------------------------
[2079]18! Authors: M. Vals; C. Wang; F. Forget; T. Bertrand
[1974]19! Institution: Laboratoire de Meteorologie Dynamique (LMD) Paris, France
20! -----------------------------------------------------------------------
21
22      SUBROUTINE rocketduststorm(ngrid,nlayer,nq,ptime,ptimestep,      &
23                                 pq,pdqfi,pt,pdtfi,pplev,pplay,pzlev,  &
24                                 pzlay,pdtsw,pdtlw,                    &
25!             input for radiative transfer
26                                 clearatm,icount,zday,zls,             &
[2826]27                                 tsurf,co2ice,igout,totstormfract,     &
[2417]28                                 tauscaling,dust_rad_adjust,           &
[2643]29                                 IRtoVIScoef,                          &
[1974]30!             input sub-grid scale cloud
31                                 clearsky,totcloudfrac,                &
[2199]32!             input sub-grid scale topography
[2628]33                                 nohmons,                              &
[2079]34!             output
[2246]35                                 pdqrds,wrad,dsodust,dsords,dsotop,    &
[2415]36                                 tau_pref_scenario,tau_pref_gcm)
[1974]37
[2079]38      USE tracer_mod, only: igcm_stormdust_mass,igcm_stormdust_number &
[1974]39                            ,igcm_dust_mass,igcm_dust_number          &
40                            ,rho_dust
41      USE comcstfi_h, only: r,g,cpp,rcp
[2079]42      USE dimradmars_mod, only: albedo,naerkind
43      USE comsaison_h, only: dist_sol,mu0,fract
[2826]44      USE surfdat_h, only: emis,zmea, zstd, zsig, hmons
[2226]45      USE callradite_mod, only: callradite
[2079]46      IMPLICIT NONE
[1974]47
[2160]48      include "callkeys.h"
49
[1974]50!--------------------------------------------------------
51! Input Variables
52!--------------------------------------------------------
53
54      INTEGER, INTENT(IN) :: ngrid ! number of horizontal grid points
55      INTEGER, INTENT(IN) :: nlayer ! number of vertical grid points
56      INTEGER, INTENT(IN) :: nq ! number of tracer species
57      REAL, INTENT(IN) :: ptime
58      REAL, INTENT(IN) :: ptimestep
59
60      REAL, INTENT(IN) :: pq(ngrid,nlayer,nq) ! advected field nq
61      REAL, INTENT(IN) :: pdqfi(ngrid,nlayer,nq)! tendancy field pq
62      REAL, INTENT(IN) :: pt(ngrid,nlayer)      ! temperature at mid-layer (K)
63      REAL, INTENT(IN) :: pdtfi(ngrid,nlayer)   ! tendancy temperature at mid-layer (K)
64
65      REAL, INTENT(IN) :: pplay(ngrid,nlayer)     ! pressure at middle of the layers
66      REAL, INTENT(IN) :: pplev(ngrid,nlayer+1) ! pressure at intermediate levels
67      REAL, INTENT(IN) :: pzlay(ngrid,nlayer)     ! altitude at the middle of the layers
68      REAL, INTENT(IN) :: pzlev(ngrid,nlayer+1)   ! altitude at layer boundaries
69
70      REAL, INTENT(IN) :: pdtsw(ngrid,nlayer)     ! (K/s) env
71      REAL, INTENT(IN) :: pdtlw(ngrid,nlayer)     ! (K/s) env
72
73!     input for second radiative transfer
[2079]74      LOGICAL, INTENT(IN) :: clearatm
[1974]75      INTEGER, INTENT(INOUT) :: icount
[2079]76      REAL, INTENT(IN) :: zday
77      REAL, INTENT(IN) :: zls
78      REAL, INTENT(IN) :: tsurf(ngrid)
[2826]79      REAL,INTENT(IN) :: co2ice(ngrid)           ! co2 ice surface layer (kg.m-2)
[2079]80      INTEGER, INTENT(IN) :: igout
81      REAL, INTENT(IN) :: totstormfract(ngrid)
[2226]82      REAL, INTENT(INOUT) :: tauscaling(ngrid)
[2643]83      REAL,INTENT(INOUT) :: dust_rad_adjust(ngrid)                             
84      REAL,INTENT(INOUT) :: IRtoVIScoef(ngrid) ! NB: not modified by this call to callradite,
85                                               ! the OUT is just here because callradite needs it
[2079]86     
[2628]87!     subgrid scale water ice clouds
[1974]88      logical, intent(in) :: clearsky
[2199]89      real, intent(in) :: totcloudfrac(ngrid)
90
[2628]91!     subgrid scale topography
[2199]92      LOGICAL, INTENT(IN) :: nohmons
[1974]93 
94!--------------------------------------------------------
95! Output Variables
96!--------------------------------------------------------
97
98      REAL, INTENT(OUT) :: pdqrds(ngrid,nlayer,nq) ! tendancy field for dust when detraining
[2079]99      REAL, INTENT(OUT) :: wrad(ngrid,nlayer+1)   ! vertical speed within the rocket dust storm
[2415]100      REAL, INTENT(OUT) :: dsodust(ngrid,nlayer) ! density scaled opacity of env. dust
101      REAL, INTENT(OUT) :: dsords(ngrid,nlayer) ! density scaled opacity of storm dust
102      REAL, INTENT(OUT) :: dsotop(ngrid,nlayer) ! density scaled opacity of topmons dust
103      REAL,INTENT(OUT) :: tau_pref_scenario(ngrid) ! prescribed dust column
104                                               ! visible opacity at odpref
105      REAL,INTENT(OUT) :: tau_pref_gcm(ngrid) ! dust column visible opacity at
106                                              ! odpref in the GCM
[1974]107!--------------------------------------------------------
108! Local variables
109!--------------------------------------------------------
[2201]110      INTEGER l,ig,iq,ll
[2079]111!     local variables from callradite.F       
[1974]112      REAL zdtlw1(ngrid,nlayer)    ! (K/s) storm
113      REAL zdtsw1(ngrid,nlayer)    ! (K/s) storm
114      REAL zt(ngrid,nlayer)        ! actual temperature at mid-layer (K)
[2091]115      REAL zdtvert(ngrid,nlayer)   ! dT/dz , lapse rate
116      REAL ztlev(ngrid,nlayer)     ! temperature at intermediate levels l+1/2 without last level
[1974]117
[2079]118      REAL zdtlw1_lev(nlayer),zdtsw1_lev(nlayer) ! rad. heating rate at intermediate levels l+1/2 for stormdust
119      REAL zdtlw_lev(nlayer),zdtsw_lev(nlayer)   ! rad. heating rate at intermediate levels l+1/2 for background dust
[1974]120
[2079]121      REAL zq_stormdust_mass(ngrid,nlayer) ! intermediate tracer stormdust mass
122      REAL zq_stormdust_number(ngrid,nlayer) ! intermediate tracer stormdust number
123      REAL zq_dust_mass(ngrid,nlayer)           ! intermediate tracer dust mass
124      REAL zq_dust_number(ngrid,nlayer)         ! intermediate tracer dust number
[1974]125
[2079]126      REAL mr_stormdust_mass(ngrid,nlayer) ! intermediate mixing ratio to calculate van leer transport with the "real" concentration (stormdust mass)
127      REAL mr_stormdust_number(ngrid,nlayer) ! intermediate mixing ratio to calculate van leer transport with the "real" concentration (stormdust number)
128      REAL mr_dust_mass(ngrid,nlayer) ! intermediate mixing ratio to calculate van leer transport with the "real" concentration (dust mass)
129      REAL mr_dust_number(ngrid,nlayer) ! intermediate mixing ratio to calculate van leer transport with the "real" concentration (sdust number)
130                   
131      REAL dqvl_stormdust_mass(ngrid,nlayer)    ! tendancy of vertical transport (stormdust mass)
132      REAL dqvl_stormdust_number(ngrid,nlayer)  ! tendancy of vertical transport (stormdust number)
133      REAL dqvl_dust_mass(ngrid,nlayer)    ! tendancy of vertical transport (dust mass)
134      REAL dqvl_dust_number(ngrid,nlayer)  ! tendancy of vertical transport (dust number)
135      REAL dqdet_stormdust_mass(ngrid,nlayer)   ! tendancy of detrainement (stormdust mass)
136      REAL dqdet_stormdust_number(ngrid,nlayer) ! tendancy of detrainement (stormdust number)
[1974]137
[2090]138      REAL masse_col(nlayer)     ! mass of atmosphere (kg/m2)
[1974]139      REAL zq(ngrid,nlayer,nq)   ! updated tracers
140     
[2090]141      REAL w(ngrid,nlayer)          ! air mass flux (calculated with the vertical wind velocity profile) used as input in Van Leer (kgair/m2)
142      REAL wqmass(ngrid,nlayer+1)   ! tracer (dust_mass) mass flux in Van Leer (kg/m2)
143      REAL wqnumber(ngrid,nlayer+1) ! tracer (dust_number) mass flux in Van Leer (kg/m2)
[1974]144
[2079]145      LOGICAL storm(ngrid)    ! true when there is a dust storm (if the opacity is high): trigger the rocket dust storm scheme
[2160]146      REAL detrain(ngrid,nlayer)  ! coefficient for detrainment : % of stormdust detrained
[2079]147      INTEGER scheme(ngrid)   ! triggered scheme
148           
149      REAL,PARAMETER:: coefmin =0.025 ! 0<coefmin<1 Minimum fraction of stormdust detrained 
[2201]150      REAL,PARAMETER:: wmin =0.25 ! stormdust detrainment if wrad < wmin 
[2079]151      REAL,PARAMETER:: wmax =10.   ! maximum vertical velocity of the rocket dust storms (m/s)
[2201]152
153!     subtimestep
154      INTEGER tsub
155      INTEGER nsubtimestep    !number of subtimestep when calling van_leer
156      REAL subtimestep        !ptimestep/nsubtimestep
157      REAL dtmax              !considered time needed for dust to cross one layer
158      REAL,PARAMETER:: secu=3.!3.      !coefficient on wspeed to avoid dust crossing many layers during subtimestep
159
[2079]160!     diagnostics
161      REAL lapserate(ngrid,nlayer)
162      REAL deltahr(ngrid,nlayer+1)
[1974]163   
[2079]164      LOGICAL,SAVE :: firstcall=.true.
[2616]165     
166!$OMP THREADPRIVATE(firstcall)
[2079]167
168!     variables for the radiative transfer
[1974]169      REAL  fluxsurf_lw1(ngrid)
[2685]170      REAL  fluxsurf_dn_sw1(ngrid,2),fluxsurf_up_sw1(ngrid,2)
[1974]171      REAL  fluxtop_lw1(ngrid)
[2685]172      REAL  fluxtop_dn_sw1(ngrid,2),fluxtop_up_sw1(ngrid,2)
[1974]173      REAL  tau(ngrid,naerkind)
174      REAL  aerosol(ngrid,nlayer,naerkind)
175      REAL  taucloudtes(ngrid)
176      REAL  rdust(ngrid,nlayer)
177      REAL  rstormdust(ngrid,nlayer)
[2199]178      REAL  rtopdust(ngrid,nlayer)
[1974]179      REAL  rice(ngrid,nlayer)
180      REAL  nuice(ngrid,nlayer)
[2459]181      DOUBLE PRECISION  riceco2(ngrid,nlayer)
[2448]182      REAL  nuiceco2(ngrid,nlayer)
[1974]183
184      ! **********************************************************************
185      ! **********************************************************************
[2079]186      ! Rocket dust storm parametrization to reproduce the detached dust layers
187      ! during the dust storm season:
[1974]188      !     The radiative warming due to the presence of storm dust is
189      !     balanced by the adiabatic cooling. The tracer "storm dust" 
190      !     is transported by the upward/downward flow.
191      ! **********************************************************************
192      ! **********************************************************************     
193      !!    1. Radiative transfer in storm dust
194      !!    2. Compute vertical velocity for storm dust
[2079]195      !!      case 1 storm = false: nothing to do
196      !!      case 2 rocket dust storm (storm=true)
197      !!    3. Vertical transport (Van Leer)
[1974]198      !!    4. Detrainment
199      ! **********************************************************************
200      ! **********************************************************************
201
202     
203      ! **********************************************************************
[2079]204      ! Initializations
[1974]205      ! **********************************************************************
206      storm(:)=.false.
207      pdqrds(:,:,:) = 0.
[2079]208      mr_dust_mass(:,:)=0.
209      mr_dust_number(:,:)=0.
210      mr_stormdust_mass(:,:)=0.
211      mr_stormdust_number(:,:)=0.
212      dqvl_dust_mass(:,:)=0.
213      dqvl_dust_number(:,:)=0.
214      dqvl_stormdust_mass(:,:)=0.
215      dqvl_stormdust_number(:,:)=0.
216      dqdet_stormdust_mass(:,:)=0.
217      dqdet_stormdust_number(:,:)=0.
218      wrad(:,:)=0.
[2090]219      w(:,:)=0.
220      wqmass(:,:)=0.
221      wqnumber(:,:)=0.
[2091]222      zdtvert(:,:)=0.
[1974]223      lapserate(:,:)=0.
224      deltahr(:,:)=0.
225      scheme(:)=0
[2160]226      detrain(:,:)=1.
[2083]227
[1974]228      !! no update for the stormdust tracer and temperature fields
229      !! because previous callradite was for background dust
230      zq(1:ngrid,1:nlayer,1:nq)=pq(1:ngrid,1:nlayer,1:nq)
231      zt(1:ngrid,1:nlayer)=pt(1:ngrid,1:nlayer)
232
233
[2079]234      zq_dust_mass(1:ngrid,1:nlayer)=zq(1:ngrid,1:nlayer,igcm_dust_mass)
235      zq_dust_number(1:ngrid,1:nlayer)=zq(1:ngrid,1:nlayer,igcm_dust_number)
236      zq_stormdust_mass(1:ngrid,1:nlayer)=zq(1:ngrid,1:nlayer,igcm_stormdust_mass)
237      zq_stormdust_number(1:ngrid,1:nlayer)=zq(1:ngrid,1:nlayer,igcm_stormdust_number)
238
239      ! *********************************************************************
240      ! 0. Check if there is a storm
241      ! *********************************************************************
242      DO ig=1,ngrid
[1974]243        storm(ig)=.false.
[2079]244        DO l=1,nlayer
245          IF (zq(ig,l,igcm_stormdust_mass) &
246          .gt. zq(ig,l,igcm_dust_mass)*(1.E-4)) THEN
[1974]247            storm(ig)=.true.
[2079]248            EXIT
249          ENDIF
250        ENDDO     
251      ENDDO
[1974]252     
253      ! *********************************************************************
254      ! 1. Call the second radiative transfer for stormdust, obtain the extra heating
255      ! *********************************************************************
[2199]256      CALL callradite(icount,ngrid,nlayer,nq,zday,zls,pq,albedo,          &
257                 emis,mu0,pplev,pplay,pt,tsurf,fract,dist_sol,igout,      &
[2685]258                 zdtlw1,zdtsw1,fluxsurf_lw1,fluxsurf_dn_sw1,fluxsurf_up_sw1, &
259                 fluxtop_lw1,fluxtop_dn_sw1,fluxtop_up_sw1, &
260                 tau_pref_scenario,tau_pref_gcm, &
[2643]261                 tau,aerosol,dsodust,tauscaling,dust_rad_adjust,IRtoVIScoef, &
[2448]262                 taucloudtes,rdust,rice,nuice,riceco2,nuiceco2,co2ice,rstormdust,rtopdust, &
[2628]263                 totstormfract,clearatm,dsords,dsotop,nohmons,&
[1974]264                 clearsky,totcloudfrac)
265
266      ! **********************************************************************
267      ! 2. Compute vertical velocity for storm dust
[2079]268      ! **********************************************************************
[1974]269        !! **********************************************************************
[2079]270        !! 2.1 Nothing to do when no storm
271        !!             no storm
272        DO ig=1,ngrid       
273          IF (.NOT.(storm(ig))) then
274            scheme(ig)=1
275            cycle
276          ENDIF ! IF (storm(ig))
277        ENDDO ! DO ig=1,ngrid                 
[1974]278       
[2079]279        !! **********************************************************************
280        !! 2.2 Calculation of the extra heating : computing heating rates
281        !! gradient at boundaries of each layer, start from surface
282        DO ig=1,ngrid
[2091]283          IF (storm(ig)) THEN
284
285            scheme(ig)=2
[1974]286     
[2091]287            !! computing heating rates gradient at boundraies of each layer
288            !! start from surface
289            zdtlw1_lev(1)=0.
290            zdtsw1_lev(1)=0.
291            zdtlw_lev(1)=0.
292            zdtsw_lev(1)=0.
293            ztlev(ig,1)=zt(ig,1)
[1974]294
[2091]295            DO l=1,nlayer-1
296              !! Calculation for the dust storm fraction
297              zdtlw1_lev(l+1)=(zdtlw1(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+ &
298                           zdtlw1(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /  &
299                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
300           
301              zdtsw1_lev(l+1)=(zdtsw1(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+ &
302                           zdtsw1(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /  &
303                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
304              !! Calculation for the background dust fraction
305              zdtlw_lev(l+1)=(pdtlw(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+   &
306                           pdtlw(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /   &
307                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
[2079]308           
[2091]309              zdtsw_lev(l+1)=(pdtsw(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+   &
310                           pdtsw(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /   &
311                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
[2079]312           
[2091]313              ztlev(ig,l+1)=(zt(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+          &
314                           zt(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /      &
315                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
[2201]316            ENDDO ! DO l=1,nlayer-1
[1974]317
[2201]318            !! This is the env. lapse rate
319            zdtvert(ig,1)=0.
320            DO l=1,nlayer-1
321              zdtvert(ig,l+1)=(ztlev(ig,l+1)-ztlev(ig,l))/(pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
322              lapserate(ig,l+1)=zdtvert(ig,l+1)
323            ENDDO
324
[2091]325            !! **********************************************************************
326            !! 2.3 Calculation of the vertical velocity : extra heating
327            !! balanced by adiabatic cooling
328           
[2079]329            DO l=1,nlayer
330              deltahr(ig,l)=(zdtlw1_lev(l)+zdtsw1_lev(l))  &
331                                          -(zdtlw_lev(l)+zdtsw_lev(l))
332              wrad(ig,l)=-deltahr(ig,l)/(g/cpp+   &
[2091]333                                         max(zdtvert(ig,l),-0.99*g/cpp))       
[2079]334              !! Limit vertical wind in case of lapse rate close to adiabatic
335              wrad(ig,l)=max(wrad(ig,l),-wmax)
336              wrad(ig,l)=min(wrad(ig,l),wmax)
337            ENDDO
[2091]338
[2079]339          ENDIF ! IF (storm(ig))
340        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
[1974]341
342      ! **********************************************************************
343      ! 3. Vertical transport
344      ! **********************************************************************
[2079]345        !! **********************************************************************
346        !! 3.1 Transport of background dust + storm dust (concentrated)
347        DO ig=1,ngrid
348          IF (storm(ig)) THEN
349            DO l=1,nlayer
350              mr_dust_mass(ig,l) = zq_dust_mass(ig,l)
351              mr_dust_number(ig,l) = zq_dust_number(ig,l)
352              mr_stormdust_mass(ig,l) = zq_dust_mass(ig,l)+ &
353                                      zq_stormdust_mass(ig,l)/totstormfract(ig)
354              mr_stormdust_number(ig,l) = zq_dust_number(ig,l)+ &
355                                      zq_stormdust_number(ig,l)/totstormfract(ig)
356            ENDDO ! DO l=1,nlayer
357          ENDIF ! IF (storm(ig))
358        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
[1974]359
[2079]360        DO ig=1,ngrid
361          IF (storm(ig)) THEN
[2201]362        !! **********************************************************************
363        !! 3.2 Compute the subtimestep to conserve the mass in the Van Leer transport
364            dtmax=ptimestep
365            DO l=2,nlayer
366              IF (wrad(ig,l).lt.0.) THEN
367                 dtmax=min(dtmax,(pzlev(ig,l)-pzlev(ig,l-1))/  &
368                                   (secu*abs(wrad(ig,l))))
369              ELSE IF (wrad(ig,l).gt.0.) then
370                 dtmax=min(dtmax,(pzlev(ig,l+1)-pzlev(ig,l))/  &
371                                   (secu*abs(wrad(ig,l))))
372              ENDIF
373            ENDDO
374            nsubtimestep= int(ptimestep/dtmax)
375            subtimestep=ptimestep/float(nsubtimestep)
376            !! Mass flux generated by wup in kg/m2
377            DO l=1,nlayer
378               w(ig,l)=wrad(ig,l)*pplev(ig,l)/(r*ztlev(ig,l)) &
379                        *subtimestep
380            ENDDO ! l=1,nlayer
381
382        !! **********************************************************************
383        !! 3.3 Vertical transport by a Van Leer scheme
[2079]384            !! Mass of atmosphere in the layer
385            DO l=1,nlayer
[2090]386               masse_col(l)=(pplev(ig,l)-pplev(ig,l+1))/g
[2079]387            ENDDO
[2201]388            !! Mass flux in kg/m2 if you are not using the subtimestep
389            !DO l=1,nlayer
390            !   w(ig,l)=wrad(ig,l)*(pplev(ig,l)/(r*ztlev(ig,l)))*ptimestep
391            !ENDDO
392            !! Loop over the subtimestep
393            DO tsub=1,nsubtimestep
394              !! Van Leer scheme
395              wqmass(ig,:)=0.
396              wqnumber(ig,:)=0.
397              CALL van_leer(nlayer,mr_stormdust_mass(ig,:),2.,   &
398                    masse_col,w(ig,:),wqmass(ig,:))
399              CALL van_leer(nlayer,mr_stormdust_number(ig,:),2.,  &
400                    masse_col,w(ig,:),wqnumber(ig,:))
401            ENDDO !tsub=...           
402             
[2079]403          ENDIF ! IF storm(ig)
404        ENDDO ! DO ig=1,ngrid 
[1974]405
[2079]406        !! **********************************************************************
[2201]407        !! 3.4 Re-calculation of the mixing ratios after vertical transport
[2079]408        DO ig=1,ngrid
409         IF (storm(ig)) THEN
410           DO l=1,nlayer
411           
412             !! General and "healthy" case
413             IF (mr_stormdust_mass(ig,l).ge.mr_dust_mass(ig,l)) THEN
414               zq_dust_mass(ig,l) = mr_dust_mass(ig,l)
415               zq_dust_number(ig,l) = mr_dust_number(ig,l)
416               zq_stormdust_mass(ig,l) = totstormfract(ig)*(mr_stormdust_mass(ig,l)-mr_dust_mass(ig,l))
417               zq_stormdust_number(ig,l) = totstormfract(ig)*(mr_stormdust_number(ig,l)-mr_dust_number(ig,l))
418             !! Particular case: there is less than initial dust mixing ratio after the vertical transport
419             ELSE
420               zq_dust_mass(ig,l) = (1.-totstormfract(ig))*mr_dust_mass(ig,l)+totstormfract(ig)*mr_stormdust_mass(ig,l)
421               zq_dust_number(ig,l) = (1.-totstormfract(ig))*mr_dust_number(ig,l)+totstormfract(ig)*mr_stormdust_number(ig,l)
422               zq_stormdust_mass(ig,l) = 0.
423               zq_stormdust_number(ig,l) = 0.
424             ENDIF
425             
426           ENDDO ! DO l=1,nlayer           
427         ENDIF ! IF storm(ig)
428        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
[1974]429
[2079]430        !! **********************************************************************
[2201]431        !! 3.5 Calculation of the tendencies of the vertical transport
[2079]432        DO ig=1,ngrid
433         IF (storm(ig)) THEN
434           DO l=1,nlayer
435             dqvl_stormdust_mass(ig,l) = (zq_stormdust_mass(ig,l)- &
436                                   zq(ig,l,igcm_stormdust_mass)) /ptimestep
437             dqvl_stormdust_number(ig,l) = (zq_stormdust_number(ig,l)- &
438                                     zq(ig,l,igcm_stormdust_number)) /ptimestep
439             dqvl_dust_mass(ig,l) = (zq_dust_mass(ig,l)-zq(ig,l,igcm_dust_mass)) /ptimestep
440             dqvl_dust_number(ig,l) = (zq_dust_number(ig,l)-zq(ig,l,igcm_dust_number)) /ptimestep
441           ENDDO
442         ENDIF ! IF storm(ig)
443        ENDDO ! DO ig=1,ngrid           
[1974]444
445      ! **********************************************************************
[2079]446      ! 4. Detrainment: stormdust is converted to background dust
[1974]447      ! **********************************************************************
[2079]448        !! **********************************************************************
449        !! 4.1 Compute the coefficient of detrainmen
450        DO ig=1,ngrid
451          DO l=1,nlayer
452            IF ((max(abs(wrad(ig,l)),abs(wrad(ig,l+1))) .lt.  &
453                          wmin) .or. (zq_dust_mass(ig,l) .gt.  &
454                                     10000.*zq_stormdust_mass(ig,l))) THEN
[2160]455               detrain(ig,l)=1.
[2079]456            ELSE IF (max(abs(wrad(ig,l)),abs(wrad(ig,l+1)))   &
457                                                       .le. wmax) THEN
[2160]458               detrain(ig,l)=coeff_detrainment*                 &
459                             (((1-coefmin)/(wmin-wmax)**2)*     &
460                             (max(abs(wrad(ig,l)),abs(wrad(ig,l+1)))-wmax)**2 &
461                              +coefmin)
[2079]462            ELSE IF (max(abs(wrad(ig,l)),abs(wrad(ig,l+1))).gt. wmax ) THEN
[2160]463               detrain(ig,l)=coefmin
[2079]464            ELSE
[2160]465               detrain(ig,l)=coefmin
[2079]466            ENDIF
467          ENDDO ! DO l=1,nlayer
468        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
469       
470        !! **********************************************************************
471        !! 4.2 Calculation of the tendencies of the detrainment
472        DO ig=1,ngrid
473          DO l=1,nlayer
[2160]474            dqdet_stormdust_mass(ig,l)=-detrain(ig,l)*zq_stormdust_mass(ig,l) &
[1974]475                                                        /ptimestep
[2160]476            dqdet_stormdust_number(ig,l)=-detrain(ig,l)*zq_stormdust_number(ig,l) &
[1974]477                                                        /ptimestep
[2079]478          ENDDO ! DO l=1,nlayer
479        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
480           
481      ! **********************************************************************
482      ! 5. Final tendencies: vertical transport + detrainment
483      ! **********************************************************************
484        DO ig=1,ngrid
485          DO l=1,nlayer     
486          pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_mass)=dqdet_stormdust_mass(ig,l) &
487                                                 +dqvl_stormdust_mass(ig,l)
488          pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_number)=dqdet_stormdust_number(ig,l) &
489                                                 +dqvl_stormdust_number(ig,l)
490          pdqrds(ig,l,igcm_dust_mass)= -dqdet_stormdust_mass(ig,l) &
491                                       +dqvl_dust_mass(ig,l)
492          pdqrds(ig,l,igcm_dust_number)= -dqdet_stormdust_number(ig,l) &
493                                       +dqvl_dust_number(ig,l)
494          ENDDO ! DO l=1,nlayer
495        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
[1974]496
[2201]497!      ! **********************************************************************
498!      ! 6. To prevent from negative values
499!      ! **********************************************************************
500!        DO ig=1,ngrid
501!          DO l=1,nlayer
502!            IF ((pq(ig,l,igcm_stormdust_mass) &
503!               +pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_mass)*ptimestep .le. 0.) .or. &
504!              (pq(ig,l,igcm_stormdust_number) &
505!               +pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_number)*ptimestep .le. 0.)) THEN
506!               pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_mass)=-pq(ig,l,igcm_stormdust_mass)/ptimestep
507!               pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_number)=-pq(ig,l,igcm_stormdust_number)/ptimestep
508!            ENDIF
509!          ENDDO ! nlayer
510!        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
511!
512!        DO ig=1,ngrid
513!          DO l=1,nlayer           
514!            IF ((pq(ig,l,igcm_dust_mass) &
515!               +pdqrds(ig,l,igcm_dust_mass)*ptimestep .le. 0.) .or. &
516!              (pq(ig,l,igcm_dust_number) &
517!               +pdqrds(ig,l,igcm_dust_number)*ptimestep .le. 0.)) THEN
518!               pdqrds(ig,l,igcm_dust_mass)=-pq(ig,l,igcm_dust_mass)/ptimestep
519!               pdqrds(ig,l,igcm_dust_number)=-pq(ig,l,igcm_dust_number)/ptimestep
520!            ENDIF
521!          ENDDO ! nlayer
522!        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
[2079]523       
524!=======================================================================
525! WRITEDIAGFI
526
[1974]527        call WRITEDIAGFI(ngrid,'lapserate','lapse rate in the storm', &
528           &                        'k/m',3,lapserate)
529        call WRITEDIAGFI(ngrid,'deltahr','extra heating rates', &
530           &                        'K/s',3,deltahr)
531        call writediagfi(ngrid,'scheme','which scheme',&
532                                                   ' ',2,real(scheme))
[2079]533
[1974]534        END SUBROUTINE rocketduststorm
535
[2201]536!======================================================================= 
537! **********************************************************************
538! Subroutine to determine the vertical transport with
539! a Van Leer advection scheme (copied from the sedimentation scheme --> see vlz_fi.F)
540!***********************************************************************
541      SUBROUTINE van_leer(nlay,q,pente_max,masse,w,wq)
[2079]542
[1974]543      IMPLICIT NONE
544
[2201]545!--------------------------------------------------------
546! Input/Output Variables
547!--------------------------------------------------------
548      INTEGER,INTENT(IN) :: nlay       ! number of atmospheric layers
549      REAL,INTENT(IN) ::  masse(nlay)  ! mass of the layer Dp/g
550      REAL,INTENT(IN) :: pente_max     != 2 conseillee
551      REAL,INTENT(INOUT) :: q(nlay)    ! mixing ratio (kg/kg)
552      REAL,INTENT(INOUT) :: w(nlay)    ! atmospheric mass "transferred" at each timestep (kg.m-2)
553      REAL,INTENT(INOUT) :: wq(nlay+1)
554
555!--------------------------------------------------------
556! Local Variables
557!--------------------------------------------------------
558
[1974]559      INTEGER i,l,j,ii
[2079]560      REAL dzq(nlay),dzqw(nlay),adzqw(nlay),dzqmax
561      REAL newmasse
562      REAL sigw, Mtot, MQtot
563      INTEGER m
[1974]564
[2201]565! **********************************************************************
566!  Mixing ratio vertical gradient at the levels
567! **********************************************************************
[1974]568      do l=2,nlay
569            dzqw(l)=q(l-1)-q(l)
570            adzqw(l)=abs(dzqw(l))
571      enddo
572
573      do l=2,nlay-1
574            if(dzqw(l)*dzqw(l+1).gt.0.) then
575                dzq(l)=0.5*(dzqw(l)+dzqw(l+1))
576            else
577                dzq(l)=0.
578            endif
579            dzqmax=pente_max*min(adzqw(l),adzqw(l+1))
580            dzq(l)=sign(min(abs(dzq(l)),dzqmax),dzq(l))
581      enddo
582
583      dzq(1)=0.
584      dzq(nlay)=0.
[2079]585
[2201]586! **********************************************************************
587!  Vertical advection
588! **********************************************************************
[1974]589
[2201]590       !! No flux at the model top:
[1974]591       wq(nlay+1)=0.
592
[2201]593       !! Surface flux up:
[2119]594       if(w(1).lt.0.) wq(1)=0. ! warning : not always valid
[1974]595
[2201]596       do l = 1,nlay-1
[2119]597
[2201]598!      1) Compute wq where w < 0 (up) (UPWARD TRANSPORT)
[2119]599!      ===============================
600
[1974]601         if(w(l+1).le.0)then
602!         Regular scheme (transfered mass < 1 layer)
603!         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
604          if(-w(l+1).le.masse(l))then
605            sigw=w(l+1)/masse(l)
606            wq(l+1)=w(l+1)*(q(l)-0.5*(1.+sigw)*dzq(l))
[2201]607!!-------------------------------------------------------
608!          The following part should not be needed in the
609!          case of an integration over subtimesteps
610!!-------------------------------------------------------
[1974]611!         Extended scheme (transfered mass > 1 layer)
612!         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
613          else
614             m = l-1
615             Mtot = masse(m+1)
616             MQtot = masse(m+1)*q(m+1)
617             if (m.le.0)goto 77
618             do while(-w(l+1).gt.(Mtot+masse(m)))
619!             do while(-w(l+1).gt.Mtot)
620                m=m-1
621                Mtot = Mtot + masse(m+1)
622                MQtot = MQtot + masse(m+1)*q(m+1)
623                if (m.le.0)goto 77
624             end do
625 77          continue
626
627             if (m.gt.0) then
628                sigw=(w(l+1)+Mtot)/masse(m)
[2079]629                wq(l+1)= -(MQtot + (-w(l+1)-Mtot)*         &
[1974]630                (q(m)-0.5*(1.+sigw)*dzq(m))  )
631             else
632                w(l+1) = -Mtot
633                wq(l+1) = -MQtot
634             end if
[2119]635          endif ! (-w(l+1).le.masse(l))
[1974]636     
[2201]637!      2) Compute wq where w > 0 (down) (DOWNWARD TRANSPORT)     
[1974]638!      ===============================
639
[2119]640         else if(w(l).gt.0.)then
[1974]641
642!         Regular scheme (transfered mass < 1 layer)
643!         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
644          if(w(l).le.masse(l))then
645            sigw=w(l)/masse(l)
[2201]646            wq(l)=w(l)*(q(l)+0.5*(1.-sigw)*dzq(l))           
647!!-------------------------------------------------------
648!          The following part should not be needed in the
649!          case of an integration over subtimesteps
650!!-------------------------------------------------------
[1974]651!         Extended scheme (transfered mass > 1 layer)
652!         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
653          else
654            m=l
655            Mtot = masse(m)
656            MQtot = masse(m)*q(m)
657            if(m.ge.nlay)goto 88
658            do while(w(l).gt.(Mtot+masse(m+1)))
659                m=m+1
660                Mtot = Mtot + masse(m)
661                MQtot = MQtot + masse(m)*q(m)
662                if(m.ge.nlay)goto 88
663            end do
664 88         continue
665            if (m.lt.nlay) then
666                sigw=(w(l)-Mtot)/masse(m+1)
667                wq(l)=(MQtot + (w(l)-Mtot)* &
668                          (q(m+1)+0.5*(1.-sigw)*dzq(m+1)) )
669            else
670                w(l) = Mtot
671                wq(l) = MQtot
672            end if
[2119]673          end if
[2100]674
[2119]675         end if ! w<0 (up)
[2100]676
[2119]677       enddo ! l = 1,nlay-1
[1974]678       
[2201]679       do l = 1,nlay
[1974]680
[2119]681!         it cannot entrain more than available mass !
682          if ( (wq(l+1)-wq(l)) .lt. -(masse(l)*q(l)) ) then
683            wq(l+1) = wq(l)-masse(l)*q(l)
684          end if
685
[1974]686          q(l)=q(l) +  (wq(l+1)-wq(l))/masse(l)
687
688       enddo
[2079]689       
[2201]690      END SUBROUTINE van_leer
[1974]691
[2079]692!=======================================================================
693! Initialization of the module variables
[1974]694
695       subroutine ini_rocketduststorm_mod(ngrid)
696       
697       implicit none
698       
699       integer, intent(in) :: ngrid
700       
701       allocate(dustliftday(ngrid))
702       
703       end subroutine ini_rocketduststorm_mod
704       
705       subroutine end_rocketduststorm_mod
706       
707       implicit none
708       
709       if (allocated(dustliftday)) deallocate(dustliftday)
710
711       end subroutine end_rocketduststorm_mod       
712     
713      END MODULE rocketduststorm_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.