source: trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/rocketduststorm_mod.F90 @ 2282

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Mars GCM:
Bug fix following r2248 in aeropacity_mod and topmons_mod : since dsodust, dsords and dsotop are diagnostic physiq_mod variables, we don't want them to be reinitialized at each call of aeropacity_mod and topmons_mod, but we initialize them once and for all at the beginning of physiq_mod instead.
AB

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Line 
1      MODULE rocketduststorm_mod
2
3      IMPLICIT NONE
4
5      REAL, SAVE, ALLOCATABLE :: dustliftday(:) ! dust lifting rate (s-1)
6     
7      CONTAINS
8
9!=======================================================================
10! ROCKET DUST STORM - vertical transport and detrainment
11!=======================================================================
12! calculation of the vertical flux
13! call of van_leer : Van Leer transport scheme of the dust tracers
14! detrainement of stormdust in the background dust
15! -----------------------------------------------------------------------
16! Authors: M. Vals; C. Wang; F. Forget; T. Bertrand
17! Institution: Laboratoire de Meteorologie Dynamique (LMD) Paris, France
18! -----------------------------------------------------------------------
19
20      SUBROUTINE rocketduststorm(ngrid,nlayer,nq,ptime,ptimestep,      &
21                                 pq,pdqfi,pt,pdtfi,pplev,pplay,pzlev,  &
22                                 pzlay,pdtsw,pdtlw,                    &
23!             input for radiative transfer
24                                 clearatm,icount,zday,zls,             &
25                                 tsurf,igout,totstormfract,            &
26                                 tauscaling,                           &
27!             input sub-grid scale cloud
28                                 clearsky,totcloudfrac,                &
29!             input sub-grid scale topography
30                                 nohmons,alpha_hmons,                  &
31!             output
32                                 pdqrds,wrad,dsodust,dsords,dsotop,    &
33                                 tauref)
34
35      USE tracer_mod, only: igcm_stormdust_mass,igcm_stormdust_number &
36                            ,igcm_dust_mass,igcm_dust_number          &
37                            ,rho_dust
38      USE comcstfi_h, only: r,g,cpp,rcp
39      USE dimradmars_mod, only: albedo,naerkind
40      USE comsaison_h, only: dist_sol,mu0,fract
41      USE surfdat_h, only: emis,co2ice,zmea, zstd, zsig, hmons
42      USE callradite_mod, only: callradite
43      IMPLICIT NONE
44
45      include "callkeys.h"
46
47!--------------------------------------------------------
48! Input Variables
49!--------------------------------------------------------
50
51      INTEGER, INTENT(IN) :: ngrid ! number of horizontal grid points
52      INTEGER, INTENT(IN) :: nlayer ! number of vertical grid points
53      INTEGER, INTENT(IN) :: nq ! number of tracer species
54      REAL, INTENT(IN) :: ptime
55      REAL, INTENT(IN) :: ptimestep
56
57      REAL, INTENT(IN) :: pq(ngrid,nlayer,nq) ! advected field nq
58      REAL, INTENT(IN) :: pdqfi(ngrid,nlayer,nq)! tendancy field pq
59      REAL, INTENT(IN) :: pt(ngrid,nlayer)      ! temperature at mid-layer (K)
60      REAL, INTENT(IN) :: pdtfi(ngrid,nlayer)   ! tendancy temperature at mid-layer (K)
61
62      REAL, INTENT(IN) :: pplay(ngrid,nlayer)     ! pressure at middle of the layers
63      REAL, INTENT(IN) :: pplev(ngrid,nlayer+1) ! pressure at intermediate levels
64      REAL, INTENT(IN) :: pzlay(ngrid,nlayer)     ! altitude at the middle of the layers
65      REAL, INTENT(IN) :: pzlev(ngrid,nlayer+1)   ! altitude at layer boundaries
66
67      REAL, INTENT(IN) :: pdtsw(ngrid,nlayer)     ! (K/s) env
68      REAL, INTENT(IN) :: pdtlw(ngrid,nlayer)     ! (K/s) env
69
70!     input for second radiative transfer
71      LOGICAL, INTENT(IN) :: clearatm
72      INTEGER, INTENT(INOUT) :: icount
73      REAL, INTENT(IN) :: zday
74      REAL, INTENT(IN) :: zls
75      REAL, INTENT(IN) :: tsurf(ngrid)
76      INTEGER, INTENT(IN) :: igout
77      REAL, INTENT(IN) :: totstormfract(ngrid)
78      REAL, INTENT(INOUT) :: tauscaling(ngrid)
79     
80!     sbgrid scale water ice clouds
81      logical, intent(in) :: clearsky
82      real, intent(in) :: totcloudfrac(ngrid)
83
84!     sbgrid scale topography
85      LOGICAL, INTENT(IN) :: nohmons
86      REAL, INTENT(IN) :: alpha_hmons(ngrid)   
87 
88!--------------------------------------------------------
89! Output Variables
90!--------------------------------------------------------
91
92      REAL, INTENT(OUT) :: pdqrds(ngrid,nlayer,nq) ! tendancy field for dust when detraining
93      REAL, INTENT(OUT) :: wrad(ngrid,nlayer+1)   ! vertical speed within the rocket dust storm
94      REAL, INTENT(INOUT) :: dsodust(ngrid,nlayer) ! density scaled opacity of env. dust
95      REAL, INTENT(INOUT) :: dsords(ngrid,nlayer) ! density scaled opacity of storm dust
96      REAL, INTENT(INOUT) :: dsotop(ngrid,nlayer) ! density scaled opacity of topmons dust
97      REAL, INTENT(OUT) :: tauref(ngrid)
98
99!--------------------------------------------------------
100! Local variables
101!--------------------------------------------------------
102      INTEGER l,ig,iq,ll
103!     local variables from callradite.F       
104      REAL zdtlw1(ngrid,nlayer)    ! (K/s) storm
105      REAL zdtsw1(ngrid,nlayer)    ! (K/s) storm
106      REAL zt(ngrid,nlayer)        ! actual temperature at mid-layer (K)
107      REAL zdtvert(ngrid,nlayer)   ! dT/dz , lapse rate
108      REAL ztlev(ngrid,nlayer)     ! temperature at intermediate levels l+1/2 without last level
109
110      REAL zdtlw1_lev(nlayer),zdtsw1_lev(nlayer) ! rad. heating rate at intermediate levels l+1/2 for stormdust
111      REAL zdtlw_lev(nlayer),zdtsw_lev(nlayer)   ! rad. heating rate at intermediate levels l+1/2 for background dust
112
113      REAL zq_stormdust_mass(ngrid,nlayer) ! intermediate tracer stormdust mass
114      REAL zq_stormdust_number(ngrid,nlayer) ! intermediate tracer stormdust number
115      REAL zq_dust_mass(ngrid,nlayer)           ! intermediate tracer dust mass
116      REAL zq_dust_number(ngrid,nlayer)         ! intermediate tracer dust number
117
118      REAL mr_stormdust_mass(ngrid,nlayer) ! intermediate mixing ratio to calculate van leer transport with the "real" concentration (stormdust mass)
119      REAL mr_stormdust_number(ngrid,nlayer) ! intermediate mixing ratio to calculate van leer transport with the "real" concentration (stormdust number)
120      REAL mr_dust_mass(ngrid,nlayer) ! intermediate mixing ratio to calculate van leer transport with the "real" concentration (dust mass)
121      REAL mr_dust_number(ngrid,nlayer) ! intermediate mixing ratio to calculate van leer transport with the "real" concentration (sdust number)
122                   
123      REAL dqvl_stormdust_mass(ngrid,nlayer)    ! tendancy of vertical transport (stormdust mass)
124      REAL dqvl_stormdust_number(ngrid,nlayer)  ! tendancy of vertical transport (stormdust number)
125      REAL dqvl_dust_mass(ngrid,nlayer)    ! tendancy of vertical transport (dust mass)
126      REAL dqvl_dust_number(ngrid,nlayer)  ! tendancy of vertical transport (dust number)
127      REAL dqdet_stormdust_mass(ngrid,nlayer)   ! tendancy of detrainement (stormdust mass)
128      REAL dqdet_stormdust_number(ngrid,nlayer) ! tendancy of detrainement (stormdust number)
129
130      REAL masse_col(nlayer)     ! mass of atmosphere (kg/m2)
131      REAL zq(ngrid,nlayer,nq)   ! updated tracers
132     
133      REAL w(ngrid,nlayer)          ! air mass flux (calculated with the vertical wind velocity profile) used as input in Van Leer (kgair/m2)
134      REAL wqmass(ngrid,nlayer+1)   ! tracer (dust_mass) mass flux in Van Leer (kg/m2)
135      REAL wqnumber(ngrid,nlayer+1) ! tracer (dust_number) mass flux in Van Leer (kg/m2)
136
137      LOGICAL storm(ngrid)    ! true when there is a dust storm (if the opacity is high): trigger the rocket dust storm scheme
138      REAL detrain(ngrid,nlayer)  ! coefficient for detrainment : % of stormdust detrained
139      INTEGER scheme(ngrid)   ! triggered scheme
140           
141      REAL,PARAMETER:: coefmin =0.025 ! 0<coefmin<1 Minimum fraction of stormdust detrained 
142      REAL,PARAMETER:: wmin =0.25 ! stormdust detrainment if wrad < wmin 
143      REAL,PARAMETER:: wmax =10.   ! maximum vertical velocity of the rocket dust storms (m/s)
144
145!     subtimestep
146      INTEGER tsub
147      INTEGER nsubtimestep    !number of subtimestep when calling van_leer
148      REAL subtimestep        !ptimestep/nsubtimestep
149      REAL dtmax              !considered time needed for dust to cross one layer
150      REAL,PARAMETER:: secu=3.!3.      !coefficient on wspeed to avoid dust crossing many layers during subtimestep
151
152!     diagnostics
153      REAL lapserate(ngrid,nlayer)
154      REAL deltahr(ngrid,nlayer+1)
155   
156      LOGICAL,SAVE :: firstcall=.true.
157
158!     variables for the radiative transfer
159      REAL  fluxsurf_lw1(ngrid)
160      REAL  fluxsurf_sw1(ngrid,2)
161      REAL  fluxtop_lw1(ngrid)
162      REAL  fluxtop_sw1(ngrid,2)
163      REAL  tau(ngrid,naerkind)
164      REAL  aerosol(ngrid,nlayer,naerkind)
165      REAL  taucloudtes(ngrid)
166      REAL  rdust(ngrid,nlayer)
167      REAL  rstormdust(ngrid,nlayer)
168      REAL  rtopdust(ngrid,nlayer)
169      REAL  rice(ngrid,nlayer)
170      REAL  nuice(ngrid,nlayer)
171
172
173      ! **********************************************************************
174      ! **********************************************************************
175      ! Rocket dust storm parametrization to reproduce the detached dust layers
176      ! during the dust storm season:
177      !     The radiative warming due to the presence of storm dust is
178      !     balanced by the adiabatic cooling. The tracer "storm dust" 
179      !     is transported by the upward/downward flow.
180      ! **********************************************************************
181      ! **********************************************************************     
182      !!    1. Radiative transfer in storm dust
183      !!    2. Compute vertical velocity for storm dust
184      !!      case 1 storm = false: nothing to do
185      !!      case 2 rocket dust storm (storm=true)
186      !!    3. Vertical transport (Van Leer)
187      !!    4. Detrainment
188      ! **********************************************************************
189      ! **********************************************************************
190
191     
192      ! **********************************************************************
193      ! Initializations
194      ! **********************************************************************
195      storm(:)=.false.
196      pdqrds(:,:,:) = 0.
197      mr_dust_mass(:,:)=0.
198      mr_dust_number(:,:)=0.
199      mr_stormdust_mass(:,:)=0.
200      mr_stormdust_number(:,:)=0.
201      dqvl_dust_mass(:,:)=0.
202      dqvl_dust_number(:,:)=0.
203      dqvl_stormdust_mass(:,:)=0.
204      dqvl_stormdust_number(:,:)=0.
205      dqdet_stormdust_mass(:,:)=0.
206      dqdet_stormdust_number(:,:)=0.
207      wrad(:,:)=0.
208      w(:,:)=0.
209      wqmass(:,:)=0.
210      wqnumber(:,:)=0.
211      zdtvert(:,:)=0.
212      lapserate(:,:)=0.
213      deltahr(:,:)=0.
214      scheme(:)=0
215      detrain(:,:)=1.
216
217      !! no update for the stormdust tracer and temperature fields
218      !! because previous callradite was for background dust
219      zq(1:ngrid,1:nlayer,1:nq)=pq(1:ngrid,1:nlayer,1:nq)
220      zt(1:ngrid,1:nlayer)=pt(1:ngrid,1:nlayer)
221
222
223      zq_dust_mass(1:ngrid,1:nlayer)=zq(1:ngrid,1:nlayer,igcm_dust_mass)
224      zq_dust_number(1:ngrid,1:nlayer)=zq(1:ngrid,1:nlayer,igcm_dust_number)
225      zq_stormdust_mass(1:ngrid,1:nlayer)=zq(1:ngrid,1:nlayer,igcm_stormdust_mass)
226      zq_stormdust_number(1:ngrid,1:nlayer)=zq(1:ngrid,1:nlayer,igcm_stormdust_number)
227
228      ! *********************************************************************
229      ! 0. Check if there is a storm
230      ! *********************************************************************
231      DO ig=1,ngrid
232        storm(ig)=.false.
233        DO l=1,nlayer
234          IF (zq(ig,l,igcm_stormdust_mass) &
235          .gt. zq(ig,l,igcm_dust_mass)*(1.E-4)) THEN
236            storm(ig)=.true.
237            EXIT
238          ENDIF
239        ENDDO     
240      ENDDO
241     
242      ! *********************************************************************
243      ! 1. Call the second radiative transfer for stormdust, obtain the extra heating
244      ! *********************************************************************
245      CALL callradite(icount,ngrid,nlayer,nq,zday,zls,pq,albedo,          &
246                 emis,mu0,pplev,pplay,pt,tsurf,fract,dist_sol,igout,      &
247                 zdtlw1,zdtsw1,fluxsurf_lw1,fluxsurf_sw1,fluxtop_lw1,     &
248                 fluxtop_sw1,tauref,tau,aerosol,dsodust,tauscaling,       &
249                 taucloudtes,rdust,rice,nuice,co2ice,rstormdust,rtopdust, &
250                 totstormfract,clearatm,dsords,dsotop,alpha_hmons,nohmons,&
251                 clearsky,totcloudfrac)
252
253      ! **********************************************************************
254      ! 2. Compute vertical velocity for storm dust
255      ! **********************************************************************
256        !! **********************************************************************
257        !! 2.1 Nothing to do when no storm
258        !!             no storm
259        DO ig=1,ngrid       
260          IF (.NOT.(storm(ig))) then
261            scheme(ig)=1
262            cycle
263          ENDIF ! IF (storm(ig))
264        ENDDO ! DO ig=1,ngrid                 
265       
266        !! **********************************************************************
267        !! 2.2 Calculation of the extra heating : computing heating rates
268        !! gradient at boundaries of each layer, start from surface
269        DO ig=1,ngrid
270          IF (storm(ig)) THEN
271
272            scheme(ig)=2
273     
274            !! computing heating rates gradient at boundraies of each layer
275            !! start from surface
276            zdtlw1_lev(1)=0.
277            zdtsw1_lev(1)=0.
278            zdtlw_lev(1)=0.
279            zdtsw_lev(1)=0.
280            ztlev(ig,1)=zt(ig,1)
281
282            DO l=1,nlayer-1
283              !! Calculation for the dust storm fraction
284              zdtlw1_lev(l+1)=(zdtlw1(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+ &
285                           zdtlw1(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /  &
286                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
287           
288              zdtsw1_lev(l+1)=(zdtsw1(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+ &
289                           zdtsw1(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /  &
290                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
291              !! Calculation for the background dust fraction
292              zdtlw_lev(l+1)=(pdtlw(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+   &
293                           pdtlw(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /   &
294                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
295           
296              zdtsw_lev(l+1)=(pdtsw(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+   &
297                           pdtsw(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /   &
298                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
299           
300              ztlev(ig,l+1)=(zt(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+          &
301                           zt(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /      &
302                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
303            ENDDO ! DO l=1,nlayer-1
304
305            !! This is the env. lapse rate
306            zdtvert(ig,1)=0.
307            DO l=1,nlayer-1
308              zdtvert(ig,l+1)=(ztlev(ig,l+1)-ztlev(ig,l))/(pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
309              lapserate(ig,l+1)=zdtvert(ig,l+1)
310            ENDDO
311
312            !! **********************************************************************
313            !! 2.3 Calculation of the vertical velocity : extra heating
314            !! balanced by adiabatic cooling
315           
316            DO l=1,nlayer
317              deltahr(ig,l)=(zdtlw1_lev(l)+zdtsw1_lev(l))  &
318                                          -(zdtlw_lev(l)+zdtsw_lev(l))
319              wrad(ig,l)=-deltahr(ig,l)/(g/cpp+   &
320                                         max(zdtvert(ig,l),-0.99*g/cpp))       
321              !! Limit vertical wind in case of lapse rate close to adiabatic
322              wrad(ig,l)=max(wrad(ig,l),-wmax)
323              wrad(ig,l)=min(wrad(ig,l),wmax)
324            ENDDO
325
326          ENDIF ! IF (storm(ig))
327        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
328
329      ! **********************************************************************
330      ! 3. Vertical transport
331      ! **********************************************************************
332        !! **********************************************************************
333        !! 3.1 Transport of background dust + storm dust (concentrated)
334        DO ig=1,ngrid
335          IF (storm(ig)) THEN
336            DO l=1,nlayer
337              mr_dust_mass(ig,l) = zq_dust_mass(ig,l)
338              mr_dust_number(ig,l) = zq_dust_number(ig,l)
339              mr_stormdust_mass(ig,l) = zq_dust_mass(ig,l)+ &
340                                      zq_stormdust_mass(ig,l)/totstormfract(ig)
341              mr_stormdust_number(ig,l) = zq_dust_number(ig,l)+ &
342                                      zq_stormdust_number(ig,l)/totstormfract(ig)
343            ENDDO ! DO l=1,nlayer
344          ENDIF ! IF (storm(ig))
345        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
346
347        DO ig=1,ngrid
348          IF (storm(ig)) THEN
349        !! **********************************************************************
350        !! 3.2 Compute the subtimestep to conserve the mass in the Van Leer transport
351            dtmax=ptimestep
352            DO l=2,nlayer
353              IF (wrad(ig,l).lt.0.) THEN
354                 dtmax=min(dtmax,(pzlev(ig,l)-pzlev(ig,l-1))/  &
355                                   (secu*abs(wrad(ig,l))))
356              ELSE IF (wrad(ig,l).gt.0.) then
357                 dtmax=min(dtmax,(pzlev(ig,l+1)-pzlev(ig,l))/  &
358                                   (secu*abs(wrad(ig,l))))
359              ENDIF
360            ENDDO
361            nsubtimestep= int(ptimestep/dtmax)
362            subtimestep=ptimestep/float(nsubtimestep)
363            !! Mass flux generated by wup in kg/m2
364            DO l=1,nlayer
365               w(ig,l)=wrad(ig,l)*pplev(ig,l)/(r*ztlev(ig,l)) &
366                        *subtimestep
367            ENDDO ! l=1,nlayer
368
369        !! **********************************************************************
370        !! 3.3 Vertical transport by a Van Leer scheme
371            !! Mass of atmosphere in the layer
372            DO l=1,nlayer
373               masse_col(l)=(pplev(ig,l)-pplev(ig,l+1))/g
374            ENDDO
375            !! Mass flux in kg/m2 if you are not using the subtimestep
376            !DO l=1,nlayer
377            !   w(ig,l)=wrad(ig,l)*(pplev(ig,l)/(r*ztlev(ig,l)))*ptimestep
378            !ENDDO
379            !! Loop over the subtimestep
380            DO tsub=1,nsubtimestep
381              !! Van Leer scheme
382              wqmass(ig,:)=0.
383              wqnumber(ig,:)=0.
384              CALL van_leer(nlayer,mr_stormdust_mass(ig,:),2.,   &
385                    masse_col,w(ig,:),wqmass(ig,:))
386              CALL van_leer(nlayer,mr_stormdust_number(ig,:),2.,  &
387                    masse_col,w(ig,:),wqnumber(ig,:))
388            ENDDO !tsub=...           
389             
390          ENDIF ! IF storm(ig)
391        ENDDO ! DO ig=1,ngrid 
392
393        !! **********************************************************************
394        !! 3.4 Re-calculation of the mixing ratios after vertical transport
395        DO ig=1,ngrid
396         IF (storm(ig)) THEN
397           DO l=1,nlayer
398           
399             !! General and "healthy" case
400             IF (mr_stormdust_mass(ig,l).ge.mr_dust_mass(ig,l)) THEN
401               zq_dust_mass(ig,l) = mr_dust_mass(ig,l)
402               zq_dust_number(ig,l) = mr_dust_number(ig,l)
403               zq_stormdust_mass(ig,l) = totstormfract(ig)*(mr_stormdust_mass(ig,l)-mr_dust_mass(ig,l))
404               zq_stormdust_number(ig,l) = totstormfract(ig)*(mr_stormdust_number(ig,l)-mr_dust_number(ig,l))
405             !! Particular case: there is less than initial dust mixing ratio after the vertical transport
406             ELSE
407               zq_dust_mass(ig,l) = (1.-totstormfract(ig))*mr_dust_mass(ig,l)+totstormfract(ig)*mr_stormdust_mass(ig,l)
408               zq_dust_number(ig,l) = (1.-totstormfract(ig))*mr_dust_number(ig,l)+totstormfract(ig)*mr_stormdust_number(ig,l)
409               zq_stormdust_mass(ig,l) = 0.
410               zq_stormdust_number(ig,l) = 0.
411             ENDIF
412             
413           ENDDO ! DO l=1,nlayer           
414         ENDIF ! IF storm(ig)
415        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
416
417        !! **********************************************************************
418        !! 3.5 Calculation of the tendencies of the vertical transport
419        DO ig=1,ngrid
420         IF (storm(ig)) THEN
421           DO l=1,nlayer
422             dqvl_stormdust_mass(ig,l) = (zq_stormdust_mass(ig,l)- &
423                                   zq(ig,l,igcm_stormdust_mass)) /ptimestep
424             dqvl_stormdust_number(ig,l) = (zq_stormdust_number(ig,l)- &
425                                     zq(ig,l,igcm_stormdust_number)) /ptimestep
426             dqvl_dust_mass(ig,l) = (zq_dust_mass(ig,l)-zq(ig,l,igcm_dust_mass)) /ptimestep
427             dqvl_dust_number(ig,l) = (zq_dust_number(ig,l)-zq(ig,l,igcm_dust_number)) /ptimestep
428           ENDDO
429         ENDIF ! IF storm(ig)
430        ENDDO ! DO ig=1,ngrid           
431
432      ! **********************************************************************
433      ! 4. Detrainment: stormdust is converted to background dust
434      ! **********************************************************************
435        !! **********************************************************************
436        !! 4.1 Compute the coefficient of detrainmen
437        DO ig=1,ngrid
438          DO l=1,nlayer
439            IF ((max(abs(wrad(ig,l)),abs(wrad(ig,l+1))) .lt.  &
440                          wmin) .or. (zq_dust_mass(ig,l) .gt.  &
441                                     10000.*zq_stormdust_mass(ig,l))) THEN
442               detrain(ig,l)=1.
443            ELSE IF (max(abs(wrad(ig,l)),abs(wrad(ig,l+1)))   &
444                                                       .le. wmax) THEN
445               detrain(ig,l)=coeff_detrainment*                 &
446                             (((1-coefmin)/(wmin-wmax)**2)*     &
447                             (max(abs(wrad(ig,l)),abs(wrad(ig,l+1)))-wmax)**2 &
448                              +coefmin)
449            ELSE IF (max(abs(wrad(ig,l)),abs(wrad(ig,l+1))).gt. wmax ) THEN
450               detrain(ig,l)=coefmin
451            ELSE
452               detrain(ig,l)=coefmin
453            ENDIF
454          ENDDO ! DO l=1,nlayer
455        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
456       
457        !! **********************************************************************
458        !! 4.2 Calculation of the tendencies of the detrainment
459        DO ig=1,ngrid
460          DO l=1,nlayer
461            dqdet_stormdust_mass(ig,l)=-detrain(ig,l)*zq_stormdust_mass(ig,l) &
462                                                        /ptimestep
463            dqdet_stormdust_number(ig,l)=-detrain(ig,l)*zq_stormdust_number(ig,l) &
464                                                        /ptimestep
465          ENDDO ! DO l=1,nlayer
466        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
467           
468      ! **********************************************************************
469      ! 5. Final tendencies: vertical transport + detrainment
470      ! **********************************************************************
471        DO ig=1,ngrid
472          DO l=1,nlayer     
473          pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_mass)=dqdet_stormdust_mass(ig,l) &
474                                                 +dqvl_stormdust_mass(ig,l)
475          pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_number)=dqdet_stormdust_number(ig,l) &
476                                                 +dqvl_stormdust_number(ig,l)
477          pdqrds(ig,l,igcm_dust_mass)= -dqdet_stormdust_mass(ig,l) &
478                                       +dqvl_dust_mass(ig,l)
479          pdqrds(ig,l,igcm_dust_number)= -dqdet_stormdust_number(ig,l) &
480                                       +dqvl_dust_number(ig,l)
481          ENDDO ! DO l=1,nlayer
482        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
483
484!      ! **********************************************************************
485!      ! 6. To prevent from negative values
486!      ! **********************************************************************
487!        DO ig=1,ngrid
488!          DO l=1,nlayer
489!            IF ((pq(ig,l,igcm_stormdust_mass) &
490!               +pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_mass)*ptimestep .le. 0.) .or. &
491!              (pq(ig,l,igcm_stormdust_number) &
492!               +pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_number)*ptimestep .le. 0.)) THEN
493!               pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_mass)=-pq(ig,l,igcm_stormdust_mass)/ptimestep
494!               pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_number)=-pq(ig,l,igcm_stormdust_number)/ptimestep
495!            ENDIF
496!          ENDDO ! nlayer
497!        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
498!
499!        DO ig=1,ngrid
500!          DO l=1,nlayer           
501!            IF ((pq(ig,l,igcm_dust_mass) &
502!               +pdqrds(ig,l,igcm_dust_mass)*ptimestep .le. 0.) .or. &
503!              (pq(ig,l,igcm_dust_number) &
504!               +pdqrds(ig,l,igcm_dust_number)*ptimestep .le. 0.)) THEN
505!               pdqrds(ig,l,igcm_dust_mass)=-pq(ig,l,igcm_dust_mass)/ptimestep
506!               pdqrds(ig,l,igcm_dust_number)=-pq(ig,l,igcm_dust_number)/ptimestep
507!            ENDIF
508!          ENDDO ! nlayer
509!        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
510       
511!=======================================================================
512! WRITEDIAGFI
513
514        call WRITEDIAGFI(ngrid,'lapserate','lapse rate in the storm', &
515           &                        'k/m',3,lapserate)
516        call WRITEDIAGFI(ngrid,'deltahr','extra heating rates', &
517           &                        'K/s',3,deltahr)
518        call writediagfi(ngrid,'scheme','which scheme',&
519                                                   ' ',2,real(scheme))
520
521        END SUBROUTINE rocketduststorm
522
523!======================================================================= 
524! **********************************************************************
525! Subroutine to determine the vertical transport with
526! a Van Leer advection scheme (copied from the sedimentation scheme --> see vlz_fi.F)
527!***********************************************************************
528      SUBROUTINE van_leer(nlay,q,pente_max,masse,w,wq)
529
530      IMPLICIT NONE
531
532!--------------------------------------------------------
533! Input/Output Variables
534!--------------------------------------------------------
535      INTEGER,INTENT(IN) :: nlay       ! number of atmospheric layers
536      REAL,INTENT(IN) ::  masse(nlay)  ! mass of the layer Dp/g
537      REAL,INTENT(IN) :: pente_max     != 2 conseillee
538      REAL,INTENT(INOUT) :: q(nlay)    ! mixing ratio (kg/kg)
539      REAL,INTENT(INOUT) :: w(nlay)    ! atmospheric mass "transferred" at each timestep (kg.m-2)
540      REAL,INTENT(INOUT) :: wq(nlay+1)
541
542!--------------------------------------------------------
543! Local Variables
544!--------------------------------------------------------
545
546      INTEGER i,l,j,ii
547      REAL dzq(nlay),dzqw(nlay),adzqw(nlay),dzqmax
548      REAL newmasse
549      REAL sigw, Mtot, MQtot
550      INTEGER m
551
552! **********************************************************************
553!  Mixing ratio vertical gradient at the levels
554! **********************************************************************
555      do l=2,nlay
556            dzqw(l)=q(l-1)-q(l)
557            adzqw(l)=abs(dzqw(l))
558      enddo
559
560      do l=2,nlay-1
561            if(dzqw(l)*dzqw(l+1).gt.0.) then
562                dzq(l)=0.5*(dzqw(l)+dzqw(l+1))
563            else
564                dzq(l)=0.
565            endif
566            dzqmax=pente_max*min(adzqw(l),adzqw(l+1))
567            dzq(l)=sign(min(abs(dzq(l)),dzqmax),dzq(l))
568      enddo
569
570      dzq(1)=0.
571      dzq(nlay)=0.
572
573! **********************************************************************
574!  Vertical advection
575! **********************************************************************
576
577       !! No flux at the model top:
578       wq(nlay+1)=0.
579
580       !! Surface flux up:
581       if(w(1).lt.0.) wq(1)=0. ! warning : not always valid
582
583       do l = 1,nlay-1
584
585!      1) Compute wq where w < 0 (up) (UPWARD TRANSPORT)
586!      ===============================
587
588         if(w(l+1).le.0)then
589!         Regular scheme (transfered mass < 1 layer)
590!         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
591          if(-w(l+1).le.masse(l))then
592            sigw=w(l+1)/masse(l)
593            wq(l+1)=w(l+1)*(q(l)-0.5*(1.+sigw)*dzq(l))
594!!-------------------------------------------------------
595!          The following part should not be needed in the
596!          case of an integration over subtimesteps
597!!-------------------------------------------------------
598!         Extended scheme (transfered mass > 1 layer)
599!         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
600          else
601             m = l-1
602             Mtot = masse(m+1)
603             MQtot = masse(m+1)*q(m+1)
604             if (m.le.0)goto 77
605             do while(-w(l+1).gt.(Mtot+masse(m)))
606!             do while(-w(l+1).gt.Mtot)
607                m=m-1
608                Mtot = Mtot + masse(m+1)
609                MQtot = MQtot + masse(m+1)*q(m+1)
610                if (m.le.0)goto 77
611             end do
612 77          continue
613
614             if (m.gt.0) then
615                sigw=(w(l+1)+Mtot)/masse(m)
616                wq(l+1)= -(MQtot + (-w(l+1)-Mtot)*         &
617                (q(m)-0.5*(1.+sigw)*dzq(m))  )
618             else
619                w(l+1) = -Mtot
620                wq(l+1) = -MQtot
621             end if
622          endif ! (-w(l+1).le.masse(l))
623     
624!      2) Compute wq where w > 0 (down) (DOWNWARD TRANSPORT)     
625!      ===============================
626
627         else if(w(l).gt.0.)then
628
629!         Regular scheme (transfered mass < 1 layer)
630!         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
631          if(w(l).le.masse(l))then
632            sigw=w(l)/masse(l)
633            wq(l)=w(l)*(q(l)+0.5*(1.-sigw)*dzq(l))           
634!!-------------------------------------------------------
635!          The following part should not be needed in the
636!          case of an integration over subtimesteps
637!!-------------------------------------------------------
638!         Extended scheme (transfered mass > 1 layer)
639!         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
640          else
641            m=l
642            Mtot = masse(m)
643            MQtot = masse(m)*q(m)
644            if(m.ge.nlay)goto 88
645            do while(w(l).gt.(Mtot+masse(m+1)))
646                m=m+1
647                Mtot = Mtot + masse(m)
648                MQtot = MQtot + masse(m)*q(m)
649                if(m.ge.nlay)goto 88
650            end do
651 88         continue
652            if (m.lt.nlay) then
653                sigw=(w(l)-Mtot)/masse(m+1)
654                wq(l)=(MQtot + (w(l)-Mtot)* &
655                          (q(m+1)+0.5*(1.-sigw)*dzq(m+1)) )
656            else
657                w(l) = Mtot
658                wq(l) = MQtot
659            end if
660          end if
661
662         end if ! w<0 (up)
663
664       enddo ! l = 1,nlay-1
665       
666       do l = 1,nlay
667
668!         it cannot entrain more than available mass !
669          if ( (wq(l+1)-wq(l)) .lt. -(masse(l)*q(l)) ) then
670            wq(l+1) = wq(l)-masse(l)*q(l)
671          end if
672
673          q(l)=q(l) +  (wq(l+1)-wq(l))/masse(l)
674
675       enddo
676       
677      END SUBROUTINE van_leer
678
679!=======================================================================
680! Initialization of the module variables
681
682       subroutine ini_rocketduststorm_mod(ngrid)
683       
684       implicit none
685       
686       integer, intent(in) :: ngrid
687       
688       allocate(dustliftday(ngrid))
689       
690       end subroutine ini_rocketduststorm_mod
691       
692       subroutine end_rocketduststorm_mod
693       
694       implicit none
695       
696       if (allocated(dustliftday)) deallocate(dustliftday)
697
698       end subroutine end_rocketduststorm_mod       
699     
700      END MODULE rocketduststorm_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.