source: trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/watercloud_mod.F @ 2814

Last change on this file since 2814 was 2801, checked in by mvals, 3 years ago

Mars GCM:
watercloud_mod.F: follow-up of previous commit.
improvedclouds_mod.F: Lamb et al. 2017 formula put as default in the fractionation by condensation calculation.
MV

File size: 28.6 KB
Line 
1       MODULE watercloud_mod
2
3       IMPLICIT NONE
4
5       REAL,SAVE,ALLOCATABLE :: zdqcloud(:,:,:) ! tendencies on pq due to condensation of H2O(kg/kg.s-1)
6       REAL,SAVE,ALLOCATABLE :: zdqscloud(:,:) ! tendencies on qsurf (calculated only by calchim but declared here)
7
8!$OMP THREADPRIVATE(zdqcloud,zdqscloud)
9
10       CONTAINS
11
12       SUBROUTINE watercloud(ngrid,nlay,ptimestep,
13     &                pplev,pplay,pdpsrf,pzlay,pt,pdt,
14     &                pq,pdq,pdqcloud,pdtcloud,
15     &                nq,tau,tauscaling,rdust,rice,nuice,
16     &                rsedcloud,rhocloud,totcloudfrac)
17      USE ioipsl_getin_p_mod, ONLY : getin_p
18      USE updaterad, ONLY: updaterdust, updaterice_micro,
19     &                     updaterice_typ
20      USE improvedclouds_mod, ONLY: improvedclouds
21      USE watersat_mod, ONLY: watersat
22      use tracer_mod, only: nqmx, igcm_h2o_vap, igcm_h2o_ice,
23     &                      igcm_hdo_vap, igcm_hdo_ice,
24     &                      igcm_dust_mass, igcm_dust_number,
25     &                      igcm_ccn_mass, igcm_ccn_number,
26     &                      rho_dust, nuice_sed, nuice_ref,
27     &                      qperemin
28      use dimradmars_mod, only: naerkind
29      IMPLICIT NONE
30
31
32c=======================================================================
33c  Water-ice cloud formation
34
35c  Includes two different schemes:
36c    - A simplified scheme (see simpleclouds.F)
37c    - An improved microphysical scheme (see improvedclouds.F)
38c
39c  There is a time loop specific to cloud formation
40c  due to timescales smaller than the GCM integration timestep.
41c
42c  Authors: Franck Montmessin, Francois Forget, Ehouarn Millour,
43c           J.-B. Madeleine, Thomas Navarro
44c
45c  2004 - 2012
46c=======================================================================
47
48c-----------------------------------------------------------------------
49c   declarations:
50c   -------------
51
52      include "callkeys.h"
53
54c   Inputs/outputs:
55c   ------
56
57      INTEGER, INTENT(IN) :: ngrid,nlay
58      INTEGER, INTENT(IN) ::  nq                 ! nombre de traceurs
59      REAL, INTENT(IN) ::  ptimestep             ! pas de temps physique (s)
60      REAL, INTENT(IN) ::  pplev(ngrid,nlay+1)   ! pression aux inter-couches (Pa)
61      REAL, INTENT(IN) ::  pplay(ngrid,nlay)     ! pression au milieu des couches (Pa)
62      REAL, INTENT(IN) ::  pdpsrf(ngrid)         ! tendence surf pressure
63      REAL, INTENT(IN) ::  pzlay(ngrid,nlay)     ! altitude at the middle of the layers
64      REAL, INTENT(IN) ::  pt(ngrid,nlay)        ! temperature at the middle of the layers (K)
65      REAL, INTENT(IN) ::  pdt(ngrid,nlay)       ! tendence temperature des autres param.
66
67      REAL, INTENT(IN) ::  pq(ngrid,nlay,nq)     ! traceur (kg/kg)
68      rEAL, INTENT(IN) ::  pdq(ngrid,nlay,nq)    ! tendence avant condensation  (kg/kg.s-1)
69
70      REAL, INTENT(IN) ::  tau(ngrid,naerkind) ! Column dust optical depth at each point
71      REAL, INTENT(IN) ::  tauscaling(ngrid)   ! Convertion factor for dust amount
72      REAL, INTENT(INOUT) ::  rdust(ngrid,nlay)   ! Dust geometric mean radius (m)
73
74      REAL, INTENT(OUT) ::  pdqcloud(ngrid,nlay,nq) ! tendence de la condensation H2O(kg/kg.s-1)
75      REAL, INTENT(OUT) ::  pdtcloud(ngrid,nlay)    ! tendence temperature due
76                                   ! a la chaleur latente
77      REAL, INTENT(INOUT) ::  rice(ngrid,nlay)    ! Ice mass mean radius (m)
78                               ! (r_c in montmessin_2004)
79      REAL, INTENT(OUT) ::  nuice(ngrid,nlay)   ! Estimated effective variance
80                               !   of the size distribution
81      REAL, INTENT(OUT) ::  rsedcloud(ngrid,nlay) ! Cloud sedimentation radius
82      REAL, INTENT(OUT) ::  rhocloud(ngrid,nlay)  ! Cloud density (kg.m-3)
83
84      REAL, INTENT(INOUT):: totcloudfrac(ngrid) ! Cloud fraction (A. Pottier 2013)
85     
86c   Locals:
87c   ------
88 
89      ! for ice radius computation
90      REAL Mo,No
91      REAl ccntyp
92     
93      ! for time loop
94      INTEGER microstep  ! time subsampling step variable
95      INTEGER,SAVE :: imicro ! time subsampling for coupled water microphysics & sedimentation
96      REAL,SAVE :: microtimestep ! integration timestep for coupled water microphysics & sedimentation
97      REAL,SAVE :: microtimestep_prev=-999
98     
99      !$OMP THREADPRIVATE(imicro,microtimestep)
100      !$OMP THREADPRIVATE(microtimestep_prev)
101      ! tendency given by clouds (inside the micro loop)
102      REAL subpdqcloud(ngrid,nlay,nq) ! cf. pdqcloud
103      REAL subpdtcloud(ngrid,nlay)    ! cf. pdtcloud
104
105      ! global tendency (clouds+physics)
106      REAL sum_subpdq(ngrid,nlay,nq)      ! cf. pdqcloud
107      REAL sum_subpdt(ngrid,nlay)         ! cf. pdtcloud
108
109      ! no supersaturation when option supersat is false
110      REAL zt(ngrid,nlay)       ! local value of temperature
111      REAL zqsat(ngrid,nlay)    ! saturation
112
113      INTEGER iq,ig,l
114      LOGICAL,SAVE :: firstcall=.true.
115     
116      !$OMP THREADPRIVATE(firstcall)
117! HDO cycle
118      REAL :: alpha(ngrid,nlay) ! fractionation coefficient for HDO
119      REAL :: zq0(ngrid,nlay,nq) ! Initial mixing ratio: intermediate variable for HDO
120! Representation of sub-grid water ice clouds A. Pottier 2013
121      REAL :: ztclf(ngrid, nlay)
122      REAL :: zqclf(ngrid, nlay,nq)
123      REAL :: zdelt 
124      REAL :: norm
125      REAL :: ponder
126      REAL :: tcond(ngrid,nlay)
127      REAL :: zqvap(ngrid,nlay)
128      REAL :: zqice(ngrid,nlay)
129      REAL ::  spant ! delta T for the temperature distribution
130!      REAL :: zqsat(ngrid,nlay) ! saturation
131      REAL :: pteff(ngrid, nlay)! effective temperature in the cloud,neb
132      REAL :: pqeff(ngrid, nlay, nq)! effective tracers quantities in the cloud
133      REAL :: cloudfrac(ngrid,nlay) ! cloud fraction
134      REAL :: mincloud ! min cloud frac
135      LOGICAL, save :: flagcloud=.true.
136     
137      !$OMP THREADPRIVATE(flagcloud)
138
139c    ** un petit test de coherence
140c       --------------------------
141
142      IF (firstcall) THEN
143         
144        if (nq.gt.nqmx) then
145           write(*,*) 'stop in watercloud (nq.gt.nqmx)!'
146           write(*,*) 'nq=',nq,' nqmx=',nqmx
147           call abort_physic("watercloud","nq.gt.nqmx",1)
148        endif
149         
150        write(*,*) "watercloud: igcm_h2o_vap=",igcm_h2o_vap
151        write(*,*) "            igcm_h2o_ice=",igcm_h2o_ice
152               
153        write(*,*) "time subsampling for microphysic ?"
154#ifdef MESOSCALE
155        imicro = 2
156#else
157        imicro = 30
158#endif
159        call getin_p("imicro",imicro)
160        write(*,*)"watercloud: imicro = ",imicro
161       
162        firstcall=.false.
163      ENDIF ! of IF (firstcall)
164
165      !! AS: moved out of firstcall to allow nesting+evoluting timestep
166      !!     TBD: consider possible diff imicro with domains?
167      microtimestep = ptimestep/real(imicro)
168      if (microtimestep/=microtimestep_prev) then
169        ! only tell the world if microtimestep has changed
170        write(*,*)"watercloud: Physical timestep is ",ptimestep
171        write(*,*)"watercloud: Microphysics timestep is ",microtimestep
172        microtimestep_prev=microtimestep
173      endif
174     
175c-----Initialization
176      sum_subpdq(1:ngrid,1:nlay,1:nq) = 0
177      sum_subpdt(1:ngrid,1:nlay)      = 0
178     
179      ! default value if no ice
180      rhocloud(1:ngrid,1:nlay) = rho_dust
181
182c-------------------------------------------------------------------
183c   0.  Representation of sub-grid water ice clouds
184c------------------
185c-----Initialization
186      pteff(1:ngrid,1:nlay) = 0
187      pqeff(1:ngrid,1:nlay,1:nq) = 0
188      DO l=1,nlay
189        DO ig=1,ngrid
190             pteff(ig,l)=pt(ig,l)
191        END DO
192      END DO
193      DO l=1,nlay
194        DO ig=1,ngrid
195          DO iq=1,nq
196             pqeff(ig,l,iq)=pq(ig,l,iq)
197          ENDDO
198        ENDDO
199      ENDDO
200c-----Tendencies
201      DO l=1,nlay
202        DO ig=1,ngrid
203          ztclf(ig,l)=pt(ig,l)+ pdt(ig,l)*ptimestep
204        ENDDO
205      ENDDO
206      DO l=1,nlay
207        DO ig=1,ngrid
208          DO iq=1,nq
209             zqclf(ig,l,iq)=pq(ig,l,iq)+pdq(ig,l,iq)*ptimestep
210          ENDDO
211        ENDDO
212      ENDDO
213c-----Effective temperature calculation
214      IF (CLFvarying) THEN
215         spant=3.0 ! delta T for the temprature distribution
216         mincloud=0.1 ! min cloudfrac when there is ice
217         IF (flagcloud) THEN
218             write(*,*) "Delta T", spant
219             write(*,*) "mincloud", mincloud
220             flagcloud=.false.
221         END IF
222         !CALL watersat(ngrid*nlay,ztclf,pplay,zqsat) !MV17: we dont need zqsat in the CLFvarying scheme
223         zqvap=zqclf(:,:,igcm_h2o_vap)
224         zqice=zqclf(:,:,igcm_h2o_ice)
225         CALL tcondwater(ngrid*nlay,pplay,zqvap+zqice,tcond)
226         DO l=1,nlay
227           DO ig=1,ngrid
228              zdelt=spant !MAX(spant*ztclf(ig,l),1.e-12), now totally in K. Fixed width
229              IF (tcond(ig,l) .ge. (ztclf(ig,l)+zdelt)) THEN
230                 pteff(ig,l)=ztclf(ig,l)
231                 cloudfrac(ig,l)=1.
232              ELSE IF (tcond(ig,l) .le. (ztclf(ig,l)-zdelt)) THEN
233                 pteff(ig,l)=ztclf(ig,l)-zdelt
234                 cloudfrac(ig,l)=mincloud
235              ELSE
236                 cloudfrac(ig,l)=(tcond(ig,l)-ztclf(ig,l)+zdelt)/
237     &                           (2.0*zdelt)
238                 pteff(ig,l)=(tcond(ig,l)+ztclf(ig,l)-zdelt)/2.
239              END IF
240              pteff(ig,l)=pteff(ig,l)-pdt(ig,l)*ptimestep
241              IF (cloudfrac(ig,l).le.mincloud) THEN !MV17: replaced .le.0 by .le.mincloud
242                 cloudfrac(ig,l)=mincloud
243              ELSE IF (cloudfrac(ig,l).gt.1) THEN
244                 cloudfrac(ig,l)=1.
245              END IF
246           ENDDO
247         ENDDO
248c-----Calculation of the total cloud coverage of the column
249         DO ig=1,ngrid
250            totcloudfrac(ig) = 0.
251            norm=0.
252            DO l=1,nlay
253               ponder=zqice(ig,l)*(pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1))
254               totcloudfrac(ig) = totcloudfrac(ig)
255     &                   + cloudfrac(ig,l)*ponder
256               norm=norm+ponder
257            ENDDO
258            totcloudfrac(ig)=MAX(totcloudfrac(ig)/norm,1.e-12) ! min value if NaNs
259         ENDDO
260c-----Effective tracers quantities in the cloud fraction
261         IF (microphys) THEN
262            pqeff(:,:,igcm_ccn_mass)=pq(:,:,igcm_ccn_mass)/
263     &                              cloudfrac(:,:)
264            pqeff(:,:,igcm_ccn_number)=pq(:,:,igcm_ccn_number)/
265     &                              cloudfrac(:,:)
266         END IF ! end if (microphys)
267         pqeff(:,:,igcm_h2o_ice)=pq(:,:,igcm_h2o_ice)/
268     &                           cloudfrac(:,:)
269      !! CLFvarying outputs
270      CALL WRITEDIAGFI(ngrid,'pqeffice','pqeffice',
271     &             'kg/kg',3,pqeff(:,:,igcm_h2o_ice))
272      CALL WRITEDIAGFI(ngrid,'pteff','pteff',
273     &             'K',3,pteff(:,:))
274      CALL WRITEDIAGFI(ngrid,'tcond','tcond',
275     &             'K',3,tcond(:,:))
276      CALL WRITEDIAGFI(ngrid,'cloudfrac','cloudfrac',
277     &             'K',3,cloudfrac(:,:))
278      END IF ! end if (CLFvarying)
279c------------------------------------------------------------------
280c Time subsampling for microphysics
281c------------------------------------------------------------------
282      rhocloud(1:ngrid,1:nlay) = rho_dust
283      DO microstep=1,imicro
284     
285c-------------------------------------------------------------------
286c   1.  Tendencies:
287c------------------
288
289
290c------ Temperature tendency subpdt
291        ! Each microtimestep we give the cloud scheme a stepped entry subpdt instead of pdt
292        ! If imicro=1 subpdt is the same as pdt
293        DO l=1,nlay
294          DO ig=1,ngrid
295             sum_subpdt(ig,l) = sum_subpdt(ig,l)
296     &        + pdt(ig,l) ! At each micro timestep we add pdt in order to have a stepped entry
297          ENDDO
298        ENDDO
299c------ Tracers tendencies subpdq are additionned
300c------ At each micro timestep we add pdq in order to have a stepped entry
301        IF (microphys) THEN
302          DO l=1,nlay
303            DO ig=1,ngrid
304              sum_subpdq(ig,l,igcm_dust_mass) =
305     &            sum_subpdq(ig,l,igcm_dust_mass)
306     &          + pdq(ig,l,igcm_dust_mass)
307              sum_subpdq(ig,l,igcm_dust_number) =
308     &            sum_subpdq(ig,l,igcm_dust_number)
309     &          + pdq(ig,l,igcm_dust_number)
310              sum_subpdq(ig,l,igcm_ccn_mass) =
311     &            sum_subpdq(ig,l,igcm_ccn_mass)
312     &          + pdq(ig,l,igcm_ccn_mass)
313              sum_subpdq(ig,l,igcm_ccn_number) =
314     &            sum_subpdq(ig,l,igcm_ccn_number)
315     &          + pdq(ig,l,igcm_ccn_number)
316            ENDDO
317          ENDDO
318        ENDIF
319        DO l=1,nlay
320          DO ig=1,ngrid
321            sum_subpdq(ig,l,igcm_h2o_ice) =
322     &          sum_subpdq(ig,l,igcm_h2o_ice)
323     &        + pdq(ig,l,igcm_h2o_ice)
324            sum_subpdq(ig,l,igcm_h2o_vap) =
325     &          sum_subpdq(ig,l,igcm_h2o_vap)
326     &        + pdq(ig,l,igcm_h2o_vap)
327            IF (hdo) THEN
328            sum_subpdq(ig,l,igcm_hdo_ice) =
329     &          sum_subpdq(ig,l,igcm_hdo_ice)
330     &        + pdq(ig,l,igcm_hdo_ice)
331            sum_subpdq(ig,l,igcm_hdo_vap) =
332     &          sum_subpdq(ig,l,igcm_hdo_vap)
333     &        + pdq(ig,l,igcm_hdo_vap)
334            ENDIF !hdo
335          ENDDO
336        ENDDO     
337       
338c-------------------------------------------------------------------
339c   2.  Main call to the different cloud schemes:
340c------------------------------------------------
341        IF (microphys) THEN
342           CALL improvedclouds(ngrid,nlay,microtimestep,
343     &             pplay,pteff,sum_subpdt,
344     &             pqeff,sum_subpdq,subpdqcloud,subpdtcloud,
345     &             nq,tauscaling)
346
347        ELSE
348           CALL simpleclouds(ngrid,nlay,microtimestep,
349     &             pplay,pzlay,pteff,sum_subpdt,
350     &             pqeff,sum_subpdq,subpdqcloud,subpdtcloud,
351     &             nq,tau,rice)
352        ENDIF
353
354c-------------------------------------------------------------------
355c   3.  Updating tendencies after cloud scheme:
356c-----------------------------------------------
357
358        IF (microphys) THEN
359          DO l=1,nlay
360            DO ig=1,ngrid
361              sum_subpdq(ig,l,igcm_dust_mass) =
362     &            sum_subpdq(ig,l,igcm_dust_mass)
363     &          + subpdqcloud(ig,l,igcm_dust_mass)
364              sum_subpdq(ig,l,igcm_dust_number) =
365     &            sum_subpdq(ig,l,igcm_dust_number)
366     &          + subpdqcloud(ig,l,igcm_dust_number)
367              sum_subpdq(ig,l,igcm_ccn_mass) =
368     &            sum_subpdq(ig,l,igcm_ccn_mass)
369     &          + subpdqcloud(ig,l,igcm_ccn_mass)
370              sum_subpdq(ig,l,igcm_ccn_number) =
371     &            sum_subpdq(ig,l,igcm_ccn_number)
372     &          + subpdqcloud(ig,l,igcm_ccn_number)
373            ENDDO
374          ENDDO
375        ENDIF
376        DO l=1,nlay
377          DO ig=1,ngrid
378            sum_subpdq(ig,l,igcm_h2o_ice) =
379     &          sum_subpdq(ig,l,igcm_h2o_ice)
380     &        + subpdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice)
381            sum_subpdq(ig,l,igcm_h2o_vap) =
382     &          sum_subpdq(ig,l,igcm_h2o_vap)
383     &        + subpdqcloud(ig,l,igcm_h2o_vap)
384
385            IF (hdo) THEN
386            sum_subpdq(ig,l,igcm_hdo_ice) =
387     &          sum_subpdq(ig,l,igcm_hdo_ice)
388     &        + subpdqcloud(ig,l,igcm_hdo_ice)
389            sum_subpdq(ig,l,igcm_hdo_vap) =
390     &          sum_subpdq(ig,l,igcm_hdo_vap)
391     &        + subpdqcloud(ig,l,igcm_hdo_vap)
392            ENDIF ! hdo
393
394          ENDDO
395        ENDDO
396       
397        IF (activice) THEN
398          DO l=1,nlay
399            DO ig=1,ngrid
400              sum_subpdt(ig,l) =
401     &            sum_subpdt(ig,l) + subpdtcloud(ig,l)
402            ENDDO
403          ENDDO
404        ENDIF
405
406!      !! Example of how to use writediagmicrofi useful to
407!      !! get outputs at each microphysical sub-timestep (better to be used in 1D)
408!            CALL WRITEDIAGMICROFI(ngrid,imicro,microstep,
409!     &       microtimestep,'subpdtcloud',
410!     &      'subpdtcloud','K/s',1,subpdtcloud(:,:))     
411 
412      ENDDO ! of DO microstep=1,imicro
413     
414c-------------------------------------------------------------------
415c   6.  Compute final tendencies after time loop:
416c------------------------------------------------
417
418c------ Temperature tendency pdtcloud
419       DO l=1,nlay
420         DO ig=1,ngrid
421             pdtcloud(ig,l) =
422     &         sum_subpdt(ig,l)/real(imicro)-pdt(ig,l)
423          ENDDO
424       ENDDO
425       
426c------ Tracers tendencies pdqcloud
427       DO l=1,nlay
428         DO ig=1,ngrid
429            pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice) =
430     &        sum_subpdq(ig,l,igcm_h2o_ice)/real(imicro)
431     &       - pdq(ig,l,igcm_h2o_ice)
432            pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_vap) =
433     &        sum_subpdq(ig,l,igcm_h2o_vap)/real(imicro)
434     &       - pdq(ig,l,igcm_h2o_vap)
435            IF (hdo) THEN
436            pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_ice) =
437     &        sum_subpdq(ig,l,igcm_hdo_ice)/real(imicro)
438     &       - pdq(ig,l,igcm_hdo_ice)
439            pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_vap) =
440     &        sum_subpdq(ig,l,igcm_hdo_vap)/real(imicro)
441     &       - pdq(ig,l,igcm_hdo_vap)
442            ENDIF !hdo
443         ENDDO
444       ENDDO
445       
446       IF(microphys) THEN
447        DO l=1,nlay
448         DO ig=1,ngrid
449            pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_mass) =
450     &        sum_subpdq(ig,l,igcm_ccn_mass)/real(imicro)
451     &       - pdq(ig,l,igcm_ccn_mass)
452            pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_number) =
453     &        sum_subpdq(ig,l,igcm_ccn_number)/real(imicro)
454     &       - pdq(ig,l,igcm_ccn_number)
455         ENDDO
456        ENDDO
457       ENDIF
458       
459       IF(scavenging) THEN
460        DO l=1,nlay
461         DO ig=1,ngrid
462            pdqcloud(ig,l,igcm_dust_mass) =
463     &        sum_subpdq(ig,l,igcm_dust_mass)/real(imicro)
464     &       - pdq(ig,l,igcm_dust_mass)
465            pdqcloud(ig,l,igcm_dust_number) =
466     &        sum_subpdq(ig,l,igcm_dust_number)/real(imicro)
467     &       - pdq(ig,l,igcm_dust_number)
468         ENDDO
469        ENDDO
470       ENDIF
471
472c------- Due to stepped entry, other processes tendencies can add up to negative values
473c------- Therefore, enforce positive values and conserve mass
474       IF(microphys) THEN
475        DO l=1,nlay
476         DO ig=1,ngrid
477          IF ((pq(ig,l,igcm_ccn_number) +
478     &      ptimestep* (pdq(ig,l,igcm_ccn_number) +
479     &        pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_number)) .le. 1.)
480     &   .or. (pq(ig,l,igcm_ccn_mass) +
481     &      ptimestep* (pdq(ig,l,igcm_ccn_mass) +
482     &        pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_mass)) .le. 1.e-20)) THEN
483         pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_number) =
484     &     - pq(ig,l,igcm_ccn_number)/ptimestep
485     &     - pdq(ig,l,igcm_ccn_number) + 1.
486         pdqcloud(ig,l,igcm_dust_number) = 
487     &     -pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_number)
488         pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_mass) =
489     &     - pq(ig,l,igcm_ccn_mass)/ptimestep
490     &     - pdq(ig,l,igcm_ccn_mass) + 1.e-20
491         pdqcloud(ig,l,igcm_dust_mass) =
492     &     -pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_mass)
493          ENDIF
494         ENDDO
495        ENDDO
496       ENDIF
497
498       IF(scavenging) THEN
499        DO l=1,nlay
500         DO ig=1,ngrid
501          IF ((pq(ig,l,igcm_dust_number) +
502     &      ptimestep* (pdq(ig,l,igcm_dust_number) +
503     &        pdqcloud(ig,l,igcm_dust_number)) .le. 1.)
504     &   .or. (pq(ig,l,igcm_dust_mass) +
505     &      ptimestep* (pdq(ig,l,igcm_dust_mass) +
506     &        pdqcloud(ig,l,igcm_dust_mass)) .le. 1.e-20)) THEN
507         pdqcloud(ig,l,igcm_dust_number) =
508     &     - pq(ig,l,igcm_dust_number)/ptimestep
509     &     - pdq(ig,l,igcm_dust_number) + 1.
510         pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_number) = 
511     &     -pdqcloud(ig,l,igcm_dust_number)
512         pdqcloud(ig,l,igcm_dust_mass) =
513     &     - pq(ig,l,igcm_dust_mass)/ptimestep
514     &     - pdq(ig,l,igcm_dust_mass) + 1.e-20
515         pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_mass) =
516     &     -pdqcloud(ig,l,igcm_dust_mass)
517          ENDIF
518         ENDDO
519        ENDDO
520       ENDIF
521
522        DO l=1,nlay
523         DO ig=1,ngrid
524
525          IF (pq(ig,l,igcm_h2o_ice) + ptimestep*
526     &       (pdq(ig,l,igcm_h2o_ice) + pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice))
527     &       .le. qperemin) THEN
528           pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice) =
529     &     - pq(ig,l,igcm_h2o_ice)/ptimestep - pdq(ig,l,igcm_h2o_ice)
530           pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_vap) = -pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice)
531             if (hdo) then
532           pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_ice) =
533     &     - pq(ig,l,igcm_hdo_ice)/ptimestep - pdq(ig,l,igcm_hdo_ice)
534           pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_vap) = -pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_ice)
535             endif
536          ENDIF
537          IF (pq(ig,l,igcm_h2o_vap) + ptimestep*
538     &       (pdq(ig,l,igcm_h2o_vap) + pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_vap))
539     &       .le. qperemin) THEN
540           pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_vap) =
541     &     - pq(ig,l,igcm_h2o_vap)/ptimestep - pdq(ig,l,igcm_h2o_vap)
542           pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice) = -pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_vap)
543             if (hdo) then
544           pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_vap) =
545     &     - pq(ig,l,igcm_hdo_vap)/ptimestep - pdq(ig,l,igcm_hdo_vap)
546           pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_ice) = -pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_vap)
547             endif
548          ENDIF
549
550         ENDDO
551        ENDDO
552
553c------Update the ice and dust particle size "rice" for output or photochemistry
554c------Only rsedcloud is used for the water cycle
555
556      IF(scavenging) THEN
557        DO l=1, nlay
558         DO ig=1,ngrid
559
560        call updaterdust(
561     &    pq(ig,l,igcm_dust_mass) +                   ! dust mass
562     &   (pdq(ig,l,igcm_dust_mass) +                  ! dust mass
563     &    pdqcloud(ig,l,igcm_dust_mass))*ptimestep,   ! dust mass
564     &    pq(ig,l,igcm_dust_number) +                 ! dust number
565     &   (pdq(ig,l,igcm_dust_number) +                ! dust number
566     &    pdqcloud(ig,l,igcm_dust_number))*ptimestep, ! dust number
567     &    rdust(ig,l))
568
569         ENDDO
570        ENDDO
571      ENDIF
572
573      IF(microphys) THEN
574
575       ! In case one does not want to allow supersatured water when using microphysics.
576       ! Not done by default.
577       IF(.not.supersat) THEN
578!       !! initial mixing ratios for initial D/H ratio calculation
579        zq0(:,:,:) = pq(:,:,:) + pdq(:,:,:)*ptimestep
580        zt  = pt + (pdt+pdtcloud)*ptimestep
581        call watersat(ngrid*nlay,zt,pplay,zqsat)
582        DO l=1, nlay
583         DO ig=1,ngrid
584          IF (pq(ig,l,igcm_h2o_vap)
585     &      + (pdq(ig,l,igcm_h2o_vap) + pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_vap))
586     &      * ptimestep .ge. zqsat(ig,l)) THEN
587             pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_vap) =
588     &         (zqsat(ig,l) - pq(ig,l,igcm_h2o_vap))/ptimestep
589     &        - pdq(ig,l,igcm_h2o_vap)
590             pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice) =
591     &         -pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_vap)
592!            !! HDO ice flux has to be modified in consequence
593             IF (hdo) THEN
594!               !! Logically only condensation can happen in this case
595               IF (pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice) .gt. 0.0) THEN
596                 IF ( zq0(ig,l,igcm_h2o_vap) .gt. qperemin ) THEN
597!            !! Lamb et al. 2017
598             alpha(ig,l) = exp(13525./zt(ig,l)**2.-5.59d-2)
599             pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_ice) =
600     &         pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice)*alpha(ig,l)*
601     &         ( zq0(ig,l,igcm_hdo_vap)
602     &           /zq0(ig,l,igcm_h2o_vap) )
603             pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_ice) =
604     &            min(pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_ice),
605     &              zq0(ig,l,igcm_hdo_vap)/ptimestep)
606                 ELSE
607             pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_ice) = 0.
608                 ENDIF
609               !! sublimation
610               ELSE
611                 IF ( zq0(ig,l,igcm_h2o_ice) .gt. qperemin ) THEN
612             pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_ice) =
613     &         pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice)*
614     &         ( zq0(ig,l,igcm_hdo_ice)
615     &           /zq0(ig,l,igcm_h2o_ice) )
616             pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_ice) =
617     &          max(pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_ice),
618     &            -zq0(ig,l,igcm_hdo_ice)/ptimestep)
619                 ELSE
620             pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_ice) = 0.
621                 ENDIF
622               ENDIF !IF (pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice).gt.0.)
623             pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_vap) =
624     &            -pdqcloud(ig,l,igcm_hdo_ice)
625             ENDIF !IF (hdo)
626             ! no need to correct ccn_number, updaterad can handle this properly.
627          ENDIF
628         ENDDO
629        ENDDO       
630       ENDIF
631       
632       DO l=1, nlay
633         DO ig=1,ngrid
634
635        call updaterice_micro(
636     &    pq(ig,l,igcm_h2o_ice) +                    ! ice mass
637     &   (pdq(ig,l,igcm_h2o_ice) +                   ! ice mass
638     &    pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice))*ptimestep,    ! ice mass
639     &    pq(ig,l,igcm_ccn_mass) +                   ! ccn mass
640     &   (pdq(ig,l,igcm_ccn_mass) +                  ! ccn mass
641     &    pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_mass))*ptimestep,   ! ccn mass
642     &    pq(ig,l,igcm_ccn_number) +                 ! ccn number
643     &   (pdq(ig,l,igcm_ccn_number) +                ! ccn number
644     &    pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_number))*ptimestep, ! ccn number
645     &    tauscaling(ig),rice(ig,l),rhocloud(ig,l))
646         
647         ENDDO
648       ENDDO
649       
650      ELSE ! no microphys
651       
652        DO l=1,nlay
653          DO ig=1,ngrid
654         
655        call updaterice_typ(
656     &    pq(ig,l,igcm_h2o_ice) +                    ! ice mass
657     &   (pdq(ig,l,igcm_h2o_ice) +                   ! ice mass
658     &    pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice))*ptimestep,    ! ice mass
659     &    tau(ig,1),pzlay(ig,l),rice(ig,l))
660
661          ENDDO
662         ENDDO
663       
664       ENDIF ! of IF(microphys)
665     
666     
667     
668c     A correction if a lot of subliming CO2 fills the 1st layer FF04/2005
669c     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
670c     Then that should not affect the ice particle radius
671      do ig=1,ngrid
672        if(pdpsrf(ig)*ptimestep.gt.0.9*(pplev(ig,1)-pplev(ig,2)))then
673          if(pdpsrf(ig)*ptimestep.gt.0.9*(pplev(ig,1)-pplev(ig,3)))
674     &    rice(ig,2)=rice(ig,3)
675          rice(ig,1)=rice(ig,2)
676        end if
677      end do
678       
679       
680       DO l=1,nlay
681         DO ig=1,ngrid
682           rsedcloud(ig,l)=max(rice(ig,l)*
683     &                 (1.+nuice_sed)*(1.+nuice_sed)*(1.+nuice_sed),
684     &                    rdust(ig,l))
685!          rsedcloud(ig,l)=min(rsedcloud(ig,l),1.e-4)
686         ENDDO
687       ENDDO
688       
689! used for rad. transfer calculations
690! nuice is constant because a lognormal distribution is prescribed
691      nuice(1:ngrid,1:nlay)=nuice_ref
692
693c------Update tendencies for sub-grid water ice clouds
694      IF (CLFvarying) THEN
695        DO ig=1,ngrid
696          DO l=1,nlay
697            pdqcloud(ig,l,igcm_dust_mass)=pdqcloud(ig,l,igcm_dust_mass)
698     &          *cloudfrac(ig,l)
699            pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_mass)=pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_mass)
700     &          *cloudfrac(ig,l)
701            pdqcloud(ig,l,igcm_dust_number)=pdqcloud(ig,l,
702     &           igcm_dust_number) *cloudfrac(ig,l)
703            pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_number)=pdqcloud(ig,l,
704     &           igcm_ccn_number) *cloudfrac(ig,l)
705            pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_vap)=pdqcloud(ig,l,
706     &           igcm_h2o_vap) *cloudfrac(ig,l)
707            pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice)=pdqcloud(ig,l,
708     &           igcm_h2o_ice) *cloudfrac(ig,l)
709          ENDDO
710        ENDDO   
711        pdtcloud(:,:)=pdtcloud(:,:)*cloudfrac(:,:)
712      ENDIF
713#ifndef MESOSCALE
714c=======================================================================
715      call WRITEDIAGFI(ngrid,"pdqice2","pdqcloudice apres microphysique"
716     &      ,"kg/kg.s-1",3,pdqcloud(1:ngrid,1:nlay,igcm_h2o_ice))
717      call WRITEDIAGFI(ngrid,"pdqvap2","pdqcloudvap apres microphysique"
718     &      ,"kg/kg.s-1",3,pdqcloud(1:ngrid,1:nlay,
719     &      igcm_h2o_vap))
720      if (hdo) then
721      call WRITEDIAGFI(ngrid,"pdqiceD","pdqiceD apres microphysique"
722     &      ,"kg/kg.s-1",3,pdqcloud(1:ngrid,1:nlay,igcm_hdo_ice))
723      call WRITEDIAGFI(ngrid,"pdqvapD","pdqvapD apres microphysique"
724     &      ,"kg/kg.s-1",3,pdqcloud(1:ngrid,1:nlay,
725     &      igcm_hdo_vap))
726      endif
727      call WRITEDIAGFI(ngrid,"pdqccn2","pdqcloudccn apres microphysique"
728     &      ,"kg/kg.s-1",3,pdqcloud(1:ngrid,1:nlay,
729     &      igcm_ccn_mass))
730      call WRITEDIAGFI(ngrid,"pdqccnN2","pdqcloudccnN apres "//
731     &      "microphysique","nb/kg.s-1",3,pdqcloud(1:ngrid,1:nlay,
732     &      igcm_ccn_number))
733      call WRITEDIAGFI(ngrid,"pdqdust2", "pdqclouddust apres "//
734     &      "microphysique","kg/kg.s-1",3,pdqcloud(1:ngrid,1:nlay,
735     &      igcm_dust_mass))
736      call WRITEDIAGFI(ngrid,"pdqdustN2", "pdqclouddustN apres "//
737     &      "microphysique","nb/kg.s-1",3,pdqcloud(1:ngrid,1:nlay,
738     &      igcm_dust_number))
739c=======================================================================
740#endif
741
742      END SUBROUTINE watercloud
743     
744      subroutine ini_watercloud_mod(ngrid,nlayer,nq)
745        implicit none
746 
747        integer,intent(in) :: ngrid ! number of atmospheric columns
748        integer,intent(in) :: nlayer ! number of atmospheric layers
749        integer,intent(in) :: nq ! number of tracers
750
751        allocate(zdqcloud(ngrid,nlayer,nq))
752        zdqcloud(:,:,:)=0
753        allocate(zdqscloud(ngrid,nq))
754        zdqscloud(:,:)=0
755
756       end subroutine ini_watercloud_mod
757
758
759       subroutine end_watercloud_mod
760         implicit none
761
762         if (allocated(zdqcloud))      deallocate(zdqcloud)
763         if (allocated(zdqscloud))      deallocate(zdqscloud)
764
765       end subroutine end_watercloud_mod
766
767      END MODULE watercloud_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.