source: trunk/LMDZ.TITAN/libf/phytitan/optci.F90 @ 1862

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Preliminary modifs for the optical coupling of haze
+ Moved inits of setspi/v before init of mufi
+ Added access to tarcers in optci/v
+ Some coherence in call to directories
JVO

File size: 12.7 KB
Line 
1subroutine optci(PQ,PLEV,TLEV,TMID,PMID,      &
2     DTAUI,TAUCUMI,COSBI,WBARI,TAUGSURF)
3
4  use radinc_h
5  use radcommon_h, only: gasi,tlimit,Cmk,tgasref,pfgasref,wnoi,scalep,indi,glat_ig,gweight
6  use gases_h
7  use comcstfi_mod, only: g, r
8  use callkeys_mod, only: continuum,graybody
9  implicit none
10
11  !==================================================================
12  !     
13  !     Purpose
14  !     -------
15  !     Calculates longwave optical constants at each level. For each
16  !     layer and spectral interval in the IR it calculates WBAR, DTAU
17  !     and COSBAR. For each level it calculates TAU.
18  !     
19  !     TAUCUMI(L,LW) is the cumulative optical depth at level L (or alternatively
20  !     at the *bottom* of layer L), LW is the spectral wavelength interval.
21  !     
22  !     TLEV(L) - Temperature at the layer boundary (i.e., level)
23  !     PLEV(L) - Pressure at the layer boundary (i.e., level)
24  !
25  !     Authors
26  !     -------
27  !     Adapted from the NASA Ames code by R. Wordsworth (2009)
28  !     Clean and adaptation to Titan by J. Vatant d'Ollone (2016-17)
29  !     
30  !==================================================================
31
32
33  !==========================================================
34  ! Input/Output
35  !==========================================================
36  REAL*8, INTENT(IN)  :: PQ ! Tracers (kg/kg_of_air).
37  REAL*8, INTENT(IN)  :: PLEV(L_LEVELS), TLEV(L_LEVELS)
38  REAL*8, INTENT(IN)  :: TMID(L_LEVELS), PMID(L_LEVELS)
39 
40  REAL*8, INTENT(OUT) :: DTAUI(L_NLAYRAD,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
41  REAL*8, INTENT(OUT) :: TAUCUMI(L_LEVELS,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
42  REAL*8, INTENT(OUT) :: COSBI(L_NLAYRAD,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
43  REAL*8, INTENT(OUT) :: WBARI(L_NLAYRAD,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
44  REAL*8, INTENT(OUT) :: TAUGSURF(L_NSPECTI,L_NGAUSS-1)
45  ! ==========================================================
46 
47  real*8 DTAUKI(L_LEVELS,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
48
49  ! Titan customisation
50  ! J. Vatant d'Ollone (2016)
51  real*8 DHAZE_T(L_LEVELS,L_NSPECTI)
52  real*8 DHAZES_T(L_LEVELS,L_NSPECTI)
53  real*8 SSA_T(L_LEVELS,L_NSPECTI)
54  real*8 ASF_T(L_LEVELS,L_NSPECTI)
55  real*8 INT_DTAU(L_NLAYRAD,L_NSPECTI)
56  real*8 K_HAZE(L_NLAYRAD,L_NSPECTI)
57
58  CHARACTER*2  str2
59  ! ==========================
60
61  integer L, NW, NG, K, LK, IAER
62  integer MT(L_LEVELS), MP(L_LEVELS), NP(L_LEVELS)
63  real*8  ANS, TAUGAS
64  real*8  DPR(L_LEVELS), U(L_LEVELS)
65  real*8  LCOEF(4), LKCOEF(L_LEVELS,4)
66
67  real*8 DCONT
68  double precision wn_cont, p_cont, p_air, T_cont, dtemp, dtempc
69  double precision p_cross
70
71  real*8  KCOEF(4)
72   
73  ! temporary variable to reduce memory access time to gasi
74  real*8 tmpk(2,2)
75 
76  ! temporary variables for multiple aerosol calculation
77  real*8 atemp
78  real*8 btemp(L_NLAYRAD,L_NSPECTI)
79
80  ! variables for k in units m^-1
81  real*8 dz(L_LEVELS)
82  !real*8 rho !! see test below
83
84  integer igas, jgas, ilay
85
86  integer interm
87
88  !! AS: to save time in computing continuum (see bilinearbig)
89  IF (.not.ALLOCATED(indi)) THEN
90      ALLOCATE(indi(L_NSPECTI,ngasmx,ngasmx))
91      indi = -9999  ! this initial value means "to be calculated"
92  ENDIF
93
94  ! Some initialisation beacause there's a pb with disr_haze at the limits (nw=1)
95  ! I should check this - For now we set vars to zero : better than nans - JVO 2017
96 
97  dhaze_t(:,:) = 0.
98  ssa_t(:,:) = 0.
99  asf_t(:,:) = 0.
100
101  !=======================================================================
102  !     Determine the total gas opacity throughout the column, for each
103  !     spectral interval, NW, and each Gauss point, NG.
104
105  taugsurf(:,:) = 0.0
106  dpr(:)        = 0.0
107  lkcoef(:,:)   = 0.0
108
109  do K=2,L_LEVELS
110     DPR(k) = PLEV(K)-PLEV(K-1)
111
112     ! if we have continuum opacities, we need dz
113      dz(k) = dpr(k)*R*TMID(K)/(glat_ig*PMID(K))
114      U(k)  = Cmk*DPR(k)     ! only Cmk line in optci.F
115     
116     call tpindex(PMID(K),TMID(K),pfgasref,tgasref,LCOEF,MT(K),MP(K))
117
118     do LK=1,4
119        LKCOEF(K,LK) = LCOEF(LK)
120     end do
121  end do                    ! levels
122
123  do NW=1,L_NSPECTI
124
125     do K=2,L_LEVELS
126     
127        ilay = k / 2 ! int. arithmetic => gives the gcm layer index
128       
129        !================= Titan customisation ========================================
130        call disr_haze(dz(k),plev(k),wnoi(nw),dhaze_T(k,nw),SSA_T(k,nw),ASF_T(k,nw))
131        ! =============================================================================
132
133        DCONT = 0.0d0 ! continuum absorption
134
135        if(continuum.and.(.not.graybody))then
136           ! include continua if necessary
137           wn_cont = dble(wnoi(nw))
138           T_cont  = dble(TMID(k))
139           do igas=1,ngasmx
140
141              p_cont  = dble(PMID(k)*scalep*gfrac(igas,ilay))
142
143              dtemp=0.0d0
144              if(igas.eq.igas_N2)then
145
146                 interm = indi(nw,igas,igas)
147                 call interpolateN2N2(wn_cont,T_cont,p_cont,dtemp,.false.,interm)
148                 indi(nw,igas,igas) = interm
149
150              elseif(igas.eq.igas_H2)then
151
152                 ! first do self-induced absorption
153                 interm = indi(nw,igas,igas)
154                 call interpolateH2H2(wn_cont,T_cont,p_cont,dtemp,.false.,interm)
155                 indi(nw,igas,igas) = interm
156
157                 ! then cross-interactions with other gases
158                 do jgas=1,ngasmx
159                    p_cross = dble(PMID(k)*scalep*gfrac(jgas,ilay))
160                    dtempc  = 0.0d0
161                    if(jgas.eq.igas_N2)then
162                       interm = indi(nw,igas,jgas)
163                       call interpolateN2H2(wn_cont,T_cont,p_cross,p_cont,dtempc,.false.,interm)
164                       indi(nw,igas,jgas) = interm
165                    endif
166                    dtemp = dtemp + dtempc
167                 enddo
168
169               elseif(igas.eq.igas_CH4)then
170
171                 ! first do self-induced absorption
172                 interm = indi(nw,igas,igas)
173                 call interpolateCH4CH4(wn_cont,T_cont,p_cont,dtemp,.false.,interm)
174                 indi(nw,igas,igas) = interm
175
176                 ! then cross-interactions with other gases
177                 do jgas=1,ngasmx
178                    p_cross = dble(PMID(k)*scalep*gfrac(jgas,ilay))
179                    dtempc  = 0.0d0
180                    if(jgas.eq.igas_N2)then
181                       interm = indi(nw,igas,jgas)
182                       call interpolateN2CH4(wn_cont,T_cont,p_cross,p_cont,dtempc,.false.,interm)
183                       indi(nw,igas,jgas) = interm
184                    endif
185                    dtemp = dtemp + dtempc
186                 enddo
187
188              endif
189
190              DCONT = DCONT + dtemp
191
192           enddo
193
194           ! Oobleck test
195           !rho = PMID(k)*scalep / (TMID(k)*286.99)
196           !if(WNOI(nw).gt.300.0 .and. WNOI(nw).lt.500.0)then
197           !   DCONT = rho * 0.125 * 4.6e-4
198           !elseif(WNOI(nw).gt.500.0 .and. WNOI(nw).lt.700.0)then
199           !   DCONT = 1000*dpr(k) * 1.0 * 4.6e-4 / g
200           !   DCONT = rho * 1.0 * 4.6e-4
201           !elseif(WNOI(nw).gt.700.0 .and. WNOI(nw).lt.900.0)then
202           !   DCONT = rho * 0.125 * 4.6e-4
203           !endif
204
205           DCONT = DCONT*dz(k)
206
207        endif
208
209        do ng=1,L_NGAUSS-1
210
211           ! Now compute TAUGAS
212
213           ! JVO 2017 : added tmpk because the repeated calls to gasi/v increased dramatically
214           ! the execution time of optci/v -> ~ factor 2 on the whole radiative
215           ! transfer on the tested simulations !
216
217           tmpk = GASI(MT(K):MT(K)+1,MP(K):MP(K)+1,1,NW,NG)
218
219           KCOEF(1) = tmpk(1,1) ! KCOEF(1) = GASI(MT(K),MP(K),1,NW,NG)
220           KCOEF(2) = tmpk(1,2) ! KCOEF(2) = GASI(MT(K),MP(K)+1,1,NW,NG)
221           KCOEF(3) = tmpk(2,2) ! KCOEF(3) = GASI(MT(K)+1,MP(K)+1,1,NW,NG)
222           KCOEF(4) = tmpk(2,1) ! KCOEF(4) = GASI(MT(K)+1,MP(K),1,NW,NG)
223
224
225           ! Interpolate the gaseous k-coefficients to the requested T,P values
226
227           ANS = LKCOEF(K,1)*KCOEF(1) + LKCOEF(K,2)*KCOEF(2) +            &
228                LKCOEF(K,3)*KCOEF(3) + LKCOEF(K,4)*KCOEF(4)
229
230           TAUGAS  = U(k)*ANS
231
232           TAUGSURF(NW,NG) = TAUGSURF(NW,NG) + TAUGAS + DCONT
233           DTAUKI(K,nw,ng) = TAUGAS    &
234                             + DCONT   & ! For parameterized continuum absorption
235                             + DHAZE_T(K,NW)  ! For Titan haze
236
237        end do
238
239        ! Now fill in the "clear" part of the spectrum (NG = L_NGAUSS),
240        ! which holds continuum opacity only
241
242        NG              = L_NGAUSS
243        DTAUKI(K,nw,ng) = 0.d0      &
244                          + DCONT   & ! For parameterized continuum absorption
245                          + DHAZE_T(K,NW)     ! For Titan Haze
246
247     end do
248  end do
249
250  !=======================================================================
251  !     Now the full treatment for the layers, where besides the opacity
252  !     we need to calculate the scattering albedo and asymmetry factors
253  ! ======================================================================
254
255  ! Haze scattering
256  DO NW=1,L_NSPECTI
257    DO K=2,L_LEVELS
258      DHAZES_T(K,NW) = DHAZE_T(K,NW) * SSA_T(K,NW)
259    ENDDO
260  ENDDO
261
262  DO NW=1,L_NSPECTI
263     DO L=1,L_NLAYRAD-1
264        K              = 2*L+1
265        btemp(L,NW) = DHAZES_T(K,NW) + DHAZES_T(K+1,NW)
266     END DO ! L vertical loop
267     
268     ! Last level
269     L           = L_NLAYRAD
270     K           = 2*L+1
271     btemp(L,NW) = DHAZES_T(K,NW)
272     
273  END DO                    ! NW spectral loop
274 
275
276  DO NW=1,L_NSPECTI
277     NG = L_NGAUSS
278     DO L=1,L_NLAYRAD-1
279
280        K              = 2*L+1
281        DTAUI(L,nw,ng) = DTAUKI(K,NW,NG) + DTAUKI(K+1,NW,NG)! + 1.e-50
282
283        atemp = 0.
284        if(DTAUI(L,NW,NG) .GT. 1.0D-9) then
285           atemp = atemp +                   &
286                ASF_T(K,NW)*DHAZES_T(K,NW) + &
287                ASF_T(K+1,NW)*DHAZES_T(K+1,NW)
288
289           WBARI(L,nw,ng) = btemp(L,nw)  / DTAUI(L,NW,NG)
290        else
291           WBARI(L,nw,ng) = 0.0D0
292           DTAUI(L,NW,NG) = 1.0D-9
293        endif
294
295        if(btemp(L,nw) .GT. 0.0d0) then
296           cosbi(L,NW,NG) = atemp/btemp(L,nw)
297        else
298           cosbi(L,NW,NG) = 0.0D0
299        end if
300
301     END DO ! L vertical loop
302     
303     ! Last level
304     
305     L              = L_NLAYRAD
306     K              = 2*L+1
307     DTAUI(L,nw,ng) = DTAUKI(K,NW,NG) ! + 1.e-50
308
309     atemp = 0.
310     if(DTAUI(L,NW,NG) .GT. 1.0D-9) then
311        atemp = atemp + ASF_T(K,NW)*DHAZES_T(K,NW)
312        WBARI(L,nw,ng) = btemp(L,nw)  / DTAUI(L,NW,NG)
313     else
314        WBARI(L,nw,ng) = 0.0D0
315        DTAUI(L,NW,NG) = 1.0D-9
316     endif
317
318     if(btemp(L,nw) .GT. 0.0d0) then
319        cosbi(L,NW,NG) = atemp/btemp(L,nw)
320     else
321        cosbi(L,NW,NG) = 0.0D0
322     end if
323
324
325     ! Now the other Gauss points, if needed.
326
327     DO NG=1,L_NGAUSS-1
328        IF(TAUGSURF(NW,NG) .gt. TLIMIT) THEN
329
330           DO L=1,L_NLAYRAD-1
331              K              = 2*L+1
332              DTAUI(L,nw,ng) = DTAUKI(K,NW,NG)+DTAUKI(K+1,NW,NG)! + 1.e-50
333
334              if(DTAUI(L,NW,NG) .GT. 1.0D-9) then
335
336                 WBARI(L,nw,ng) = btemp(L,nw)  / DTAUI(L,NW,NG)
337
338              else
339                 WBARI(L,nw,ng) = 0.0D0
340                 DTAUI(L,NW,NG) = 1.0D-9
341              endif
342
343              cosbi(L,NW,NG) = cosbi(L,NW,L_NGAUSS)
344           END DO ! L vertical loop
345           
346           ! Last level
347           L              = L_NLAYRAD
348           K              = 2*L+1
349           DTAUI(L,nw,ng) = DTAUKI(K,NW,NG)! + 1.e-50
350
351           if(DTAUI(L,NW,NG) .GT. 1.0D-9) then
352
353              WBARI(L,nw,ng) = btemp(L,nw)  / DTAUI(L,NW,NG)
354
355           else
356              WBARI(L,nw,ng) = 0.0D0
357              DTAUI(L,NW,NG) = 1.0D-9
358           endif
359
360           cosbi(L,NW,NG) = cosbi(L,NW,L_NGAUSS)
361           
362        END IF
363
364     END DO                 ! NG Gauss loop
365  END DO                    ! NW spectral loop
366
367  ! Total extinction optical depths
368
369  DO NG=1,L_NGAUSS       ! full gauss loop
370     DO NW=1,L_NSPECTI       
371        TAUCUMI(1,NW,NG)=0.0D0
372        DO K=2,L_LEVELS
373           TAUCUMI(K,NW,NG)=TAUCUMI(K-1,NW,NG)+DTAUKI(K,NW,NG)
374        END DO
375     END DO                 ! end full gauss loop
376  END DO
377
378  ! be aware when comparing with textbook results
379  ! (e.g. Pierrehumbert p. 218) that
380  ! taucumi does not take the <cos theta>=0.5 factor into
381  ! account. It is the optical depth for a vertically
382  ! ascending ray with angle theta = 0.
383
384
385!  Titan's outputs (J.V.O, 2016)===============================================
386!      do l=1,L_NLAYRAD
387!         do nw=1,L_NSPECTI
388!          INT_DTAU(L,NW) = 0.0d+0
389!            DO NG=1,L_NGAUSS
390!               INT_DTAU(L,NW)= INT_DTAU(L,NW) + dtaui(L,nw,ng)*gweight(NG)
391!            enddo
392!         enddo
393!      enddo
394
395!       do nw=1,L_NSPECTI
396!          write(str2,'(i2.2)') nw
397!         call writediagfi(1,'kgi'//str2,'Gaz extinction coefficient IR band '//str2,'m-1',1,int_dtau(L_NLAYRAD:1:-1,nw)/dz_lay(L_NLAYRAD:1:-1))
398!          call writediagfi(1,'khi'//str2,'Haze extinction coefficient IR band '//str2,'m-1',1,k_haze(L_NLAYRAD:1:-1,nw)/dz_lay(L_NLAYRAD:1:-1))       
399!       enddo 
400 
401! ============================================================================== 
402
403  return
404
405
406end subroutine optci
407
408
409
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.