source: trunk/LMDZ.TITAN/libf/phytitan/vdifc.F @ 2236

Last change on this file since 2236 was 1668, checked in by jvatant, 8 years ago

Another round of cleaning of dust and dummy tracers
JVO

File size: 14.8 KB
Line 
1      subroutine vdifc(ngrid,nlay,nq,ppopsk,         
2     &     ptimestep,pcapcal,lecrit,                       
3     &     pplay,pplev,pzlay,pzlev,pz0,
4     &     pu,pv,ph,pq,ptsrf,pemis,pqsurf,
5     &     pdhfi,pdqfi,pfluxsrf,
6     &     pdudif,pdvdif,pdhdif,pdtsrf,sensibFlux,pq2,
7     &     pdqdif,pdqsdif,lastcall)
8
9      use radcommon_h, only : sigma
10      USE surfdat_h
11      USE tracer_h
12      use comcstfi_mod, only: g, r, cpp, rcp
13      use callkeys_mod, only: tracer,nosurf
14
15      implicit none
16
17!==================================================================
18!     
19!     Purpose
20!     -------
21!     Turbulent diffusion (mixing) for pot. T, U, V and tracers
22!     
23!     Implicit scheme
24!     We start by adding to variables x the physical tendencies
25!     already computed. We resolve the equation:
26!
27!     x(t+1) =  x(t) + dt * (dx/dt)phys(t)  +  dt * (dx/dt)difv(t+1)
28!     
29!     Authors
30!     -------
31!     F. Hourdin, F. Forget, R. Fournier (199X)
32!     R. Wordsworth, B. Charnay (2010)
33!     
34!==================================================================
35
36!-----------------------------------------------------------------------
37!     declarations
38!     ------------
39
40
41!     arguments
42!     ---------
43      INTEGER ngrid,nlay
44      REAL ptimestep
45      REAL pplay(ngrid,nlay),pplev(ngrid,nlay+1)
46      REAL pzlay(ngrid,nlay),pzlev(ngrid,nlay+1)
47      REAL pu(ngrid,nlay),pv(ngrid,nlay),ph(ngrid,nlay)
48      REAL ptsrf(ngrid),pemis(ngrid)
49      REAL pdhfi(ngrid,nlay)
50      REAL pfluxsrf(ngrid)
51      REAL pdudif(ngrid,nlay),pdvdif(ngrid,nlay),pdhdif(ngrid,nlay)
52      REAL pdtsrf(ngrid),sensibFlux(ngrid),pcapcal(ngrid)
53      REAL pq2(ngrid,nlay+1)
54           
55
56!     Arguments added for condensation
57      REAL ppopsk(ngrid,nlay)
58      logical lecrit
59      REAL pz0
60
61!     Tracers
62!     --------
63      integer nq
64      real pqsurf(ngrid,nq)
65      real pq(ngrid,nlay,nq), pdqfi(ngrid,nlay,nq)
66      real pdqdif(ngrid,nlay,nq)
67      real pdqsdif(ngrid,nq)
68     
69!     local
70!     -----
71      integer ilev,ig,ilay,nlev
72
73      REAL z4st,zdplanck(ngrid)
74      REAL zkv(ngrid,nlay+1),zkh(ngrid,nlay+1)
75      REAL zcdv(ngrid),zcdh(ngrid)
76      REAL zcdv_true(ngrid),zcdh_true(ngrid)
77      REAL zu(ngrid,nlay),zv(ngrid,nlay)
78      REAL zh(ngrid,nlay)
79      REAL ztsrf2(ngrid)
80      REAL z1(ngrid),z2(ngrid)
81      REAL za(ngrid,nlay),zb(ngrid,nlay)
82      REAL zb0(ngrid,nlay)
83      REAL zc(ngrid,nlay),zd(ngrid,nlay)
84      REAL zcst1
85      REAL zu2!, a
86      REAL zcq(ngrid,nlay),zdq(ngrid,nlay)
87      REAL evap(ngrid)
88      REAL zcq0(ngrid),zdq0(ngrid)
89      REAL zx_alf1(ngrid),zx_alf2(ngrid)
90
91      LOGICAL firstcall
92      SAVE firstcall
93!$OMP THREADPRIVATE(firstcall)
94     
95      LOGICAL lastcall
96
97!     variables added for CO2 condensation
98!     ------------------------------------
99      REAL hh
100
101!     Tracers
102!     -------
103      INTEGER iq
104      REAL zq(ngrid,nlay,nq)
105      REAL zq1temp(ngrid)
106      REAL rho(ngrid)         ! near-surface air density
107      REAL qsat(ngrid)
108      DATA firstcall/.true./
109      REAL kmixmin
110
111      real, parameter :: karman=0.4
112      real cd0, roughratio
113
114      real masse, Wtot, Wdiff
115
116      real dqsdif_total(ngrid)
117      real zq0(ngrid)
118
119
120!     Coherence test
121!     --------------
122
123      IF (firstcall) THEN
124         firstcall=.false.
125      ENDIF
126
127!-----------------------------------------------------------------------
128!     1. Initialisation
129!     -----------------
130
131      nlev=nlay+1
132
133!     Calculate rho*dz and dt*rho/dz=dt*rho**2 g/dp
134!     with rho=p/RT=p/ (R Theta) (p/ps)**kappa
135!     ---------------------------------------------
136
137      DO ilay=1,nlay
138         DO ig=1,ngrid
139            za(ig,ilay)=(pplev(ig,ilay)-pplev(ig,ilay+1))/g
140         ENDDO
141      ENDDO
142
143      zcst1=4.*g*ptimestep/(R*R)
144      DO ilev=2,nlev-1
145         DO ig=1,ngrid
146            zb0(ig,ilev)=pplev(ig,ilev)*
147     s           (pplev(ig,1)/pplev(ig,ilev))**rcp /
148     s           (ph(ig,ilev-1)+ph(ig,ilev))
149            zb0(ig,ilev)=zcst1*zb0(ig,ilev)*zb0(ig,ilev)/
150     s           (pplay(ig,ilev-1)-pplay(ig,ilev))
151         ENDDO
152      ENDDO
153      DO ig=1,ngrid
154         zb0(ig,1)=ptimestep*pplev(ig,1)/(R*ptsrf(ig))
155      ENDDO
156
157      dqsdif_total(:)=0.0
158
159!-----------------------------------------------------------------------
160!     2. Add the physical tendencies computed so far
161!     ----------------------------------------------
162
163      DO ilev=1,nlay
164         DO ig=1,ngrid
165            zu(ig,ilev)=pu(ig,ilev)
166            zv(ig,ilev)=pv(ig,ilev)
167            zh(ig,ilev)=ph(ig,ilev)+pdhfi(ig,ilev)*ptimestep
168         ENDDO
169      ENDDO
170      if(tracer) then
171         DO iq =1, nq
172            DO ilev=1,nlay
173               DO ig=1,ngrid
174                  zq(ig,ilev,iq)=pq(ig,ilev,iq) +
175     &                 pdqfi(ig,ilev,iq)*ptimestep
176               ENDDO
177            ENDDO
178         ENDDO
179      end if
180
181!-----------------------------------------------------------------------
182!     3. Turbulence scheme
183!     --------------------
184!
185!     Source of turbulent kinetic energy at the surface
186!     -------------------------------------------------
187!     Formula is Cd_0 = (karman / log[1+z1/z0])^2
188
189      DO ig=1,ngrid
190         roughratio = 1.E+0 + pzlay(ig,1)/pz0
191         cd0 = karman/log(roughratio)
192         cd0 = cd0*cd0
193         zcdv_true(ig) = cd0
194         zcdh_true(ig) = cd0
195         if (nosurf) then
196             zcdv_true(ig) = 0.   !! disable sensible momentum flux
197             zcdh_true(ig) = 0.   !! disable sensible heat flux
198         endif
199      ENDDO
200
201      DO ig=1,ngrid
202         zu2=pu(ig,1)*pu(ig,1)+pv(ig,1)*pv(ig,1)
203         zcdv(ig)=zcdv_true(ig)*sqrt(zu2)
204         zcdh(ig)=zcdh_true(ig)*sqrt(zu2)
205      ENDDO
206
207!     Turbulent diffusion coefficients in the boundary layer
208!     ------------------------------------------------------
209
210      call vdif_kc(ngrid,nlay,ptimestep,g,pzlev,pzlay
211     &     ,pu,pv,ph,zcdv_true
212     &     ,pq2,zkv,zkh)
213
214!     Adding eddy mixing to mimic 3D general circulation in 1D
215!     R. Wordsworth & F. Forget (2010)
216      if ((ngrid.eq.1)) then
217         kmixmin = 1.0e-2       ! minimum eddy mix coeff in 1D
218         do ilev=1,nlay
219            do ig=1,ngrid
220               !zkh(ig,ilev) = 1.0
221               zkh(ig,ilev) = max(kmixmin,zkh(ig,ilev))
222               zkv(ig,ilev) = max(kmixmin,zkv(ig,ilev))
223            end do
224         end do
225      end if
226
227!-----------------------------------------------------------------------
228!     4. Implicit inversion of u
229!     --------------------------
230
231!     u(t+1) =  u(t) + dt * {(du/dt)phys}(t)  +  dt * {(du/dt)difv}(t+1)
232!     avec
233!     /zu/ = u(t) + dt * {(du/dt)phys}(t)   (voir paragraphe 2.)
234!     et
235!     dt * {(du/dt)difv}(t+1) = dt * {(d/dz)[ Ku (du/dz) ]}(t+1)
236!     donc les entrees sont /zcdv/ pour la condition a la limite sol
237!     et /zkv/ = Ku
238     
239      CALL multipl((nlay-1)*ngrid,zkv(1,2),zb0(1,2),zb(1,2))
240      CALL multipl(ngrid,zcdv,zb0,zb)
241
242      DO ig=1,ngrid
243         z1(ig)=1./(za(ig,nlay)+zb(ig,nlay))
244         zc(ig,nlay)=za(ig,nlay)*zu(ig,nlay)*z1(ig)
245         zd(ig,nlay)=zb(ig,nlay)*z1(ig)
246      ENDDO
247
248      DO ilay=nlay-1,1,-1
249         DO ig=1,ngrid
250            z1(ig)=1./(za(ig,ilay)+zb(ig,ilay)+
251     $           zb(ig,ilay+1)*(1.-zd(ig,ilay+1)))
252            zc(ig,ilay)=(za(ig,ilay)*zu(ig,ilay)+
253     $           zb(ig,ilay+1)*zc(ig,ilay+1))*z1(ig)
254            zd(ig,ilay)=zb(ig,ilay)*z1(ig)
255         ENDDO
256      ENDDO
257
258      DO ig=1,ngrid
259         zu(ig,1)=zc(ig,1)
260      ENDDO
261      DO ilay=2,nlay
262         DO ig=1,ngrid
263            zu(ig,ilay)=zc(ig,ilay)+zd(ig,ilay)*zu(ig,ilay-1)
264         ENDDO
265      ENDDO
266
267!-----------------------------------------------------------------------
268!     5. Implicit inversion of v
269!     --------------------------
270
271!     v(t+1) =  v(t) + dt * {(dv/dt)phys}(t)  +  dt * {(dv/dt)difv}(t+1)
272!     avec
273!     /zv/ = v(t) + dt * {(dv/dt)phys}(t)   (voir paragraphe 2.)
274!     et
275!     dt * {(dv/dt)difv}(t+1) = dt * {(d/dz)[ Kv (dv/dz) ]}(t+1)
276!     donc les entrees sont /zcdv/ pour la condition a la limite sol
277!     et /zkv/ = Kv
278
279      DO ig=1,ngrid
280         z1(ig)=1./(za(ig,nlay)+zb(ig,nlay))
281         zc(ig,nlay)=za(ig,nlay)*zv(ig,nlay)*z1(ig)
282         zd(ig,nlay)=zb(ig,nlay)*z1(ig)
283      ENDDO
284
285      DO ilay=nlay-1,1,-1
286         DO ig=1,ngrid
287            z1(ig)=1./(za(ig,ilay)+zb(ig,ilay)+
288     $           zb(ig,ilay+1)*(1.-zd(ig,ilay+1)))
289            zc(ig,ilay)=(za(ig,ilay)*zv(ig,ilay)+
290     $           zb(ig,ilay+1)*zc(ig,ilay+1))*z1(ig)
291            zd(ig,ilay)=zb(ig,ilay)*z1(ig)
292         ENDDO
293      ENDDO
294
295      DO ig=1,ngrid
296         zv(ig,1)=zc(ig,1)
297      ENDDO
298      DO ilay=2,nlay
299         DO ig=1,ngrid
300            zv(ig,ilay)=zc(ig,ilay)+zd(ig,ilay)*zv(ig,ilay-1)
301         ENDDO
302      ENDDO
303
304!----------------------------------------------------------------------------
305!     6. Implicit inversion of h, not forgetting the coupling with the ground
306
307!     h(t+1) =  h(t) + dt * {(dh/dt)phys}(t)  +  dt * {(dh/dt)difv}(t+1)
308!     avec
309!     /zh/ = h(t) + dt * {(dh/dt)phys}(t)   (voir paragraphe 2.)
310!     et
311!     dt * {(dh/dt)difv}(t+1) = dt * {(d/dz)[ Kh (dh/dz) ]}(t+1)
312!     donc les entrees sont /zcdh/ pour la condition de raccord au sol
313!     et /zkh/ = Kh
314
315!     Using the wind modified by friction for lifting and sublimation
316!     ---------------------------------------------------------------
317         DO ig=1,ngrid
318            zu2      = zu(ig,1)*zu(ig,1)+zv(ig,1)*zv(ig,1)
319            zcdv(ig) = zcdv_true(ig)*sqrt(zu2)
320            zcdh(ig) = zcdh_true(ig)*sqrt(zu2)
321         ENDDO
322
323      CALL multipl((nlay-1)*ngrid,zkh(1,2),zb0(1,2),zb(1,2))
324      CALL multipl(ngrid,zcdh,zb0,zb)
325
326      DO ig=1,ngrid
327         z1(ig)=1./(za(ig,nlay)+zb(ig,nlay))
328         zc(ig,nlay)=za(ig,nlay)*zh(ig,nlay)*z1(ig)
329         zd(ig,nlay)=zb(ig,nlay)*z1(ig)
330      ENDDO
331
332      DO ilay=nlay-1,2,-1
333         DO ig=1,ngrid
334            z1(ig)=1./(za(ig,ilay)+zb(ig,ilay)+
335     &           zb(ig,ilay+1)*(1.-zd(ig,ilay+1)))
336            zc(ig,ilay)=(za(ig,ilay)*zh(ig,ilay)+
337     &           zb(ig,ilay+1)*zc(ig,ilay+1))*z1(ig)
338            zd(ig,ilay)=zb(ig,ilay)*z1(ig)
339         ENDDO
340      ENDDO
341
342      DO ig=1,ngrid
343         z1(ig)=1./(za(ig,1)+zb(ig,1)+
344     &        zb(ig,2)*(1.-zd(ig,2)))
345         zc(ig,1)=(za(ig,1)*zh(ig,1)+
346     &        zb(ig,2)*zc(ig,2))*z1(ig)
347         zd(ig,1)=zb(ig,1)*z1(ig)
348      ENDDO
349
350!     Calculate (d Planck / dT) at the interface temperature
351!     ------------------------------------------------------
352
353      z4st=4.0*sigma*ptimestep
354      DO ig=1,ngrid
355         zdplanck(ig)=z4st*pemis(ig)*ptsrf(ig)*ptsrf(ig)*ptsrf(ig)
356      ENDDO
357
358!     Calculate temperature tendency at the interface (dry case)
359!     ----------------------------------------------------------
360!     Sum of fluxes at interface at time t + \delta t gives change in T:
361!       radiative fluxes
362!       turbulent convective (sensible) heat flux
363!       flux (if any) from subsurface
364
365
366         DO ig=1,ngrid
367
368            z1(ig) = pcapcal(ig)*ptsrf(ig) + cpp*zb(ig,1)*zc(ig,1)
369     &           + zdplanck(ig)*ptsrf(ig) + pfluxsrf(ig)*ptimestep
370            z2(ig) = pcapcal(ig) + cpp*zb(ig,1)*(1.-zd(ig,1))
371     &           +zdplanck(ig)
372            ztsrf2(ig) = z1(ig) / z2(ig)
373            pdtsrf(ig) = (ztsrf2(ig) - ptsrf(ig))/ptimestep
374            zh(ig,1)   = zc(ig,1) + zd(ig,1)*ztsrf2(ig)
375         ENDDO
376
377!     Recalculate temperature to top of atmosphere, starting from ground
378!     ------------------------------------------------------------------
379
380         DO ilay=2,nlay
381            DO ig=1,ngrid
382               hh = zh(ig,ilay-1)
383               zh(ig,ilay)=zc(ig,ilay)+zd(ig,ilay)*hh
384            ENDDO
385         ENDDO
386
387
388!-----------------------------------------------------------------------
389!     TRACERS (no vapour)
390!     -------
391
392      if(tracer) then
393
394!     Calculate vertical flux from the bottom to the first layer (dust)
395!     -----------------------------------------------------------------
396         do ig=1,ngrid 
397            rho(ig) = zb0(ig,1) /ptimestep
398         end do
399
400         call zerophys(ngrid*nq,pdqsdif)
401
402!     Implicit inversion of q
403!     -----------------------
404         do iq=1,nq
405
406               DO ig=1,ngrid
407                  z1(ig)=1./(za(ig,nlay)+zb(ig,nlay))
408                  zcq(ig,nlay)=za(ig,nlay)*zq(ig,nlay,iq)*z1(ig)
409                  zdq(ig,nlay)=zb(ig,nlay)*z1(ig)
410               ENDDO
411           
412               DO ilay=nlay-1,2,-1
413                  DO ig=1,ngrid
414                     z1(ig)=1./(za(ig,ilay)+zb(ig,ilay)+
415     &                    zb(ig,ilay+1)*(1.-zdq(ig,ilay+1)))
416                     zcq(ig,ilay)=(za(ig,ilay)*zq(ig,ilay,iq)+
417     &                    zb(ig,ilay+1)*zcq(ig,ilay+1))*z1(ig)
418                     zdq(ig,ilay)=zb(ig,ilay)*z1(ig)
419                  ENDDO
420               ENDDO
421
422
423
424                  DO ig=1,ngrid
425                     z1(ig)=1./(za(ig,1)+
426     &                    zb(ig,2)*(1.-zdq(ig,2)))
427                     zcq(ig,1)=(za(ig,1)*zq(ig,1,iq)+
428     &                    zb(ig,2)*zcq(ig,2)
429     &                    +(-pdqsdif(ig,iq))*ptimestep)*z1(ig)
430                          ! tracer flux from surface
431                          ! currently pdqsdif always zero here,
432                          ! so last line is superfluous
433                  enddo
434
435
436!     Starting upward calculations for simple tracer mixing (e.g., dust)
437               do ig=1,ngrid
438                  zq(ig,1,iq)=zcq(ig,1)
439               end do
440
441               do ilay=2,nlay
442                  do ig=1,ngrid
443                     zq(ig,ilay,iq)=zcq(ig,ilay)+
444     $                    zdq(ig,ilay)*zq(ig,ilay-1,iq)
445                  end do
446               end do
447
448
449        end do                  ! of do iq=1,nq
450      endif                     ! traceur
451
452
453!-----------------------------------------------------------------------
454!     8. Final calculation of the vertical diffusion tendencies
455!     -----------------------------------------------------------------
456
457      do ilev = 1, nlay
458         do ig=1,ngrid
459            pdudif(ig,ilev)=(zu(ig,ilev)-
460     &           (pu(ig,ilev)))/ptimestep
461            pdvdif(ig,ilev)=(zv(ig,ilev)-
462     &           (pv(ig,ilev)))/ptimestep
463            hh = ph(ig,ilev)+pdhfi(ig,ilev)*ptimestep
464
465            pdhdif(ig,ilev)=( zh(ig,ilev)- hh )/ptimestep
466         enddo
467      enddo
468
469      DO ig=1,ngrid  ! computing sensible heat flux (atm => surface)
470         sensibFlux(ig)=cpp*zb(ig,1)/ptimestep*(zh(ig,1)-ztsrf2(ig))
471      ENDDO     
472
473      if (tracer) then
474         do iq = 1, nq
475            do ilev = 1, nlay
476               do ig=1,ngrid
477                  pdqdif(ig,ilev,iq)=(zq(ig,ilev,iq)-
478     &           (pq(ig,ilev,iq)+pdqfi(ig,ilev,iq)*ptimestep))/
479     &           ptimestep
480               enddo
481            enddo
482         enddo
483
484      endif
485
486!      if(lastcall)then
487!        if(ngrid.eq.1)then
488!           print*,'Saving k.out...'
489!           OPEN(12,file='k.out',form='formatted')
490!           DO ilay=1,nlay
491!              write(12,*) zkh(1,ilay), pplay(1,ilay)
492!           ENDDO
493!           CLOSE(12)
494!         endif
495!      endif
496
497
498      return
499      end
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.