source: trunk/LMDZ.VENUS/libf/phyvenus/cloudvenus/new_cloud_sedim.F @ 3094

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SL: major update related to extension to 250 km. New EUV heating as used in Martian GCM, debug of a few routines, adding He, clean up, updating mmean regularly, modification of the order of processes, add the possibility to use Hedin composition in rad transfer

  • Property svn:executable set to *
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Line 
1      subroutine new_cloud_sedim(n_lon, n_lev, ptimestep,
2     $                           pmidlay, pbndlay, pt, pq,
3     $                           d_tr_chem, pdqsed,
4     $                           nq, F_sed)
5
6      USE ioipsl
7      USE dimphy
8      USE chemparam_mod
9      IMPLICIT NONE
10
11c-----------------------------------------------------------------------
12c   declarations:
13c   -------------
14#include "YOMCST.h"     
15c#include "dimphys.h"
16c#include "comcstfi.h"
17c#include "tracer.h"
18c#include "callkeys.h"
19c
20c   arguments:
21c   ----------
22
23      INTEGER n_lon                 ! number of horizontal grid points
24      INTEGER n_lev                 ! number of atmospheric layers
25      REAL ptimestep                ! physics time step (s)
26      REAL pmidlay(n_lon,n_lev)     ! pressure at middle layers (Pa)
27      REAL pt(n_lon,n_lev)          ! temperature at mid-layer (l)
28      REAL pbndlay(n_lon,n_lev+1)   ! pressure at layer boundaries
29
30c    Traceurs :
31      integer nq                    ! number of tracers
32      real pq(n_lon,n_lev,nq)       ! tracers (kg/kg)
33      real pdqsed(n_lon,n_lev,2)    ! tendency due to sedimentation (kg/kg)
34      real d_tr_chem(n_lon,n_lev,nq)! tendency due to chemistry and clouds (kg/kg)
35     
36c   local:
37c   ------
38      integer imode
39      integer ig
40      integer iq
41      integer l
42
43      real zlev(n_lon,n_lev+1)      ! altitude at layer boundaries
44      real zlay(n_lon,n_lev)        ! altitude at the midlle layer
45      real zqi_wv(n_lon,n_lev)      ! to locally store H2O tracer
46      real zqi_sa(n_lon,n_lev)      ! to locally store H2SO4 tracer
47      real m_lay (n_lon,n_lev)      ! Layer Pressure over gravity (Dp/g == kg.m-2)
48      real wq(n_lon,n_lev+1)        ! displaced tracer mass (kg.m-2)
49
50c    Physical constant
51c    ~~~~~~~~~~~~~~~~~
52c     Gas molecular viscosity (N.s.m-2)
53c      real,parameter :: visc=1.e-5       ! CO2
54      REAL :: VISCOSITY_CO2
55c     Effective gas molecular radius (m)
56      real,parameter :: molrad=2.2e-10   ! CO2
57     
58c     Ratio radius shell model du mode 3
59c     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
60c       Ce ratio correspond aux mesures effectuées par J. Cimino (1982), Icarus
61c     Fixer ce parametre a 0 revient a une gouttelette pure en liquide acide sulfurique
62c     ATTENTION ! DOIT ETRE COHERENT AVEC new_cloud_venus !
63      REAL, PARAMETER :: qrad = 0.97
64      REAL :: qmass
65c       masse volumique du coeur (kg.m-3)
66c     ATTENTION ! DOIT ETRE COHERENT AVEC new_cloud_venus !
67      REAL, PARAMETER :: rho_core = 2500.0
68
69      REAL, DIMENSION(n_lon,n_lev+1) :: wgt_SA   ! Fraction of H2SO4 in droplet local
70
71c     Stokes speed and sedimentation flux variable
72c     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
73
74      REAL :: A1,A2,A3,A4,            ! coeff du DL du Flux de sedimentation
75     + D_stokes,                      ! coeff de la vitesse de Stokes
76     + Rp_DL,                         ! "Point" du DL
77     + l_mean,                        ! libre parcours moyen (m)
78     + a,b_exp,c                      ! coeff du calcul du Flux de sedimentation
79      REAL, DIMENSION(n_lon,n_lev+1) ::
80     + F_sed                          ! Flux de sedimentation (kg.m-2.s-1 puis en output kg.m-2)
81     
82      REAL :: R_mode0                 ! Rayon mode 0 (m), rayon le plus frequent
83
84!      PRINT*,'RHO_DROPLET new_cloud_sedim.F'
85!      PRINT*,'rho_droplet',rho_droplet(16,21)
86!      PRINT*,'T',pt(16,21),'WSA',WH2SO4(16,21)
87
88c-----------------------------------------------------------------------
89c    1. Initialization
90c    -----------------
91   
92!     update water vapour and sulfuric acid mixing ratios
93
94      zqi_wv(:,:) = pq(:,:,i_h2oliq) + d_tr_chem(:,:,i_h2oliq)*ptimestep
95      zqi_sa(:,:) = pq(:,:,i_h2so4liq)
96     $            + d_tr_chem(:,:,i_h2so4liq)*ptimestep
97
98      wgt_SA(:,1:n_lev) = wh2so4(:,:)
99
100c     Init F_sed
101      F_sed(:,:) = 0.0E+0
102
103c     Au niveau top+1 , tout égal a 0     
104      wgt_SA(:,n_lev+1) = 0.0E+0   
105
106c    Computing the different layer properties
107c    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
108c    m_lay (kg.m-2)
109c    Ici g=8.87, conflit pour g entre #include "YOMCST.h"
110c       et #include "comcstfi.h"
111
112      do  l=1,n_lev
113         do ig=1, n_lon
114         m_lay(ig,l)=(pbndlay(ig,l) - pbndlay(ig,l+1)) /8.87E+0
115            IF (m_lay(ig,l).LE.0.0) THEN
116            PRINT*,'!!!! STOP PROBLEME SEDIMENTATION!!!!'
117            PRINT*,'!!!!          m_lay <= 0        !!!!'
118            PRINT*,'!!!! STOP PROBLEME SEDIMENTATION!!!!'
119            ENDIF
120         end do
121      end do
122       
123c         Computing sedimentation for droplet "tracer"
124c         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
125c           pbndlay(:,51)=0 (en parallèle c'est sûr), ne pas l'utiliser pour Fse
126       
127c     Sedimentation pour une gouttelette mode 3 de type J. Cimino, 1982, Icarus
128c     c.a.d 97% radius due a solide 3% radius acide sulfurique 
129        DO imode=1, nbr_mode - 1
130         DO l = cloudmin, cloudmax
131            DO ig=1,n_lon
132
133c     RD=1000.*RNAVO*RKBOL/RMD avec RMD=43.44 Masse molaire atm venus en g.mol-1     
134           D_stokes=((rho_droplet(ig,l)-pmidlay(ig,l)/(RD*pt(ig,l))))
135     &  *(2./9.)*(RG/VISCOSITY_CO2(pt(ig,l)))
136     
137           l_mean=(pt(ig,l)/pmidlay(ig,l))*
138     &  (0.707*R/(4.*RPI* molrad*molrad * RNAVO))
139     
140           R_mode0=R_MEDIAN(ig,l,imode)*
141     &     EXP(-LOG(STDDEV(ig,l,imode))**2.)
142              IF ((l_mean/(R_mode0)).GT.10.) THEN
143              Rp_DL=R_MEDIAN(ig,l,imode)*
144     &        EXP(3.*LOG(STDDEV(ig,l,imode))**2.)
145              ELSE
146              Rp_DL=R_MEDIAN(ig,l,imode)*
147     &        EXP(4.*LOG(STDDEV(ig,l,imode))**2.)
148              ENDIF
149               
150           a=1.246*l_mean
151       
152           c=0.87/l_mean
153       
154           b_exp=0.42*l_mean*EXP(-c*Rp_DL)
155       
156           A1=a+b_exp*(1.+c*Rp_DL
157     &  +0.5*(Rp_DL*c)**2
158     &  +1./6.*(Rp_DL*c)**3)
159     
160           A2=1.-b_exp*(c
161     &  +Rp_DL*c**2
162     &  +0.5*(Rp_DL**2)*(c**3))
163       
164           A3=0.5*b_exp*(c**2+Rp_DL*c**3)
165       
166           A4=-b_exp*1./6.*c**3
167
168c     Addition des Flux de tous les modes presents     
169       F_sed(ig,l)=F_sed(ig,l)+(rho_droplet(ig,l)*4./3.*RPI*
170     &  NBRTOT(ig,l,imode)*1.0E6*D_stokes*(
171     &  A1*R_MEDIAN(ig,l,imode)**4
172     &  *EXP(8.0*LOG(STDDEV(ig,l,imode))**2.)
173     &  +A2*R_MEDIAN(ig,l,imode)**5
174     &  *EXP(12.5*LOG(STDDEV(ig,l,imode))**2.)
175     &  +A3*R_MEDIAN(ig,l,imode)**6
176     &  *EXP(18.0*LOG(STDDEV(ig,l,imode))**2.)
177     &  +A4*R_MEDIAN(ig,l,imode)**7
178     &  *EXP(24.5*LOG(STDDEV(ig,l,imode))**2.)))
179     
180c      PRINT*,' APRES dTime: F_sed=',F_sed(ig,l), ig, l
181     
182        IF (F_sed(ig,l).GT.m_lay(ig,l)) THEN
183        PRINT*,'==============================================='
184        PRINT*,'WARNING On a epuise la couche', ig, l
185        PRINT*,'On epuise pas une couche avec une espèce
186     &   minoritaire, c est pas bien maaaaaal'
187            PRINT*,'Water',zqi_wv(ig,l),'Sulfuric Acid',zqi_sa(ig,l)
188        PRINT*,'F_sed:',F_sed(ig,l),'m_lay:',m_lay(ig,l)
189        PRINT*,'F_sed/dtphy',F_sed(ig,l)/ptimestep
190        PRINT*,'Pbnd top',pbndlay(ig,l+1),'Temp',pt(ig,l),'Rho',
191     &  rho_droplet(ig,l)
192                PRINT*,'Ntot',NBRTOT(ig,l,:)
193                PRINT*,'StdDev',STDDEV(ig,l,:),'Rmed',R_MEDIAN(ig,l,:)
194                PRINT*,'K_MASS',K_MASS(ig,l,:)
195                PRINT*,'WSA',WH2SO4(ig,l),'RHO',rho_droplet(ig,l)
196               
197c               ELSE
198c               
199c               PRINT*,'~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~'
200c       PRINT*,'WARNING On a PAS epuise la couche', ig, l
201c       PRINT*,'F_sed:',F_sed(ig,l),'m_lay:',m_lay(ig,l)
202c       PRINT*,'F_sed/dtphy',F_sed(ig,l)/ptimestep
203c       PRINT*,'Pbnd top',pbndlay(ig,l+1),'Temp',pt(ig,l),'Rho',
204c     &         rho_droplet(ig,l)(ig,l)
205c               PRINT*,'Ntot',NBRTOT(ig,l),'Ntot m3',NBRTOT(ig,l)*1.0e6
206c               PRINT*,'StdDev',STDDEV(ig,l),'Rmed',R_MEDIAN(ig,l)
207            STOP               
208              ENDIF
209       
210           IF (F_sed(ig,l).LT.0.0d0) THEN
211              PRINT*,"F_sed est négatif !!!"
212              PRINT*,'F_sed:',F_sed(ig,l),'m_lay:',m_lay(ig,l)
213        PRINT*,'F_sed/dtphy',F_sed(ig,l)/ptimestep
214        PRINT*,'Pbnd top',pbndlay(ig,l+1),'Pmid',pmidlay(ig,l)
215        PRINT*,'Temp',pt(ig,l),'Rho',
216     &  rho_droplet(ig,l)
217                PRINT*,'Ntot',NBRTOT(ig,l,imode),'Ntot m3',
218     &  NBRTOT(ig,l,imode)*1.0e6
219                PRINT*,'StdDev',STDDEV(ig,l,imode),'Rmed',
220     &          R_MEDIAN(ig,l,imode)
221                PRINT*,'A1',A1,'A2',A2
222                PRINT*,'A3',A1,'A4',A2
223                PRINT*,'D_stokes',D_stokes
224                STOP
225           ENDIF
226           
227              ENDDO
228             
229c           ELSE           
230c           F_sed(:,l)=0.0d0           
231c           ENDIF
232           
233         ENDDO
234      ENDDO
235
236c****************************************************************
237c        On calcule le F_sed du mode 3 + coeff*(Fsed1 + Fsed2)
238c****************************************************************
239         DO l = cloudmin, cloudmax
240            DO ig=1,n_lon
241
242c       calcul de qmass
243            qmass=(rho_core*qrad**3)/
244     &    (rho_core*qrad**3+rho_droplet(ig,l)*(1.-qrad**3))
245
246c     RD=1000.*RNAVO*RKBOL/RMD avec RMD=43.44 Masse molaire atm venus en g.mol-1   
247           D_stokes=(((qmass*rho_core+(1.-qmass)*rho_droplet(ig,l))
248     &      -pmidlay(ig,l)/(RD*pt(ig,l))))
249     &  *(2./9.)*(RG/VISCOSITY_CO2(pt(ig,l)))
250     
251           l_mean=(pt(ig,l)/pmidlay(ig,l))*
252     &  (0.707*R/(4.*RPI* molrad*molrad * RNAVO))
253     
254           R_mode0=R_MEDIAN(ig,l,3)*
255     &     EXP(-LOG(STDDEV(ig,l,3))**2.)
256              IF ((l_mean/(R_mode0)).GT.10.) THEN
257              Rp_DL=R_MEDIAN(ig,l,3)*
258     &        EXP(3.*LOG(STDDEV(ig,l,3))**2.)
259              ELSE
260              Rp_DL=R_MEDIAN(ig,l,3)*
261     &        EXP(4.*LOG(STDDEV(ig,l,3))**2.)
262              ENDIF
263               
264           a=1.246*l_mean
265       
266           c=0.87/l_mean
267       
268           b_exp=0.42*l_mean*EXP(-c*Rp_DL)
269       
270           A1=a+b_exp*(1.+c*Rp_DL
271     &  +0.5*(Rp_DL*c)**2
272     &  +1./6.*(Rp_DL*c)**3)
273     
274           A2=1.-b_exp*(c
275     &  +Rp_DL*c**2
276     &  +0.5*(Rp_DL**2)*(c**3))
277       
278           A3=0.5*b_exp*(c**2+Rp_DL*c**3)
279       
280           A4=-b_exp*1./6.*c**3
281
282c     Addition des Flux de tous les modes presents     
283       F_sed(ig,l)=F_sed(ig,l)
284     &  +((1.-qmass)/(1.-qmass*K_MASS(ig,l,3)))*(
285     &  (qmass*rho_core+(1.-qmass)*rho_droplet(ig,l))*4./3.*RPI*
286     &  NBRTOT(ig,l,3)*1.0E6*D_stokes*(
287     &  A1*R_MEDIAN(ig,l,3)**4
288     &  *EXP(8.0*LOG(STDDEV(ig,l,3))**2.)
289     &  +A2*R_MEDIAN(ig,l,3)**5
290     &  *EXP(12.5*LOG(STDDEV(ig,l,3))**2.)
291     &  +A3*R_MEDIAN(ig,l,3)**6
292     &  *EXP(18.0*LOG(STDDEV(ig,l,3))**2.)
293     &  +A4*R_MEDIAN(ig,l,3)**7
294     &  *EXP(24.5*LOG(STDDEV(ig,l,3))**2.)))
295     
296c      PRINT*,' APRES dTime: F_sed=',F_sed(ig,l), ig, l
297     
298        IF (F_sed(ig,l).GT.m_lay(ig,l)) THEN
299        PRINT*,'==============================================='
300        PRINT*,'WARNING On a epuise la couche', ig, l
301        PRINT*,'On epuise pas une couche avec une espèce
302     &   minoritaire, c est pas bien maaaaaal'
303            PRINT*,'Water',zqi_wv(ig,l),'Sulfuric Acid',zqi_sa(ig,l)
304        PRINT*,'F_sed:',F_sed(ig,l),'m_lay:',m_lay(ig,l)
305        PRINT*,'F_sed/dtphy',F_sed(ig,l)/ptimestep
306        PRINT*,'Pbnd top',pbndlay(ig,l+1),'Temp',pt(ig,l),'Rho',
307     &  rho_droplet(ig,l)
308                PRINT*,'Ntot',NBRTOT(ig,l,:)
309                PRINT*,'StdDev',STDDEV(ig,l,:),'Rmed',R_MEDIAN(ig,l,:)
310                PRINT*,'K_MASS',K_MASS(ig,l,:)
311                PRINT*,'WSA',WH2SO4(ig,l),'RHO',rho_droplet(ig,l)
312               
313c               ELSE
314c               
315c               PRINT*,'~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~'
316c       PRINT*,'WARNING On a PAS epuise la couche', ig, l
317c       PRINT*,'F_sed:',F_sed(ig,l),'m_lay:',m_lay(ig,l)
318c       PRINT*,'F_sed/dtphy',F_sed(ig,l)/ptimestep
319c       PRINT*,'Pbnd top',pbndlay(ig,l+1),'Temp',pt(ig,l),'Rho',
320c     &         rho_droplet(ig,l)(ig,l)
321c               PRINT*,'Ntot',NBRTOT(ig,l),'Ntot m3',NBRTOT(ig,l)*1.0e6
322c               PRINT*,'StdDev',STDDEV(ig,l),'Rmed',R_MEDIAN(ig,l)
323            STOP               
324              ENDIF
325       
326           IF (F_sed(ig,l).LT.0.0d0) THEN
327              PRINT*,"F_sed est négatif !!!"
328              PRINT*,'F_sed:',F_sed(ig,l),'m_lay:',m_lay(ig,l)
329        PRINT*,'F_sed/dtphy',F_sed(ig,l)/ptimestep
330        PRINT*,'Pbnd top',pbndlay(ig,l+1),'Pmid',pmidlay(ig,l)
331        PRINT*,'Temp',pt(ig,l),'Rho',
332     &  rho_droplet(ig,l)
333                PRINT*,'Ntot',NBRTOT(ig,l,imode),'Ntot m3',
334     &  NBRTOT(ig,l,imode)*1.0e6
335                PRINT*,'StdDev',STDDEV(ig,l,imode),'Rmed',
336     &          R_MEDIAN(ig,l,imode)
337                PRINT*,'A1',A1,'A2',A2
338                PRINT*,'A3',A1,'A4',A2
339                PRINT*,'D_stokes',D_stokes
340                STOP
341           ENDIF
342           
343              ENDDO
344             
345c           ELSE           
346c           F_sed(:,l)=0.0d0           
347c           ENDIF
348           
349         ENDDO
350
351c     Passage du Flux au Flux pour un pas de temps (== kg.m-2)     
352
353      F_sed(:,:) = F_sed(:,:)*ptimestep
354
355!=========================================================
356!     compute tendency due to sedimentation
357!=========================================================
358
359!     h2so4
360
361      do l = 1,n_lev
362         do ig = 1,n_lon
363            zqi_sa(ig,l) = zqi_sa(ig,l)
364     $                   + (F_sed(ig,l+1)*wgt_SA(ig,l+1)
365     $                    - F_sed(ig,l)*wgt_SA(ig,l))/m_lay(ig,l)
366!           if (zqi_sa(ig,l) < 0.) THEN
367!              print*,'STOP sedim on epuise tout le H2SO4l present'
368!              print*,'point ',ig,'level ',l
369!              print*,'zqi_sa = ', zqi_sa(ig,l)
370!              STOP
371!              zqi_sa(ig,l) = 0.
372!           end if
373            zqi_sa(ig,l) = max(zqi_sa(ig,l), 0.)
374            pdqsed(ig,l,1) = zqi_sa(ig,l) - pq(ig,l,i_h2so4liq)
375         end do
376      end do
377
378!     h2o
379                     
380      do l = 1, n_lev
381         do ig=1,n_lon
382            zqi_wv(ig,l) = zqi_wv(ig,l)
383     $                   + (F_sed(ig,l+1)*(1. - wgt_SA(ig,l+1))
384     &                    - F_sed(ig,l)*(1. - wgt_SA(ig,l)))
385     &                    /m_lay(ig,l)
386!           if (zqi_wv(ig,l) < 0.) THEN
387!              print*,'STOP sedim on epuise tout le H2Ol present'
388!              print*,'point ',ig,'level ',l
389!              print*,'zqi_wv = ', zqi_wv(ig,l)
390!              STOP
391!              zqi_wv(ig,l) = 0.
392!           end if
393            zqi_wv(ig,l) = max(zqi_wv(ig,l), 0.)
394            pdqsed(ig,l,2) = zqi_wv(ig,l) - pq(ig,l,i_h2oliq)
395         end do
396      end do
397
398c               Save output file in 1D model
399c               ============================
400c      IF (n_lon .EQ. 1) THEN
401c      PRINT*,'Save output sedim'       
402c      DO l = 1, n_lev
403c       DO ig=1,n_lon
404c       WRITE(77,"(i4,','11(e15.8,','))") l,pdqsed(ig,l),zqi(ig,l),
405c     &         (WH2SO4(ig,l)*pq(ig,l,i_h2so4liq)+
406c     &         (1.-WH2SO4(ig,l))*pq(ig,l,i_h2oliq)),
407c     &         pq(ig,l,i_h2so4liq),pq(ig,l,i_h2oliq)
408c      ENDDO
409c       ENDDO
410c      ENDIF   
411
412      RETURN
413      END
414
415*******************************************************************************
416      REAL FUNCTION VISCOSITY_CO2(temp)
417c       Aurélien Stolzenbach 2015
418c       Calcul de la viscosité dynamique du CO2 80°K -> 300°K
419c       Viscosité dynamique en Pa.s
420c       Source: Johnston & Grilly (1942)
421
422c       température en °K
423        REAL, INTENT(IN) :: temp
424       
425        REAL :: denom, numer
426       
427c       Calcul de la viscosité dynamique grâce à la formule de Jones (Lennard-Jones (1924))
428       
429        numer = 200.**(2.27/4.27)-0.435
430        denom = temp**(2.27/4.27)-0.435
431       
432        VISCOSITY_CO2 = (numer/denom)*1015.*(temp/200.)**(3./2.)
433
434c       convertion de Poises*1e7 -> Pa.s       
435        VISCOSITY_CO2 = VISCOSITY_CO2*1.e-8     
436
437      END FUNCTION VISCOSITY_CO2
438*******************************************************************************
439
440
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.