1 | SUBROUTINE new_cloud_sedim(n_lon,n_lev,ptimestep, |
---|
2 | & pmidlay,pbndlay, |
---|
3 | & pt, |
---|
4 | & pq, pdqsed,pdqs_sed,nq,F_sed) |
---|
5 | |
---|
6 | USE ioipsl |
---|
7 | USE infotrac |
---|
8 | USE dimphy |
---|
9 | USE chemparam_mod |
---|
10 | IMPLICIT NONE |
---|
11 | |
---|
12 | c======================================================================= |
---|
13 | c |
---|
14 | c======================================================================= |
---|
15 | |
---|
16 | c----------------------------------------------------------------------- |
---|
17 | c declarations: |
---|
18 | c ------------- |
---|
19 | #include "YOMCST.h" |
---|
20 | c#include "dimphys.h" |
---|
21 | c#include "comcstfi.h" |
---|
22 | c#include "tracer.h" |
---|
23 | c#include "callkeys.h" |
---|
24 | |
---|
25 | c |
---|
26 | c arguments: |
---|
27 | c ---------- |
---|
28 | |
---|
29 | INTEGER n_lon ! number of horizontal grid points |
---|
30 | INTEGER n_lev ! number of atmospheric layers |
---|
31 | REAL ptimestep ! physics time step (s) |
---|
32 | REAL pmidlay(n_lon,n_lev) ! pressure at middle layers (Pa) |
---|
33 | REAL pt(n_lon,n_lev) ! temperature at mid-layer (l) |
---|
34 | REAL pbndlay(n_lon,n_lev+1) ! pressure at layer boundaries |
---|
35 | |
---|
36 | c Traceurs : |
---|
37 | integer nq ! number of tracers |
---|
38 | real pq(n_lon,n_lev,nq) ! tracers (kg/kg) |
---|
39 | c real pdqfi(n_lon,n_lev,nq) ! tendency before sedimentation (kg/kg.s-1) |
---|
40 | real pdqsed(n_lon,n_lev,2) ! tendency due to sedimentation (kg/kg) |
---|
41 | real pdqs_sed(n_lon) ! surface density (Flux if /ptimestep) at surface due to sedimentation (kg.m-2) |
---|
42 | |
---|
43 | c local: |
---|
44 | c ------ |
---|
45 | integer imode |
---|
46 | integer ig |
---|
47 | integer iq |
---|
48 | integer l |
---|
49 | |
---|
50 | real zlev(n_lon,n_lev+1) ! altitude at layer boundaries |
---|
51 | real zlay(n_lon,n_lev) ! altitude at the midlle layer |
---|
52 | real zqi_wv(n_lon,n_lev) ! to locally store H2O tracer |
---|
53 | real zqi_sa(n_lon,n_lev) ! to locally store H2SO4 tracer |
---|
54 | real m_lay (n_lon,n_lev) ! Layer Pressure over gravity (Dp/g == kg.m-2) |
---|
55 | real wq(n_lon,n_lev+1) ! displaced tracer mass (kg.m-2) |
---|
56 | |
---|
57 | c Physical constant |
---|
58 | c ~~~~~~~~~~~~~~~~~ |
---|
59 | c Gas molecular viscosity (N.s.m-2) |
---|
60 | c real,parameter :: visc=1.e-5 ! CO2 |
---|
61 | REAL :: VISCOSITY_CO2 |
---|
62 | c Effective gas molecular radius (m) |
---|
63 | real,parameter :: molrad=2.2e-10 ! CO2 |
---|
64 | |
---|
65 | c Cloud density (kg.m-3) |
---|
66 | c ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ |
---|
67 | c real, DIMENSION(n_lon,n_lev) :: rho_droplet |
---|
68 | |
---|
69 | REAL, DIMENSION(n_lon,n_lev+1) :: |
---|
70 | + wgt_SA ! Fraction of H2SO4 in droplet local |
---|
71 | |
---|
72 | c Stokes speed and sedimentation flux variable |
---|
73 | c ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ |
---|
74 | |
---|
75 | REAL :: A1,A2,A3,A4, ! coeff du DL du Flux de sedimentation |
---|
76 | + D_stokes, ! coeff de la vitesse de Stokes |
---|
77 | + Rp_DL, ! "Point" du DL |
---|
78 | + l_mean, ! libre parcours moyen (m) |
---|
79 | + a,b_exp,c ! coeff du calcul du Flux de sedimentation |
---|
80 | REAL, DIMENSION(n_lon,n_lev+1) :: |
---|
81 | + F_sed ! Flux de sedimentation (kg.m-2.s-1 puis en output kg.m-2) |
---|
82 | |
---|
83 | |
---|
84 | REAL :: R_mode0 ! Rayon mode 0 (m), rayon le plus frequent |
---|
85 | |
---|
86 | |
---|
87 | |
---|
88 | ! PRINT*,'RHO_DROPLET new_cloud_sedim.F' |
---|
89 | ! PRINT*,'rho_droplet',rho_droplet(16,21) |
---|
90 | ! PRINT*,'T',pt(16,21),'WSA',WH2SO4(16,21) |
---|
91 | |
---|
92 | c----------------------------------------------------------------------- |
---|
93 | c 1. Initialization |
---|
94 | c ----------------- |
---|
95 | |
---|
96 | c Updating the droplet mass mixing ratio with the partition H2O/H2SO4 |
---|
97 | c ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ |
---|
98 | |
---|
99 | do l=1,n_lev |
---|
100 | do ig=1,n_lon |
---|
101 | zqi_wv(ig,l) = pq(ig,l,i_h2oliq) |
---|
102 | zqi_sa(ig,l) = pq(ig,l,i_h2so4liq) |
---|
103 | wgt_SA(ig,l) = WH2SO4(ig,l) |
---|
104 | enddo |
---|
105 | enddo |
---|
106 | |
---|
107 | c Init F_sed |
---|
108 | F_sed(:,:) = 0.0E+0 |
---|
109 | |
---|
110 | c Au niveau top+1 , tout égal a 0 |
---|
111 | wgt_SA(:,n_lev+1) = 0.0E+0 |
---|
112 | |
---|
113 | c Computing the different layer properties |
---|
114 | c ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ |
---|
115 | c m_lay (kg.m-2) |
---|
116 | c Ici g=8.87, conflit pour g entre #include "YOMCST.h" |
---|
117 | c et #include "comcstfi.h" |
---|
118 | |
---|
119 | do l=1,n_lev |
---|
120 | do ig=1, n_lon |
---|
121 | m_lay(ig,l)=(pbndlay(ig,l) - pbndlay(ig,l+1)) /8.87E+0 |
---|
122 | IF (m_lay(ig,l).LE.0.0) THEN |
---|
123 | PRINT*,'!!!! STOP PROBLEME SEDIMENTATION!!!!' |
---|
124 | PRINT*,'!!!! m_lay <= 0 !!!!' |
---|
125 | PRINT*,'!!!! STOP PROBLEME SEDIMENTATION!!!!' |
---|
126 | ENDIF |
---|
127 | end do |
---|
128 | end do |
---|
129 | |
---|
130 | c Computing sedimentation for droplet "tracer" |
---|
131 | c ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ |
---|
132 | c pbndlay(:,51)=0 (en parallèle c'est sûr), ne pas l'utiliser pour Fse |
---|
133 | |
---|
134 | DO imode=1, nbr_mode |
---|
135 | DO l = cloudmin, cloudmax |
---|
136 | DO ig=1,n_lon |
---|
137 | |
---|
138 | c RD=1000.*RNAVO*RKBOL/RMD avec RMD=43.44 Masse molaire atm venus en g.mol-1 |
---|
139 | D_stokes=((rho_droplet(ig,l)-pmidlay(ig,l)/(RD*pt(ig,l)))) |
---|
140 | & *(2./9.)*(RG/VISCOSITY_CO2(pt(ig,l))) |
---|
141 | |
---|
142 | l_mean=(pt(ig,l)/pmidlay(ig,l))* |
---|
143 | & (0.707*R/(4.*RPI* molrad*molrad * RNAVO)) |
---|
144 | |
---|
145 | R_mode0=R_MEDIAN(ig,l,imode)* |
---|
146 | & EXP(-LOG(STDDEV(ig,l,imode))**2.) |
---|
147 | IF ((l_mean/(R_mode0)).GT.10.) THEN |
---|
148 | Rp_DL=R_MEDIAN(ig,l,imode)* |
---|
149 | & EXP(3.*LOG(STDDEV(ig,l,imode))**2.) |
---|
150 | ELSE |
---|
151 | Rp_DL=R_MEDIAN(ig,l,imode)* |
---|
152 | & EXP(4.*LOG(STDDEV(ig,l,imode))**2.) |
---|
153 | ENDIF |
---|
154 | |
---|
155 | a=1.246*l_mean |
---|
156 | |
---|
157 | c=0.87/l_mean |
---|
158 | |
---|
159 | b_exp=0.42*l_mean*EXP(-c*Rp_DL) |
---|
160 | |
---|
161 | A1=a+b_exp*(1.+c*Rp_DL |
---|
162 | & +0.5*(Rp_DL*c)**2 |
---|
163 | & +1./6.*(Rp_DL*c)**3) |
---|
164 | |
---|
165 | A2=1.-b_exp*(c |
---|
166 | & +Rp_DL*c**2 |
---|
167 | & +0.5*(Rp_DL**2)*(c**3)) |
---|
168 | |
---|
169 | A3=0.5*b_exp*(c**2+Rp_DL*c**3) |
---|
170 | |
---|
171 | A4=-b_exp*1./6.*c**3 |
---|
172 | |
---|
173 | c Addition des Flux de tous les modes presents |
---|
174 | F_sed(ig,l)=F_sed(ig,l)+(rho_droplet(ig,l)*4./3.*RPI* |
---|
175 | & NBRTOT(ig,l,imode)*1.0E6*D_stokes*( |
---|
176 | & A1*R_MEDIAN(ig,l,imode)**4 |
---|
177 | & *EXP(8.0*LOG(STDDEV(ig,l,imode))**2.) |
---|
178 | & +A2*R_MEDIAN(ig,l,imode)**5 |
---|
179 | & *EXP(12.5*LOG(STDDEV(ig,l,imode))**2.) |
---|
180 | & +A3*R_MEDIAN(ig,l,imode)**6 |
---|
181 | & *EXP(18.0*LOG(STDDEV(ig,l,imode))**2.) |
---|
182 | & +A4*R_MEDIAN(ig,l,imode)**7 |
---|
183 | & *EXP(24.5*LOG(STDDEV(ig,l,imode))**2.))) |
---|
184 | |
---|
185 | c PRINT*,' APRES dTime: F_sed=',F_sed(ig,l), ig, l |
---|
186 | |
---|
187 | IF (F_sed(ig,l).GT.m_lay(ig,l)) THEN |
---|
188 | PRINT*,'===============================================' |
---|
189 | PRINT*,'WARNING On a epuise la couche', ig, l |
---|
190 | PRINT*,'On epuise pas une couche avec une espèce |
---|
191 | & minoritaire, c est pas bien maaaaaal' |
---|
192 | PRINT*,'Water',zqi_wv(ig,l),'Sulfuric Acid',zqi_sa(ig,l) |
---|
193 | PRINT*,'F_sed:',F_sed(ig,l),'m_lay:',m_lay(ig,l) |
---|
194 | PRINT*,'F_sed/dtphy',F_sed(ig,l)/ptimestep |
---|
195 | PRINT*,'Pbnd top',pbndlay(ig,l+1),'Temp',pt(ig,l),'Rho', |
---|
196 | & rho_droplet(ig,l) |
---|
197 | PRINT*,'Ntot',NBRTOT(ig,l,:) |
---|
198 | PRINT*,'StdDev',STDDEV(ig,l,:),'Rmed',R_MEDIAN(ig,l,:) |
---|
199 | PRINT*,'K_MASS',K_MASS(ig,l,:) |
---|
200 | PRINT*,'WSA',WH2SO4(ig,l),'RHO',rho_droplet(ig,l) |
---|
201 | |
---|
202 | c ELSE |
---|
203 | c |
---|
204 | c PRINT*,'~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~' |
---|
205 | c PRINT*,'WARNING On a PAS epuise la couche', ig, l |
---|
206 | c PRINT*,'F_sed:',F_sed(ig,l),'m_lay:',m_lay(ig,l) |
---|
207 | c PRINT*,'F_sed/dtphy',F_sed(ig,l)/ptimestep |
---|
208 | c PRINT*,'Pbnd top',pbndlay(ig,l+1),'Temp',pt(ig,l),'Rho', |
---|
209 | c & rho_droplet(ig,l)(ig,l) |
---|
210 | c PRINT*,'Ntot',NBRTOT(ig,l),'Ntot m3',NBRTOT(ig,l)*1.0e6 |
---|
211 | c PRINT*,'StdDev',STDDEV(ig,l),'Rmed',R_MEDIAN(ig,l) |
---|
212 | STOP |
---|
213 | ENDIF |
---|
214 | |
---|
215 | IF (F_sed(ig,l).LT.0.0d0) THEN |
---|
216 | PRINT*,"F_sed est négatif !!!" |
---|
217 | PRINT*,'F_sed:',F_sed(ig,l),'m_lay:',m_lay(ig,l) |
---|
218 | PRINT*,'F_sed/dtphy',F_sed(ig,l)/ptimestep |
---|
219 | PRINT*,'Pbnd top',pbndlay(ig,l+1),'Pmid',pmidlay(ig,l) |
---|
220 | PRINT*,'Temp',pt(ig,l),'Rho', |
---|
221 | & rho_droplet(ig,l) |
---|
222 | PRINT*,'Ntot',NBRTOT(ig,l,imode),'Ntot m3', |
---|
223 | & NBRTOT(ig,l,imode)*1.0e6 |
---|
224 | PRINT*,'StdDev',STDDEV(ig,l,imode),'Rmed', |
---|
225 | & R_MEDIAN(ig,l,imode) |
---|
226 | PRINT*,'A1',A1,'A2',A2 |
---|
227 | PRINT*,'A3',A1,'A4',A2 |
---|
228 | PRINT*,'D_stokes',D_stokes |
---|
229 | STOP |
---|
230 | ENDIF |
---|
231 | |
---|
232 | ENDDO |
---|
233 | |
---|
234 | c ELSE |
---|
235 | c F_sed(:,l)=0.0d0 |
---|
236 | c ENDIF |
---|
237 | |
---|
238 | ENDDO |
---|
239 | ENDDO |
---|
240 | |
---|
241 | c Passage du Flux au Flux pour un pas de temps (== kg.m-2) |
---|
242 | F_sed(:,:)=F_sed(:,:)*ptimestep |
---|
243 | |
---|
244 | |
---|
245 | c VENUS: le flux à la surface est fixé à 0 |
---|
246 | c les conditions P/T en surface ne permettent pas la condensation |
---|
247 | DO ig=1,n_lon |
---|
248 | pdqs_sed(ig) = 0.0d0 |
---|
249 | ENDDO |
---|
250 | |
---|
251 | c Compute the final tendency: |
---|
252 | c --------------------------- |
---|
253 | |
---|
254 | c Partie H2SO4l |
---|
255 | c ~~~~~~~~~~~~ |
---|
256 | |
---|
257 | DO l = 1, n_lev |
---|
258 | DO ig=1,n_lon |
---|
259 | zqi_sa(ig,l) = zqi_sa(ig,l) + ( |
---|
260 | & F_sed(ig,l+1)*wgt_SA(ig,l+1) |
---|
261 | & - F_sed(ig,l)*wgt_SA(ig,l)) |
---|
262 | & / m_lay(ig,l) |
---|
263 | c On peut avoir theoriquement le cas ou on epuise tout le VMR present |
---|
264 | IF (zqi_sa(ig,l).LT.0.0D0) THEN |
---|
265 | PRINT*,'STOP sedimentation on epuise tout le VMR present' |
---|
266 | PRINT*,'couche',ig,'level',l |
---|
267 | c STOP |
---|
268 | c Ce n est pas juste mais il faudrait alors adapter les pas |
---|
269 | c de tps de la phys, microphys et chimie |
---|
270 | c car dans ce cas, c est comme si on epuisait la couche pour un pdtphys |
---|
271 | c mais en fait on l epuise pour un pdt<pdtphys |
---|
272 | zqi_sa(ig,l) = 0.0D0 |
---|
273 | ENDIF |
---|
274 | pdqsed(ig,l,1) = zqi_sa(ig,l) - pq(ig,l,i_h2so4liq) |
---|
275 | ENDDO |
---|
276 | ENDDO |
---|
277 | |
---|
278 | c Partie H2Ol |
---|
279 | c ~~~~~~~~~~~ |
---|
280 | |
---|
281 | DO l = 1, n_lev |
---|
282 | DO ig=1,n_lon |
---|
283 | zqi_wv(ig,l) = zqi_wv(ig,l) + ( |
---|
284 | & F_sed(ig,l+1)*(1. - wgt_SA(ig,l+1)) |
---|
285 | & - F_sed(ig,l)*(1. - wgt_SA(ig,l))) |
---|
286 | & / m_lay(ig,l) |
---|
287 | c On peut avoir theoriquement le cas ou on epuise tout le VMR present |
---|
288 | IF (zqi_wv(ig,l).LT.0.0D0) THEN |
---|
289 | PRINT*,'STOP sedimentation on epuise tout le VMR present' |
---|
290 | PRINT*,'couche',ig,'level',l |
---|
291 | c STOP |
---|
292 | c Ce n est pas juste mais il faudrait alors adapter les pas |
---|
293 | c de tps de la phys, microphys et chimie |
---|
294 | c car dans ce cas, c est comme si on epuisait la couche pour un pdtphys |
---|
295 | c mais en fait on l epuise pour un pdt<pdtphys |
---|
296 | zqi_wv(ig,l) = 0.0D0 |
---|
297 | ENDIF |
---|
298 | pdqsed(ig,l,2) = zqi_wv(ig,l) - pq(ig,l,i_h2oliq) |
---|
299 | ENDDO |
---|
300 | ENDDO |
---|
301 | |
---|
302 | c Save output file in 1D model |
---|
303 | c ============================ |
---|
304 | |
---|
305 | c IF (n_lon .EQ. 1) THEN |
---|
306 | c PRINT*,'Save output sedim' |
---|
307 | c DO l = 1, n_lev |
---|
308 | c DO ig=1,n_lon |
---|
309 | c WRITE(77,"(i4,','11(e15.8,','))") l,pdqsed(ig,l),zqi(ig,l), |
---|
310 | c & (WH2SO4(ig,l)*pq(ig,l,i_h2so4liq)+ |
---|
311 | c & (1.-WH2SO4(ig,l))*pq(ig,l,i_h2oliq)), |
---|
312 | c & pq(ig,l,i_h2so4liq),pq(ig,l,i_h2oliq) |
---|
313 | c ENDDO |
---|
314 | c ENDDO |
---|
315 | c ENDIF |
---|
316 | |
---|
317 | RETURN |
---|
318 | END |
---|
319 | |
---|
320 | ******************************************************************************* |
---|
321 | REAL FUNCTION VISCOSITY_CO2(temp) |
---|
322 | c Aurélien Stolzenbach 2015 |
---|
323 | c Calcul de la viscosité dynamique du CO2 80°K -> 300°K |
---|
324 | c Viscosité dynamique en Pa.s |
---|
325 | c Source: Johnston & Grilly (1942) |
---|
326 | |
---|
327 | c température en °K |
---|
328 | REAL, INTENT(IN) :: temp |
---|
329 | |
---|
330 | REAL :: denom, numer |
---|
331 | |
---|
332 | c Calcul de la viscosité dynamique grâce à la formule de Jones (Lennard-Jones (1924)) |
---|
333 | |
---|
334 | numer = 200.**(2.27/4.27)-0.435 |
---|
335 | denom = temp**(2.27/4.27)-0.435 |
---|
336 | |
---|
337 | VISCOSITY_CO2 = (numer/denom)*1015.*(temp/200.)**(3./2.) |
---|
338 | |
---|
339 | c convertion de Poises*1e7 -> Pa.s |
---|
340 | VISCOSITY_CO2 = VISCOSITY_CO2*1.e-8 |
---|
341 | |
---|
342 | END FUNCTION VISCOSITY_CO2 |
---|
343 | ******************************************************************************* |
---|
344 | |
---|
345 | |
---|