source: trunk/LMDZ.VENUS/libf/phyvenus/nirco2abs.F @ 3567

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SL: Version used for VCD 1.1 (tuneupperatm => key+photochemistry, nirco2abs) add prod and loss from photochem new nonorographic routine (not used for VCD 1.1) update of deftank files

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Line 
1      SUBROUTINE nirco2abs(nlon,nlev,nplay,dist_sol,nq,pq,
2     $     mu0,fract,pdtnirco2)
3
4       use dimphy
5       use geometry_mod, only: longitude_deg, latitude_deg
6       use chemparam_mod, only: i_co2, i_o
7c       use compo_hedin83_mod2
8
9
10       IMPLICIT NONE
11c=======================================================================
12c   subject:
13c   --------
14c   Computing heating rate due to
15c   absorption by CO2 in the near-infrared
16c   This version includes NLTE effects
17c
18c   (Scheme to be described in Forget et al., JGR, 2003)
19c   (old Scheme described in Forget et al., JGR, 1999)
20c
21c   This version updated with a new functional fit,
22c   see NLTE correction-factor of Lopez-Valverde et al (1998)
23c   Stephen Lewis 2000
24c
25c   apr 2019 d.quirino   Improving NLTE params, SOIR/SPICAV Temp comparison
26c   oct 2014 g.gilli     Coupling with photochemical model
27C   jan 2014 g.gilli     Revision (following martian non-lte param)   
28C   jun 2013 l.salmi     First adaptation to Venus and NIR NLTE param
29c   jul 2011 malv+fgg    New corrections for NLTE implemented
30c   08/2002 : correction for bug when running with diurnal=F
31c
32c   author:  Frederic Hourdin 1996
33c   ------
34c            Francois Forget 1999
35c
36c   input:
37c   -----
38c   nlon                 number of gridpoint of horizontal grid
39c   nlev                Number of layer
40c   dist_sol              sun-Venus distance (AU)
41c   mu0(nlon)         
42c   fract(nlon)        day fraction of the time interval
43c   declin                latitude of subslar point
44c
45c   output:
46c   -------
47c
48c   pdtnirco2(nlon,nlev)      Heating rate (K/sec)
49c
50c
51c=======================================================================
52c
53c    0.  Declarations :
54c    ------------------
55c
56
57#include "YOMCST.h"
58#include "clesphys.h"
59c#include "comdiurn.h"
60#include "nirdata.h"
61c#include "tracer.h"
62#include "mmol.h"
63c-----------------------------------------------------------------------
64c    Input/Output
65c    ------------
66      integer,intent(in) :: nlon ! number of (horizontal) grid points
67      integer,intent(in) :: nlev ! number of atmospheric layers
68
69      real,intent(in) :: nplay(nlon,nlev) ! Pressure
70      real,intent(in) :: dist_sol ! Sun-Venus distance (in AU)
71      integer,intent(in) :: nq ! number of tracers
72      real,intent(in) :: pq(nlon,nlev,nq) ! mass mixing ratio tracers
73      real,intent(in) :: mu0(nlon) ! solar angle
74      real,intent(in) :: fract(nlon) ! day fraction of the time interval
75c      real,intent(in) :: declin ! latitude of sub-solar point
76      real :: co2vmr_gcm(nlon,nlev), o3pvmr_gcm(nlon,nlev)
77 
78      real,intent(out) :: pdtnirco2(nlon,nlev) ! heating rate (K/sec)
79
80c
81c    Local variables :
82c    -----------------
83      INTEGER l,ig, n, nstep,i
84      REAL co2heat0, zmu(nlon)
85
86c     special diurnal=F
87      real mu0_int(nlon),fract_int(nlon),zday_int
88      real ztim1,ztim2,ztim3,step
89
90      logical onepeak
91      parameter (onepeak=.false.)
92c     parameter (onepeak=.true.)
93c
94c   local saved variables
95c   ---------------------
96      logical,save :: firstcall=.true.
97      integer,save :: ico2=0 ! index of "co2" tracer
98      integer,save :: io=0 ! index of "o" tracer
99
100ccc=================================================
101cccc     parameters for CO2 heating fit
102ccc=================================================
103
104c--------------------------------------------------
105c One-peak martian-type fit => Gabriella (2014+)
106c--------------------------------------------------
107c     n_a  =  heating rate for Venusian day at p0, r0, mu =0 [K day-1]
108c     Here p0 = p_cloud top [Pa]
109c     n_p0 = is a pressure below which non LTE effects are significant [Pa]
110c     n_a Solar heating [K/Eday] at the cloud top, taken from Crisps table     
111 
112      real n_a, n_p0, n_b, p_ctop
113
114cc "Nominal" values used in Gilli+2017
115c       parameter (n_a = 18.13/86400.0)     !c     K/Eday  ---> K/sec   
116c       parameter (p_ctop=13.2e2)
117c       parameter (n_p0=0.008)
118
119cc "New" values used to improve SPICAV/SOIR Temperature comparision (D.Quirino)
120cc Gilli+2021
121       parameter (n_a = 15.92/86400.0)     !c     K/Eday  ---> K/sec   
122       parameter (p_ctop=19.85e2)
123       parameter (n_p0=0.1) 
124       parameter (n_b=1.362)
125
126c    -- NLTE Param v2  --
127C       parameter (n_p0=0.01) 
128c       parameter (n_b = 1.3)
129
130c--------------------------------------------------
131c Multi-peaks Roldan-type fit => Laura (2013)
132c New paramaters (Param9*0.5) => Enora (2021)
133c--------------------------------------------------
134c ENORA FINE TUNING used for VCD 1.1
135c  (fit to fig 12 Roldan-2000)
136      real n_coFB, n_aFB, n_bFB, n_p0FB, n_eFB
137      real n_coISO, n_aISO, n_bISO, n_p0ISO, n_eISO
138      real n_coFH, n_aFH, n_bFH, n_p0FH, n_eFH
139      real n_co43, n_a43, n_b43, n_p043, n_e43
140      real n_co43b, n_a43b, n_b43b, n_p043b, n_e43b
141      real n_conir, n_anir, n_bnir, n_p0nir, n_enir
142
143      parameter (n_coFB=119./86400.0)      !c     K/Eday ---> K/sec
144      parameter (n_aFB=0.185)
145      parameter (n_bFB=3.7)
146      parameter (n_p0FB=2.9e-4)
147      parameter (n_eFB=0.76)
148
149      parameter (n_coISO=265./86400.0)      !c     K/Eday ---> K/sec
150      parameter (n_aISO=0.313)
151      parameter (n_bISO=1.65)
152      parameter (n_p0ISO=0.076)
153      parameter (n_eISO=0.99)
154
155      parameter (n_coFH=2.5/86400.0)      !c     K/Eday ---> K/sec
156      parameter (n_aFH=3.98)
157      parameter (n_bFH=2.9)
158      parameter (n_p0FH=0.17)
159      parameter (n_eFH=2.16)
160
161      parameter (n_co43=55./86400.0)      !c     K/Eday ---> K/sec
162      parameter (n_a43=0.625)
163      parameter (n_b43=2.6)
164      parameter (n_p043=0.043)
165      parameter (n_e43=1.654)
166
167!     parameter (n_co43b=100./86400.0)      !c     K/Eday ---> K/sec
168! => fine tuning: not affected by the *0.5 below (see ENORA FINE TUNING)
169      parameter (n_co43b=200./86400.0)      !c     K/Eday ---> K/sec
170      parameter (n_a43b=5.5)
171      parameter (n_b43b=2.3)
172      parameter (n_p043b=1.)
173      parameter (n_e43b=0.4)
174
175      parameter (n_conir=6.5/86400.0)      !c     K/Eday ---> K/sec
176      parameter (n_anir=35.65)
177      parameter (n_bnir=2.1)
178      parameter (n_p0nir=0.046)
179      parameter (n_enir=0.9)
180
181      real :: picFB(nlon,nlev), picISO(nlon,nlev), picFH(nlon,nlev)
182      real :: pic43(nlon,nlev), pic43b(nlon,nlev), picnir(nlon,nlev)
183
184ccc=================================================
185
186c     Variables added to implement NLTE correction factor (feb 2011)
187      real    pyy(nlev)
188      real    cor1(nlev),oldoco2(nlev),alfa2(nlev)
189      real    p2011,cociente1,merge
190      real    cor0,oco2gcm
191
192c---------------------------------------------------------------------- 
193c     Initialisation
194c     --------------
195      if (firstcall) then
196        if (nircorr.eq.1) then
197c          ! we will need co2 and o tracers
198          ico2= i_co2
199          if (ico2==0) then
200            write(*,*) "nirco2abs error: I need a CO2 tracer"
201            write(*,*) "     when running with nircorr==1"
202           stop
203          endif
204          io=i_o
205          if (io==0) then
206            write(*,*) "nirco2abs error: I need an O tracer"
207            write(*,*) "     when running with nircorr==1"
208            stop
209          endif
210        endif
211        firstcall=.false.
212      endif
213c     --------------
214c     co2heat0 is correction for dist_sol (is 1 for Venus)
215      co2heat0=(0.7233/dist_sol)**2
216
217      pdtnirco2(:,:)=0.
218c---------------------------------------------------------------------- 
219
220c     
221c     Simple calcul for a given sun incident angle (if cycle_diurne=T)
222c     --------------------------------------------
223
224      IF (cycle_diurne) THEN 
225
226         do ig=1,nlon   
227            zmu(ig)=sqrt(1224.*mu0(ig)*mu0(ig)+1.)/35.
228
229c---------------------------
230           if (onepeak) then
231c---------------------------
232            if(nircorr.eq.1) then
233               do l=1,nlev
234                  pyy(l)=nplay(ig,l)
235               enddo
236               call interpnir(cor1,pyy,nlev,corgcm,pres1d,npres)
237               call interpnir(oldoco2,pyy,nlev,oco21d,pres1d,npres)
238               call interpnir(alfa2,pyy,nlev,alfa,pres1d,npres)
239            endif
240            do l=1,nlev
241c           Calculations for the O/CO2 correction
242               if(nircorr.eq.1) then
243                  cor0=1./(1.+n_p0/nplay(ig,l))**n_b
244                  if(pq(ig,l,ico2) .gt. 1.e-6) then
245                     oco2gcm=pq(ig,l,io)/pq(ig,l,ico2)
246                     ! handle the rare cases when pq(ig,l,io)<0
247                     if (pq(ig,l,io).lt.0) then
248                       write(*,*) "nirco2abs: warning ig=",ig," l=",l,
249     &                            " pq(ig,l,io)=",pq(ig,l,io)
250                       oco2gcm=1.e6
251                     endif
252                  else
253                     oco2gcm=1.e6
254                  endif
255                  cociente1=oco2gcm/oldoco2(l)
256                 
257c                  WRITE(*,*) "nirco2abs line 211", l, cociente1
258
259                  merge=alog10(cociente1)*alfa2(l)+alog10(cor0)*
260     $                 (1.-alfa2(l))
261                  merge=10**merge
262                  p2011=sqrt(merge)*cor0
263
264               else if (nircorr.eq.0) then
265                  p2011=1.
266                  cor1(l)=1.
267               endif
268
269              if(fract(ig).gt.0.) pdtnirco2(ig,l)=
270     &             co2heat0*n_a*sqrt((p_ctop*zmu(ig))/nplay(ig,l))
271     &             /(1.+n_p0/nplay(ig,l))**n_b
272c           Corrections from tabulation
273     $              * cor1(l) * p2011
274             
275            enddo !nlev
276c---------------------------
277           else  ! multipeak
278c---------------------------
279            do l=1,nlev
280               if(fract(ig).gt.0.) then
281                   picFB(ig,l)=n_coFB
282     &              *((n_aFB/nplay(ig,l))**n_eFB)
283     &              *zmu(ig)**0.82
284     &             /(1.+n_p0FB/nplay(ig,l))**n_bFB
285
286                   picISO(ig,l)=n_coISO
287     &              *((n_aISO/nplay(ig,l))**n_eISO)
288     &              *zmu(ig)**0.55
289     &             /(1.+n_p0ISO/nplay(ig,l))**n_bISO
290
291                   picFH(ig,l)=n_coFH
292     &              *((n_aFH/nplay(ig,l))**n_eFH)
293     &              *zmu(ig)**0.55
294     &             /(1.+n_p0FH/nplay(ig,l))**n_bFH
295
296                   pic43(ig,l)=n_co43
297     &              *((n_a43/nplay(ig,l))**n_e43)
298     &              *zmu(ig)**0.55
299     &             /(1.+n_p043/nplay(ig,l))**n_b43
300
301                   pic43b(ig,l)=n_co43b
302     &              *((n_a43b/nplay(ig,l))**n_e43b)
303     &              *zmu(ig)**0.55
304     &             /(1.+n_p043b/nplay(ig,l))**n_b43b
305
306                   picnir(ig,l)=n_conir
307     &              *((n_anir/nplay(ig,l))**n_enir)
308     &              *zmu(ig)**0.55
309     &             /(1.+n_p0nir/nplay(ig,l))**n_bnir
310
311                   pdtnirco2(ig,l)=co2heat0*
312     &           (picFB(ig,l)+picISO(ig,l)+picFH(ig,l)+pic43(ig,l)
313     &           +pic43b(ig,l)+picnir(ig,l))*0.5  ! *0.5 = ENORA FINE TUNING
314                 
315               endif
316            enddo !nlev
317c---------------------------
318           endif
319c---------------------------
320         enddo  !nlon
321
322
323c     Averaging over diurnal cycle (if diurnal=F)
324c     -------------------------------------------
325c     NIR CO2 abs is slightly non linear. To remove the diurnal
326c     cycle, it is better to average the heating rate over 1 day rather
327c     than using the mean mu0 computed by mucorr in physiq.F (FF, 1998)
328
329      ELSE      ! if (.not.diurnal) then
330         nstep = 20    ! number of integration step /sol
331         do n=1,nstep
332
333            zday_int = (n-1)/float(nstep)
334
335            CALL zenang(0.,zday_int,RDAY/nstep,
336     &                  latitude_deg,longitude_deg,
337     &                  mu0_int,fract_int)
338
339          do ig=1,nlon
340               zmu(ig)=sqrt(1224.*mu0_int(ig)*mu0_int(ig)+1.)/35.
341
342c---------------------------
343           if (onepeak) then
344c---------------------------
345            if(nircorr.eq.1) then
346               do l=1,nlev
347                  pyy(l)=nplay(ig,l)
348               enddo
349               call interpnir(cor1,pyy,nlev,corgcm,pres1d,npres)
350               call interpnir(oldoco2,pyy,nlev,oco21d,pres1d,npres)
351               call interpnir(alfa2,pyy,nlev,alfa,pres1d,npres)
352            endif
353            do l=1,nlev
354c           Calculations for the O/CO2 correction
355               if(nircorr.eq.1) then
356                  cor0=1./(1.+n_p0/nplay(ig,l))**n_b
357                  if(pq(ig,l,ico2) .gt. 1.e-6) then
358                     oco2gcm=pq(ig,l,io)/pq(ig,l,ico2)
359                     ! handle the rare cases when pq(ig,l,io)<0
360                     if (pq(ig,l,io).lt.0) then
361                       write(*,*) "nirco2abs: warning ig=",ig," l=",l,
362     &                            " pq(ig,l,io)=",pq(ig,l,io)
363                       oco2gcm=1.e6
364                     endif
365                  else
366                     oco2gcm=1.e6
367                  endif
368                  cociente1=oco2gcm/oldoco2(l)
369                 
370c                  WRITE(*,*) "nirco2abs line 211", l, cociente1
371
372                  merge=alog10(cociente1)*alfa2(l)+alog10(cor0)*
373     $                 (1.-alfa2(l))
374                  merge=10**merge
375                  p2011=sqrt(merge)*cor0
376
377               else if (nircorr.eq.0) then
378                  p2011=1.
379                  cor1(l)=1.
380               endif
381
382              if(fract(ig).gt.0.) pdtnirco2(ig,l)=
383     &              pdtnirco2(ig,l) + (1/float(nstep))*
384     &             co2heat0*n_a*sqrt((p_ctop*zmu(ig))/nplay(ig,l))
385     &             /(1.+n_p0/nplay(ig,l))**n_b
386c           Corrections from tabulation
387     $              * cor1(l) * p2011
388             
389            enddo !nlev
390c---------------------------
391           else  ! multipeak
392c---------------------------
393            do l=1,nlev
394               if(fract(ig).gt.0.) then
395                   picFB(ig,l)=n_coFB
396     &              *((n_aFB/nplay(ig,l))**n_eFB)
397     &              *zmu(ig)**0.82
398     &             /(1.+n_p0FB/nplay(ig,l))**n_bFB
399
400                   picISO(ig,l)=n_coISO
401     &              *((n_aISO/nplay(ig,l))**n_eISO)
402     &              *zmu(ig)**0.55
403     &             /(1.+n_p0ISO/nplay(ig,l))**n_bISO
404
405                   picFH(ig,l)=n_coFH
406     &              *((n_aFH/nplay(ig,l))**n_eFH)
407     &              *zmu(ig)**0.55
408     &             /(1.+n_p0FH/nplay(ig,l))**n_bFH
409
410                   pic43(ig,l)=n_co43
411     &              *((n_a43/nplay(ig,l))**n_e43)
412     &              *zmu(ig)**0.55
413     &             /(1.+n_p043/nplay(ig,l))**n_b43
414
415                   pic43b(ig,l)=n_co43b
416     &              *((n_a43b/nplay(ig,l))**n_e43b)
417     &              *zmu(ig)**0.55
418     &             /(1.+n_p043b/nplay(ig,l))**n_b43b
419
420                   picnir(ig,l)=n_conir
421     &              *((n_anir/nplay(ig,l))**n_enir)
422     &              *zmu(ig)**0.55
423     &             /(1.+n_p0nir/nplay(ig,l))**n_bnir
424
425                   pdtnirco2(ig,l)=
426     &               pdtnirco2(ig,l)+(1/float(nstep))*co2heat0*
427     &           (picFB(ig,l)+picISO(ig,l)+picFH(ig,l)+pic43(ig,l)
428     &           +pic43b(ig,l)+picnir(ig,l))*0.5  ! *0.5 = ENORA FINE TUNING
429                 
430               endif
431            enddo !nlev
432c---------------------------
433           endif
434c---------------------------
435          enddo  !nlon
436         enddo  !nstep
437     
438      END IF  ! diurnal cycle
439
440      return
441      end
442
443     
444      subroutine interpnir(escout,p,nlev,escin,pin,nl)
445C
446C subroutine to perform linear interpolation in pressure from 1D profile
447C escin(nl) sampled on pressure grid pin(nl) to profile
448C escout(nlev) on pressure grid p(nlev).
449C
450      real escout(nlev),p(nlev)
451      real escin(nl),pin(nl),wm,wp
452      integer nl,nlev,n1,n,nm,np
453      do n1=1,nlev
454         if(p(n1) .gt. 1500. .or. p(n1) .lt. 1.0e-13) then
455c            escout(n1) = 0.0
456            escout(n1) = 1.e-15
457         else
458            do n = 1,nl-1
459               if (p(n1).le.pin(n).and.p(n1).ge.pin(n+1)) then
460                  nm=n
461                  np=n+1
462                  wm=abs(pin(np)-p(n1))/(pin(nm)-pin(np))
463                  wp=1.0 - wm
464               endif
465            enddo
466            escout(n1) = escin(nm)*wm + escin(np)*wp
467         endif
468      enddo
469      return
470      end
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.