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

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1) revised cloud microphysical parameters (this changes the results)
2) the number of modes is passed as an argument to cloud routines (this does not change the results)
3) some cosmetics to chemparam_mod.F90 (this does not change the results)

  • Property svn:executable set to *
File size: 18.5 KB
Line 
1      subroutine phytrac_chimie (
2     $                    debutphy,
3     $                    gmtime,
4     $                    nqmax,
5     $                    nlon,
6     $                    lat,
7     $                    lon,
8     $                    zzlay,
9     $                    nlev,
10     $                    pdtphys,
11     $                    temp,
12     $                    pplay,
13     $                    trac,
14     $                    d_tr_chem,
15     $                    iter,
16     $                    prod_tr,
17     $                    loss_tr,
18     $                    no_emi,
19     $                    o2_emi)
20
21      use chemparam_mod
22      use conc, only: mmean,rnew
23      use photolysis_mod, only: init_photolysis, nphot
24      use iono_h, only: temp_elect
25#ifdef CPP_XIOS     
26      use xios_output_mod, only: send_xios_field
27#endif
28
29      implicit none
30     
31#include "clesphys.h"
32#include "YOMCST.h"
33
34!===================================================================
35!     input
36!===================================================================
37
38      integer :: nlon, nlev                     ! number of gridpoints and levels
39      integer :: nqmax                          ! number of tracers
40
41      real :: gmtime                            ! day fraction
42      real :: pdtphys                           ! phytrac_chimie timestep (s)
43      real, dimension(nlon,nlev) :: temp        ! temperature (k)
44      real, dimension(nlon,nlev) :: pplay       ! pressure (pa)
45      real, dimension(nlon,nlev) :: zzlay       ! altitude (m)
46      real, dimension(nlon,nlev,nqmax) :: trac  ! tracer mass mixing ratio
47
48      logical :: debutphy                       ! first call flag
49
50!===================================================================
51!     output
52!===================================================================
53
54      integer, dimension(nlon,nlev) :: iter                 ! chemical iterations
55      real, dimension(nlon,nlev,nqmax) :: d_tr_chem         ! chemical tendency for each tracer
56      real, dimension(nlon,nlev,nqmax) :: prod_tr, loss_tr  ! production and loss terms (for info)
57      real, dimension(nlon,nlev)    :: no_emi               ! no emission
58      real, dimension(nlon,nlev)    :: o2_emi               ! o2 emission
59
60!===================================================================
61!     local
62!===================================================================
63
64      real :: sza_local     ! solar zenith angle (deg)
65      real :: lon_sun
66      real :: zlocal(nlev)  ! altitude for photochem (km)
67      real :: t_elec(nlev)  ! electron temperature [K]
68     
69      integer, parameter :: t_elec_origin=2
70      !Electronic temperature. Index 1 -> Theis et al. 1980 - model data ; Index 2-> Theis et al. 1984 - model data
71     
72      integer :: i, iq
73      integer :: ilon, ilev
74
75      real  lat(nlon), lat_local(nlon)
76      real  lon(nlon), lon_local(nlon)
77
78      real, dimension(nlon,nlev) :: mrtwv, mrtsa ! total water and total sulfuric acid
79      real, dimension(nlon,nlev) :: mrwv, mrsa   ! gas-phase water and gas-phase sulfuric acid
80      real, dimension(nlon,nlev) :: trac_sum
81      real, dimension(nlon,nlev,nqmax) :: ztrac  ! local tracer mixing ratio
82      real, dimension(nlev) :: no_em
83      real, dimension(nlev) :: o2_em
84
85      integer, save :: nb_reaction_3_max     ! number of quadratic reactions
86      integer, save :: nb_reaction_4_max     ! number of bimolecular reactions
87      integer, save :: nquench               ! number of quenching + heterogeneous reactions
88      integer, save :: nphotion              ! number of photoionizations
89      integer, save :: nb_reaction_4_ion     ! quadratic reactions for ionosphere
90!      integer, save :: nb_reaction_4_deut    ! quadratic reactions for deuterium chem
91      integer, save :: nb_phot_max           ! total number of photolysis+photoionizations+quenching reactions
92
93      ! tracer indexes for the EUV heating:
94!!! ATTENTION. These values have to be identical to those in euvheat.F90
95!!! If the values are changed there, the same has to be done here  !!!
96
97!      integer,parameter :: i_co2=1
98!      integer,parameter :: i_n2=13
99!      integer,parameter :: i_n=14
100!      integer,parameter :: i_o=3
101!      integer,parameter :: i_co=4
102
103      integer,parameter :: ix_co2  =  1
104      integer,parameter :: ix_co   =  2
105      integer,parameter :: ix_o    =  3
106      integer,parameter :: ix_o1d  =  4
107      integer,parameter :: ix_o2   =  5
108      integer,parameter :: ix_o3   =  6
109      integer,parameter :: ix_h    =  7
110      integer,parameter :: ix_h2   =  8
111      integer,parameter :: ix_oh   =  9
112      integer,parameter :: ix_ho2  = 10
113      integer,parameter :: ix_h2o2 = 11
114      integer,parameter :: ix_h2o  = 12
115      integer,parameter :: ix_n    = 13
116      integer,parameter :: ix_n2d  = 14
117      integer,parameter :: ix_no   = 15
118      integer,parameter :: ix_no2  = 16
119      integer,parameter :: ix_n2   = 17
120
121      ! NEED TO BE THE SAME THAN IN EUVHEAT.F90
122      integer,parameter :: nespeuv=17    ! Number of species considered (11, 12 or 17 (with nitrogen))
123
124      real :: vmr_dens_euv(nlon,nlev,nespeuv) ! local species density for EUV heating
125         
126!===================================================================
127!     first call : initialisations
128!===================================================================
129
130      if (debutphy) then
131     
132!--- Adjustment of Helium amount
133!       if (i_he/=0) then
134!          trac(:,:,i_he)=trac(:,:,i_he)/2.
135!       endif
136!---
137
138!-------------------------------------------------------------------
139!        Determination of chemistry reaction number
140!-------------------------------------------------------------------
141
142         if (ok_chem) then
143           ! set number of reactions, depending on ion chemistry or not
144           nb_reaction_4_ion  = 64
145           !nb_reaction_4_deut = 35
146   
147           !Default numbers if no ion and no deuterium chemistry included
148   
149           nb_reaction_4_max = 98     ! set number of bimolecular reactions
150           nb_reaction_3_max = 12     ! set number of quadratic reactions
151           nquench           = 13     ! set number of quenching + heterogeneous
152           nphotion          = 0      ! set number of photoionizations
153   
154           if (ok_ionchem) then
155              nb_reaction_4_max = nb_reaction_4_max+nb_reaction_4_ion 
156              nphotion          = 18   ! set number of photoionizations
157           endif
158           !if(deutchem) then
159           !   nb_reaction_4_max = nb_reaction_4_max + nb_reaction_4_deut 
160           !end if
161   
162           !nb_phot_max is the total number of processes that are treated
163           !numerically as a photolysis:
164   
165           nb_phot_max = nphot + nphotion + nquench
166   
167!-------------------------------------------------------------------
168!        case of tracers re-initialisation with chemistry
169!-------------------------------------------------------------------
170 
171           if (reinit_trac .and. ok_chem) then
172 
173  !!! in this reinitialisation, trac is VOLUME mixing ratio
174  ! ONLY SO2!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
175  !           convert mass to volume mixing ratio
176              do iq = 1,nqmax - nmicro
177                 trac(:,:,iq) = trac(:,:,iq)*mmean(:,:)/m_tr(iq)
178              end do
179
180              print*, "SO2 is re-initialised"
181
182              if (i_so2 /= 0) then
183                 trac(:,:,i_so2) = 0.
184                 trac(:,1:22,i_so2) = 10.e-6
185 
186  ! AL TRACERS!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
187  !           print*, "Tracers are re-initialised"
188  !           trac(:,:,:) = 1.0e-30
189 
190  !           if ((i_ocs /= 0) .and. (i_co /= 0) .and. (i_hcl /= 0)
191  !   $          .and. (i_so2 /= 0) .and. (i_h2o /= 0)
192  !   $          .and. (i_n2 /= 0)  .and. (i_co2 /= 0)) then
193 
194  !              trac(:,1:22,i_ocs) = 3.e-6
195  !              trac(:,1:22,i_co)  = 25.e-6
196  !              trac(:,:,i_hcl)    = 0.4e-6
197  !              trac(:,1:22,i_so2) = 7.e-6
198  !              trac(:,1:22,i_h2o) = 30.e-6
199  !              trac(:,:,i_n2)     = 0.35e-1
200  !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
201     
202  !          ensure that sum of mixing ratios = 1
203 
204                 trac_sum(:,:) = 0.
205 
206                 do iq = 1,nqmax - nmicro
207                    if (iq /= i_co2) then
208                       trac_sum(:,:) = trac_sum(:,:) + trac(:,:,iq)
209                    end if
210                 end do
211 
212  !          initialise co2
213 
214                 trac(:,:,i_co2) = 1. - trac_sum(:,:)
215 
216              else
217                 write(*,*) "at least one tracer is missing : stop"
218                 stop
219              end if
220         
221  !           update mmean
222 
223              mmean(:,:) = 0.
224              do iq = 1,nqmax - nmicro
225                 mmean(:,:) = mmean(:,:)+trac(:,:,iq)*m_tr(iq)
226              enddo
227              rnew(:,:) = 8.314/mmean(:,:)*1.e3     ! J/kg K
228 
229  !           convert volume to mass mixing ratio
230 
231              do iq = 1,nqmax - nmicro
232                 trac(:,:,iq) = trac(:,:,iq)*m_tr(iq)/mmean(:,:)
233              end do
234   
235           end if  ! reinit_trac
236
237         end if  ! ok_chem
238
239!-------------------------------------------------------------------
240!        case of detailed microphysics without chemistry
241!-------------------------------------------------------------------
242
243         if (.not. ok_chem .and. ok_cloud .and. cl_scheme == 2) then
244
245!           convert mass to volume mixing ratio
246
247            do iq = 1,nqmax - nmicro
248               ztrac(:,:,iq) = trac(:,:,iq)*mmean(:,:)/m_tr(iq)
249            end do
250         
251!           initialise microphysics
252 
253            call vapors4muphy_ini(nlon,nlev,ztrac)
254
255!           convert volume to mass mixing ratio
256
257            do iq = 1,nqmax - nmicro
258               trac(:,:,iq) = ztrac(:,:,iq)*m_tr(iq)/mmean(:,:)
259            end do
260   
261         end if
262
263      end if  ! debutphy
264
265!===================================================================
266!     convert mass to volume mixing ratio : gas phase
267!===================================================================
268
269      do iq = 1,nqmax - nmicro
270         ztrac(:,:,iq) = max(trac(:,:,iq)*mmean(:,:)/m_tr(iq), 1.e-30)
271      end do
272
273!===================================================================
274!     microphysics: simplified scheme (phd aurelien stolzenbach)
275!===================================================================
276
277      if (ok_cloud .and. cl_scheme == 1) then
278
279!     convert mass to volume mixing ratio : liquid phase
280
281         ztrac(:,:,i_h2so4liq) = max(trac(:,:,i_h2so4liq)
282     $                             *mmean(:,:)/m_tr(i_h2so4liq), 1.e-30)
283         ztrac(:,:,i_h2oliq) = max(trac(:,:,i_h2oliq)
284     $                             *mmean(:,:)/m_tr(i_h2oliq), 1.e-30)
285             
286!     total water and sulfuric acid (gas + liquid)
287
288         mrtwv(:,:) = ztrac(:,:,i_h2o) + ztrac(:,:,i_h2oliq)
289         mrtsa(:,:) = ztrac(:,:,i_h2so4) + ztrac(:,:,i_h2so4liq)
290
291!     all water and sulfuric acid is put in the gas-phase
292
293         mrwv(:,:) = mrtwv(:,:)
294         mrsa(:,:) = mrtsa(:,:)
295
296!     call microphysics
297
298         call new_cloud_venus(nb_mode, nlev, nlon, temp, pplay,
299     $                        mrtwv, mrtsa, mrwv, mrsa)
300
301!     update water vapour and sulfuric acid
302
303         ztrac(:,:,i_h2o) = mrwv(:,:)
304         ztrac(:,:,i_h2oliq) = mrtwv(:,:) - ztrac(:,:,i_h2o)
305     
306         ztrac(:,:,i_h2so4) = mrsa(:,:)
307         ztrac(:,:,i_h2so4liq) = mrtsa(:,:) - ztrac(:,:,i_h2so4)
308
309      end if  ! simplified scheme
310
311!===================================================================
312!     microphysics: detailed scheme (phd sabrina guilbon)
313!     !!! to be confirmed whether mad_muphy expects mmr or vmr for h2o and h2so4
314!===================================================================
315
316      if (ok_cloud .and. cl_scheme == 2) then
317
318         do iq = nqmax-nmicro+1,nqmax
319            ztrac(:,:,iq) = trac(:,:,iq)
320         end do
321
322         do ilon = 1,nlon       
323            do ilev = 1, nlev
324               if (temp(ilon,ilev) < 500.) then
325                  call mad_muphy(pdtphys,                               ! timestep
326     $                           temp(ilon,ilev),pplay(ilon,ilev),      ! temperature and pressure
327     $                           ztrac(ilon,ilev,i_h2o),
328     $                           ztrac(ilon,ilev,i_h2so4),     
329     $                           ztrac(ilon,ilev,i_m0_aer),
330     $                           ztrac(ilon,ilev,i_m3_aer),   
331     $                           ztrac(ilon,ilev,i_m0_mode1drop),
332     $                           ztrac(ilon,ilev,i_m0_mode1ccn),
333     $                           ztrac(ilon,ilev,i_m3_mode1sa),
334     $                           ztrac(ilon,ilev,i_m3_mode1w),   
335     $                           ztrac(ilon,ilev,i_m3_mode1ccn),   
336     $                           ztrac(ilon,ilev,i_m0_mode2drop),
337     $                           ztrac(ilon,ilev,i_m0_mode2ccn),
338     $                           ztrac(ilon,ilev,i_m3_mode2sa),
339     $                           ztrac(ilon,ilev,i_m3_mode2w),
340     $                           ztrac(ilon,ilev,i_m3_mode2ccn))
341               else
342                  ztrac(ilon,ilev,i_m0_aer)       = 0.
343                  ztrac(ilon,ilev,i_m3_aer)       = 0.
344                  ztrac(ilon,ilev,i_m0_mode1drop) = 0.
345                  ztrac(ilon,ilev,i_m0_mode1ccn)  = 0.
346                  ztrac(ilon,ilev,i_m3_mode1sa)   = 0.
347                  ztrac(ilon,ilev,i_m3_mode1w)    = 0.
348                  ztrac(ilon,ilev,i_m3_mode1ccn)  = 0.
349                  ztrac(ilon,ilev,i_m0_mode2drop) = 0.
350                  ztrac(ilon,ilev,i_m0_mode2ccn)  = 0.
351                  ztrac(ilon,ilev,i_m3_mode2sa)   = 0.
352                  ztrac(ilon,ilev,i_m3_mode2w)    = 0.
353                  ztrac(ilon,ilev,i_m3_mode2ccn)  = 0.
354               end if
355            end do
356         end do
357
358      end if  ! detailed scheme
359           
360!===================================================================
361!     photochemistry
362!===================================================================
363
364      if (ok_chem) then
365
366         lon_sun = (0.5 - gmtime)*2.*rpi
367         lon_local(:) = lon(:)*rpi/180.
368         lat_local(:) = lat(:)*rpi/180.
369         
370         if (ok_ionchem) then
371       
372           vmr_dens_euv(:,:,ix_co2) = ztrac(:,:,i_co2)  ! CO2
373           vmr_dens_euv(:,:,ix_co)  = ztrac(:,:,i_co)   ! CO
374           vmr_dens_euv(:,:,ix_o)   = ztrac(:,:,i_o)    ! O
375           vmr_dens_euv(:,:,ix_o1d) = ztrac(:,:,i_o1d)  ! O(1D)
376           vmr_dens_euv(:,:,ix_o2)  = ztrac(:,:,i_o2)   ! O2
377           vmr_dens_euv(:,:,ix_o3)  = ztrac(:,:,i_o3)   ! O3
378           vmr_dens_euv(:,:,ix_h)   = ztrac(:,:,i_h)    ! H
379           vmr_dens_euv(:,:,ix_h2)  = ztrac(:,:,i_h2)   ! H2
380           vmr_dens_euv(:,:,ix_oh)  = ztrac(:,:,i_oh)   ! OH
381           vmr_dens_euv(:,:,ix_ho2) = ztrac(:,:,i_ho2)  ! HO2
382           vmr_dens_euv(:,:,ix_h2o2)= ztrac(:,:,i_h2o2) ! H2O2
383           vmr_dens_euv(:,:,ix_h2o) = ztrac(:,:,i_h2o)  ! H2O
384           vmr_dens_euv(:,:,ix_n)   = ztrac(:,:,i_n)    ! N
385           vmr_dens_euv(:,:,ix_n2d) = ztrac(:,:,i_n2d)  ! N(2D)
386           vmr_dens_euv(:,:,ix_no)  = ztrac(:,:,i_no)   ! NO
387           vmr_dens_euv(:,:,ix_no2) = ztrac(:,:,i_no2)  ! NO2
388           vmr_dens_euv(:,:,ix_n2)  = ztrac(:,:,i_n2)   ! N2
389           
390         end if
391         
392         do ilon = 1,nlon
393            zlocal(:)=zzlay(ilon,:)/1000.
394                       
395!           solar zenith angle
396!            sza_local = acos(cos(lat_local(ilon))*cos(lon_local(ilon))
397!     $                 *cos(lon_sun) + cos(lat_local(ilon))
398!     $                 *sin(lon_local(ilon))*sin(lon_sun))*180./rpi
399
400            sza_local = cos(lat_local(ilon))*cos(lon_local(ilon))
401     $                 *cos(lon_sun) + cos(lat_local(ilon))
402     $                 *sin(lon_local(ilon))*sin(lon_sun)
403
404            ! Security - Handle rare cases where |sza_local| > 1
405            sza_local = min(sza_local,1.)
406            sza_local = max(-1.,sza_local)
407            sza_local = acos(sza_local)*180./rpi
408
409!           electron temperature
410            do ilev = 1, nlev
411              t_elec(ilev) = temp_elect(zlocal(ilev),temp(ilon,ilev),
412     $                                    sza_local,t_elec_origin) 
413            end do
414
415            call photochemistry_venus(nlev, nlon, zlocal, pdtphys,
416     $                           ok_jonline,ok_ionchem,tuneupperatm,
417     $                           nb_reaction_3_max,nb_reaction_4_max,
418     $                           nb_phot_max,nphotion,ilon,         
419     $                           pplay(ilon,:)/100.,
420     $                           temp(ilon,:), t_elec(:),
421     $                           ztrac(ilon,:,:),vmr_dens_euv(ilon,:,:),
422     $                           mmean(ilon,:),
423     $                           sza_local,
424     $                           lon(ilon), lat(ilon),
425     $                           nqmax, nespeuv, iter(ilon,:),
426     $                           prod_tr(ilon,:,:),
427     $                           loss_tr(ilon,:,:),
428     $                           no_em, o2_em)
429
430             no_emi(ilon,:) = no_em(:)
431             o2_emi(ilon,:) = o2_em(:)
432
433         end do         
434      end if  ! ok_chem
435
436!===================================================================
437!     compute tendencies
438!===================================================================
439
440!     update mmean
441
442      mmean(:,:) = 0.
443      do iq = 1,nqmax - nmicro
444         mmean(:,:) = mmean(:,:)+ztrac(:,:,iq)*m_tr(iq)
445      end do
446      rnew(:,:) = 8.314/mmean(:,:)*1.e3     ! J/kg K
447
448!===================================================================
449!     convert volume to mass mixing ratio / then tendencies in mmr
450!===================================================================
451
452!     gas phase
453
454      do iq = 1,nqmax - nmicro
455         ztrac(:,:,iq) = max(ztrac(:,:,iq)*m_tr(iq)/mmean(:,:),
456     $                       1.e-30)
457         d_tr_chem(:,:,iq) = (ztrac(:,:,iq) - trac(:,:,iq))/pdtphys
458      end do
459
460!     liquid phase or moments
461
462      if (ok_cloud .and. cl_scheme == 1) then
463         ztrac(:,:,i_h2so4liq) = max(ztrac(:,:,i_h2so4liq)
464     $                               *m_tr(i_h2so4liq)/mmean(:,:),
465     $                               1.e-30)
466         ztrac(:,:,i_h2oliq)   = max(ztrac(:,:,i_h2oliq)
467     $                               *m_tr(i_h2oliq)/mmean(:,:),
468     $                               1.e-30)
469         d_tr_chem(:,:,i_h2so4liq) = (ztrac(:,:,i_h2so4liq)
470     $                              - trac(:,:,i_h2so4liq))/pdtphys
471         d_tr_chem(:,:,i_h2oliq) = (ztrac(:,:,i_h2oliq)
472     $                            - trac(:,:,i_h2oliq))/pdtphys
473      end if
474
475
476      if (ok_cloud .and. cl_scheme == 2) then
477         do iq = nqmax-nmicro+1,nqmax
478            d_tr_chem(:,:,iq) = (ztrac(:,:,iq) - trac(:,:,iq))/pdtphys
479         end do
480      end if
481
482      end subroutine phytrac_chimie
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.