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yamada4.F @ 3461

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Venus GCM: Update yamada4 to use q2 computed from previous time step (or read from startphy) so that it inow conforms to 1+1=2. Some code tidying in clmain and yamada4 along the way. VB + EM
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1	!
2	! $Header: /home/cvsroot/LMDZ4/libf/phylmd/yamada4.F,v 1.1 2004/06/22 11:45:36 lmdzadmin Exp $
3	!
4	SUBROUTINE yamada4(ngrid,dt,g,rconst,plev,temp
5	s ,zlev,zlay,u,v,teta,cd,q2,km,kn,kq,ustar
6	s ,iflag_pbl)
7	c.......................................................................
8	use dimphy, only: klon, klev
9	use turb_mod, only: l0
10
11	#ifdef CPP_XIOS
12	use xios_output_mod, only: send_xios_field
13	#endif
14
15	IMPLICIT NONE
16	c.......................................................................
17	c
18	c dt : pas de temps
19	c g : g
20	c zlev : altitude a chaque niveau (interface inferieure de la couche
21	c de meme indice)
22	c zlay : altitude au centre de chaque couche
23	c u,v : vitesse au centre de chaque couche
24	c (en entree : la valeur au debut du pas de temps)
25	c teta : temperature potentielle au centre de chaque couche
26	c (en entree : la valeur au debut du pas de temps)
27	c cd : cdrag
28	c (en entree : la valeur au debut du pas de temps)
29	c q2 : $q^2$ au bas de chaque couche
30	c (en entree : la valeur au debut du pas de temps)
31	c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps)
32	c km : diffusivite turbulente de quantite de mouvement (au bas de chaque
33	c couche)
34	c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps)
35	c kn : diffusivite turbulente des scalaires (au bas de chaque couche)
36	c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps)
37	c
38	c iflag_pbl doit valoir entre 6 et 9
39	c l=6, on prend systematiquement une longueur d'equilibre
40	c iflag_pbl=6 : MY 2.0
41	c iflag_pbl=7 : MY 2.0.Fournier
42	c iflag_pbl=8 : MY 2.5
43	c iflag_pbl=9 : un test ?
44
45	c.......................................................................
46	REAL, INTENT(IN) :: dt,g,rconst
47	REAL, INTENT(IN) :: plev(klon,klev+1),temp(klon,klev)
48	REAL, INTENT(IN) :: ustar(klon)
49	REAL, INTENT(INOUT) :: zlev(klon,klev+1)
50	REAL, INTENT(IN) :: zlay(klon,klev)
51	REAL, INTENT(IN) :: u(klon,klev)
52	REAL, INTENT(IN) :: v(klon,klev)
53	REAL, INTENT(IN) :: teta(klon,klev)
54	REAL, INTENT(IN) :: cd(klon)
55	INTEGER, INTENT(IN) :: iflag_pbl,ngrid
56
57	REAL, INTENT(OUT) :: km(klon,klev+1)
58	REAL, INTENT(OUT) :: kn(klon,klev+1)
59	REAL, INTENT(OUT) :: kq(klon,klev+1)
60
61	REAL, INTENT(INOUT) :: q2(klon,klev+1)
62	c Variables locales:
63	real kmin,qmin,pblhmin(klon),coriol(klon)
64	REAL qpre
65	REAL unsdz(klon,klev)
66	REAL unsdzdec(klon,klev+1)
67
68	REAL kmpre(klon,klev+1),tmp2
69	REAL mpre(klon,klev+1)
70
71	real ff(klon,klev+1),delta(klon,klev+1)
72	real aa(klon,klev+1),aa0,aa1
73
74	integer nlay,nlev
75
76	logical,save :: first=.false. ! not neede any more
77	integer,save :: ipas=0
78
79
80	integer ig,k
81
82
83	real ri,zrif,zalpha,zsm,zsn
84	real rif(klon,klev+1),sm(klon,klev+1),alpha(klon,klev)
85
86	real m2(klon,klev+1),dz(klon,klev+1),zq,n2(klon,klev+1)
87	real dtetadz(klon,klev+1)
88	real m2cstat,mcstat,kmcstat
89	real l(klon,klev+1)
90
91	real sq(klon),sqz(klon),zz(klon,klev+1)
92	integer iter
93
94	real,save :: ric=0.195
95	real,save :: rifc=0.191
96	real,save :: b1=16.6
97	real,save :: kap=0.4
98
99	real frif,falpha,fsm
100	real fl,zzz,zl0,zq2,zn2
101
102	c real rino(klon,klev+1),smyam(klon,klev),styam(klon,klev)
103	c s ,lyam(klon,klev),knyam(klon,klev)
104	c s ,w2yam(klon,klev),t2yam(klon,klev)
105
106	frif(ri)=0.6588(ri+0.1776-sqrt(riri-0.3221*ri+0.03156))
107	falpha(ri)=1.318*(0.2231-ri)/(0.2341-ri)
108	fsm(ri)=1.96(0.1912-ri)(0.2341-ri)/((1.-ri)*(0.2231-ri))
109	fl(zzz,zl0,zq2,zn2)=
110	s max(min(l0(ig)kapzlev(ig,k)/(kap*zlev(ig,k)+l0(ig))
111	s ,0.5*sqrt(q2(ig,k))/sqrt(max(n2(ig,k),1.e-10))) ,1.)
112
113
114	if (.not.(iflag_pbl.ge.6.and.iflag_pbl.le.9)) then
115	stop'probleme de coherence dans appel a MY'
116	endif
117
118	c===================================
119	c INITIALISATIONS
120	nlay=klev
121	nlev=klev+1
122
123	c if (first) then
124	c IF (.not.ALLOCATED(l0)) allocate(l0(klon))
125	c IF (.not.ALLOCATED(q2)) allocate(q2(klon,klev+1))
126	c endif
127	c===================================
128
129	ipas=ipas+1
130	! if (0.eq.1.and.first) then
131	! do ig=1,1000
132	! ri=(ig-800.)/500.
133	! if (ri.lt.ric) then
134	! zrif=frif(ri)
135	! else
136	! zrif=rifc
137	! endif
138	! if(zrif.lt.0.16) then
139	! zalpha=falpha(zrif)
140	! zsm=fsm(zrif)
141	! else
142	! zalpha=1.12
143	! zsm=0.085
144	! endif
145	c print*,ri,rif,zalpha,zsm
146	c enddo
147	c endif
148
149	c.......................................................................
150	c les increments verticaux
151	c.......................................................................
152	c
153	DO k=1,nlay
154	DO ig=1,ngrid
155	unsdz(ig,k)=1.E+0/(zlev(ig,k+1)-zlev(ig,k))
156	ENDDO
157	ENDDO
158	DO ig=1,ngrid
159	unsdzdec(ig,1)=1.E+0/(zlay(ig,1)-zlev(ig,1))
160	ENDDO
161	DO k=2,nlay
162	DO ig=1,ngrid
163	unsdzdec(ig,k)=1.E+0/(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1))
164	ENDDO
165	ENDDO
166	DO ig=1,ngrid
167	unsdzdec(ig,nlay+1)=1.E+0/(zlev(ig,nlay+1)-zlay(ig,nlay))
168	ENDDO
169	c
170	c.......................................................................
171
172	c===================================
173	c INITIALISATIONS (surtout pour k=1, à cause diagnostiques...)
174	dz(:,:) = 0.
175	m2(:,:) = 0.
176	dtetadz(:,:) = 0.
177	n2(:,:) = 0.
178	rif(:,:) = 0.
179	alpha(:,:) = 0.
180	sm(:,:) = 0.
181	zz(:,:) = 0.
182	l(:,:) = 0.
183	km(:,:) = 0.
184	kn(:,:) = 0.
185	kmpre(:,:) = 0.
186	mpre(:,:) = 0.
187
188	c===================================
189	do k=2,klev
190	do ig=1,ngrid
191	dz(ig,k)=zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)
192	m2(ig,k)=((u(ig,k)-u(ig,k-1))2+(v(ig,k)-v(ig,k-1))2)
193	s /(dz(ig,k)*dz(ig,k))
194	dtetadz(ig,k)=(teta(ig,k)-teta(ig,k-1))/dz(ig,k)
195	n2(ig,k)=g2.dtetadz(ig,k)/(teta(ig,k-1)+teta(ig,k))
196	c n2(ig,k)=0.
197	ri=n2(ig,k)/max(m2(ig,k),1.e-10)
198	if (ri.lt.ric) then
199	rif(ig,k)=frif(ri)
200	else
201	rif(ig,k)=rifc
202	endif
203	if(rif(ig,k).lt.0.16) then
204	alpha(ig,k)=falpha(rif(ig,k))
205	sm(ig,k)=fsm(rif(ig,k))
206	else
207	alpha(ig,k)=1.12
208	sm(ig,k)=0.085
209	endif
210	zz(ig,k)=b1m2(ig,k)(1.-rif(ig,k))*sm(ig,k)
211	c print,'RIF L=',k,rif(ig,k),rialpha(ig,k)
212
213	enddo
214	enddo
215
216	c====================================================================
217	c Au premier appel, on determine l et q2 de facon iterative.
218	c iterration pour determiner la longueur de melange
219
220
221	if (first.or.iflag_pbl.eq.6) then
222	do ig=1,ngrid
223	l0(ig)=10.
224	enddo
225	do k=2,klev-1
226	do ig=1,ngrid
227	l(ig,k)=l0(ig)kapzlev(ig,k)/(kap*zlev(ig,k)+l0(ig))
228	enddo
229	enddo
230
231	do iter=1,10
232	do ig=1,ngrid
233	sq(ig)=1.e-10
234	sqz(ig)=1.e-10
235	enddo
236	do k=2,klev-1
237	do ig=1,ngrid
238	q2(ig,k)=l(ig,k)*2zz(ig,k)
239	l(ig,k)=fl(zlev(ig,k),l0(ig),q2(ig,k),n2(ig,k))
240	zq=sqrt(q2(ig,k))
241	sqz(ig)=sqz(ig)+zqzlev(ig,k)(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1))
242	sq(ig)=sq(ig)+zq*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1))
243	enddo
244	enddo
245	do ig=1,ngrid
246	l0(ig)=0.2*sqz(ig)/sq(ig)
247	c l0(ig)=30.
248	enddo
249	c print*,'ITER=',iter,' L0=',l0
250
251	enddo
252
253	c print*,'Fin de l initialisation de q2 et l0'
254	endif ! of if (first.or.iflag_pbl.eq.6)
255
256	c====================================================================
257	c Calcul de la longueur de melange.
258	c====================================================================
259
260	c Mise a jour de l0
261	do ig=1,ngrid
262	sq(ig)=1.e-10
263	sqz(ig)=1.e-10
264	enddo
265	do k=2,klev-1
266	do ig=1,ngrid
267	zq=sqrt(q2(ig,k))
268	sqz(ig)=sqz(ig)+zqzlev(ig,k)(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1))
269	sq(ig)=sq(ig)+zq*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1))
270	enddo
271	enddo
272	do ig=1,ngrid
273	l0(ig)=0.2*sqz(ig)/sq(ig)
274	c l0(ig)=30.
275	enddo
276	c print*,'ITER=',iter,' L0=',l0
277	c calcul de l(z)
278	do k=2,klev
279	do ig=1,ngrid
280	l(ig,k)=fl(zlev(ig,k),l0(ig),q2(ig,k),n2(ig,k))
281	if(first) then
282	q2(ig,k)=l(ig,k)*2zz(ig,k)
283	endif
284	enddo
285	enddo
286	c====================================================================
287	c Yamada 2.0
288	c====================================================================
289	if (iflag_pbl.eq.6) then
290
291	do k=2,klev
292	do ig=1,ngrid
293	q2(ig,k)=l(ig,k)*2zz(ig,k)
294	enddo
295	enddo
296
297
298	else if (iflag_pbl.eq.7) then
299	c====================================================================
300	c Yamada 2.Fournier
301	c====================================================================
302
303	c Calcul de l, km, au pas precedent
304	do k=2,klev
305	do ig=1,ngrid
306	c print*,'SMML=',sm(ig,k),l(ig,k)
307	delta(ig,k)=q2(ig,k)/(l(ig,k)*2sm(ig,k))
308	kmpre(ig,k)=l(ig,k)sqrt(q2(ig,k))sm(ig,k)
309	mpre(ig,k)=sqrt(m2(ig,k))
310	c print*,'0L=',k,l(ig,k),delta(ig,k),km(ig,k)
311	enddo
312	enddo
313
314	do k=2,klev-1
315	do ig=1,ngrid
316	m2cstat=max(alpha(ig,k)*n2(ig,k)+delta(ig,k)/b1,1.e-12)
317	mcstat=sqrt(m2cstat)
318
319	c print*,'M2 L=',k,mpre(ig,k),mcstat
320	c
321	c -----{puis on ecrit la valeur de q qui annule l'equation de m
322	c supposee en q3}
323	c
324	IF (k.eq.2) THEN
325	kmcstat=1.E+0 / mcstat
326	& ( unsdz(ig,k)kmpre(ig,k+1)
327	& *mpre(ig,k+1)
328	& +unsdz(ig,k-1)
329	& *cd(ig)
330	& ( sqrt(u(ig,3)2+v(ig,3)*2)
331	& -mcstat/unsdzdec(ig,k)
332	& -mpre(ig,k+1)/unsdzdec(ig,k+1) )**2)
333	& /( unsdz(ig,k)+unsdz(ig,k-1) )
334	ELSE
335	kmcstat=1.E+0 / mcstat
336	& ( unsdz(ig,k)kmpre(ig,k+1)
337	& *mpre(ig,k+1)
338	& +unsdz(ig,k-1)*kmpre(ig,k-1)
339	& *mpre(ig,k-1) )
340	& /( unsdz(ig,k)+unsdz(ig,k-1) )
341	ENDIF
342	c print*,'T2 L=',k,tmp2
343	tmp2=kmcstat
344	& /( sm(ig,k)/q2(ig,k) )
345	& /l(ig,k)
346	q2(ig,k)=max(tmp2,1.e-12)**(2./3.)
347	c print*,'Q2 L=',k,q2(ig,k)
348	c
349	enddo
350	enddo
351
352	else if (iflag_pbl.ge.8) then
353	c====================================================================
354	c Yamada 2.5 a la Didi
355	c====================================================================
356
357
358	c Calcul de l, km, au pas precedent
359	do k=2,klev
360	do ig=1,ngrid
361	c print*,'SMML=',sm(ig,k),l(ig,k)
362	delta(ig,k)=q2(ig,k)/(l(ig,k)*2sm(ig,k))
363	if (delta(ig,k).lt.1.e-20) then
364	c print*,'ATTENTION L=',k,' Delta=',delta(ig,k)
365	delta(ig,k)=1.e-20
366	endif
367	km(ig,k)=l(ig,k)sqrt(q2(ig,k))sm(ig,k)
368	aa0=
369	s (m2(ig,k)-alpha(ig,k)*n2(ig,k)-delta(ig,k)/b1)
370	aa1=
371	s (m2(ig,k)*(1.-rif(ig,k))-delta(ig,k)/b1)
372	c abder print*,'AA L=',k,aa0,aa1,aa1/max(m2(ig,k),1.e-20)
373	aa(ig,k)=aa1dt/(delta(ig,k)l(ig,k))
374	c print*,'0L=',k,l(ig,k),delta(ig,k),km(ig,k)
375	qpre=sqrt(q2(ig,k))
376	if (iflag_pbl.eq.8 ) then
377	if (aa(ig,k).gt.0.) then
378	q2(ig,k)=(qpre+aa(ig,k)qpreqpre)**2
379	else
380	q2(ig,k)=(qpre/(1.-aa(ig,k)qpre))*2
381	endif
382	else ! iflag_pbl=9
383	if (aa(ig,k)*qpre.gt.0.9) then
384	q2(ig,k)=(qpre10.)*2
385	else
386	q2(ig,k)=(qpre/(1.-aa(ig,k)qpre))*2
387	endif
388	endif
389	q2(ig,k)=min(max(q2(ig,k),1.e-10),1.e4)
390	c print,'Q2 L=',k,q2(ig,k),qpreqpre
391	enddo
392	enddo
393
394	endif ! Fin du cas 8
395	c====================================================================
396	c Calcul des coefficients de mélange
397	c====================================================================
398	do k=2,klev
399	c print*,'k=',k
400	do ig=1,ngrid
401	cabde print*,'KML=',l(ig,k),q2(ig,k),sm(ig,k)
402	zq=sqrt(q2(ig,k))
403	km(ig,k)=l(ig,k)zqsm(ig,k)
404	kn(ig,k)=km(ig,k)*alpha(ig,k)
405	kq(ig,k)=l(ig,k)zq0.2
406	c print*,'KML=',km(ig,k),kn(ig,k)
407	enddo
408	enddo
409
410	c if (iflag_pbl.ge.7..and.0.eq.1) then
411	c q2(:,1)=q2(:,2)
412	c call vdif_q2(dt,g,rconst,plev,temp,kq,q2)
413	c endif
414
415	c Traitement des cas noctrunes avec l'introduction d'une longueur
416	c minilale.
417
418	c====================================================================
419	c Traitement particulier pour les cas tres stables.
420	c D'apres Holtslag Boville.
421
422	c print*,'YAMADA4 0'
423
424	do ig=1,ngrid
425	coriol(ig)=1.e-4
426	pblhmin(ig)=0.07*ustar(ig)/max(abs(coriol(ig)),2.546e-5)
427	enddo
428	if (first) then
429	print*,'A REVOIR!! coriol ?? pblhmin ',pblhmin
430	endif
431	CTest a remettre 21 11 02
432	c test abd 13 05 02 if(0.eq.1) then
433	if(1.eq.1) then
434	do k=2,klev
435	do ig=1,klon
436	if (teta(ig,2).gt.teta(ig,1)) then
437	qmin=ustar(ig)(max(1.-zlev(ig,k)/pblhmin(ig),0.))*2
438	kmin=kapzlev(ig,k)qmin
439	else
440	kmin=-1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables.
441	endif
442	if (kn(ig,k).lt.kmin.or.km(ig,k).lt.kmin) then
443	c print*,'Seuil min Km K=',k,kmin,km(ig,k),kn(ig,k)
444	c s ,sqrt(q2(ig,k)),pblhmin(ig),qmin/sm(ig,k)
445	kn(ig,k)=kmin
446	km(ig,k)=kmin
447	kq(ig,k)=kmin
448	c la longueur de melange est suposee etre l= kap z
449	c K=l q Sm d'ou q2=(K/l Sm)**2
450	q2(ig,k)=(qmin/sm(ig,k))**2
451	endif
452	enddo
453	enddo
454	endif
455
456	c Estimations de w'2 et T'2 d'apres Abdela et McFarlane
457
458	c if(1.eq.0)then
459	c w2yam=q2(:,1:klev)*0.24
460	c s +lyam(:,1:klev)5.17kn(:,1:klev)*n2(:,1:klev)
461	c s /sqrt(q2(:,1:klev))
462	c
463	c t2yam=9.1kn(:,1:klev)dtetadz(:,1:klev)**2/sqrt(q2(:,1:klev))
464	c s *lyam(:,1:klev)
465	c endif
466
467	c print*,'OKFIN'
468	first=.false.
469
470	end

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