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yamada4.F @ 1661

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Venus and Titan GCMs:
Updates in the physics to keep up with updates in LMDZ5 (up to
LMDZ5 trunk, rev 2350) concerning dynamics/physics separation:

Adapted makelmdz and makelmdz_fcm script to stop if trying to compile 1d model or newstart or start2archive in parallel.
got rid of references to "dimensions.h" in physics. Within physics packages, use nbp_lon (=iim), nbp_lat (=jjmp1) and nbp_lev (=llm) from module mod_grid_phy_lmdz (in phy_common) instead. Only partially done for Titan, because of many hard-coded commons; a necessary first step will be to clean these up (using modules).

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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	c s ,zlev,zlay,u,v,teta,cd,q2,km,kn,kq,ustar
6	s ,zlev,zlay,u,v,teta,cd,km,kn,kq,ustar
7	s ,iflag_pbl)
8	c.......................................................................
9	use dimphy
10	IMPLICIT NONE
11	c.......................................................................
12	c
13	c dt : pas de temps
14	c g : g
15	c zlev : altitude a chaque niveau (interface inferieure de la couche
16	c de meme indice)
17	c zlay : altitude au centre de chaque couche
18	c u,v : vitesse au centre de chaque couche
19	c (en entree : la valeur au debut du pas de temps)
20	c teta : temperature potentielle au centre de chaque couche
21	c (en entree : la valeur au debut du pas de temps)
22	c cd : cdrag
23	c (en entree : la valeur au debut du pas de temps)
24	c q2 : $q^2$ au bas de chaque couche
25	c (en entree : la valeur au debut du pas de temps)
26	c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps)
27	c km : diffusivite turbulente de quantite de mouvement (au bas de chaque
28	c couche)
29	c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps)
30	c kn : diffusivite turbulente des scalaires (au bas de chaque couche)
31	c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps)
32	c
33	c iflag_pbl doit valoir entre 6 et 9
34	c l=6, on prend systematiquement une longueur d'equilibre
35	c iflag_pbl=6 : MY 2.0
36	c iflag_pbl=7 : MY 2.0.Fournier
37	c iflag_pbl=8 : MY 2.5
38	c iflag_pbl=9 : un test ?
39
40	c.......................................................................
41	REAL dt,g,rconst
42	real plev(klon,klev+1),temp(klon,klev)
43	real ustar(klon)
44	real kmin,qmin,pblhmin(klon),coriol(klon)
45	REAL zlev(klon,klev+1)
46	REAL zlay(klon,klev)
47	REAL u(klon,klev)
48	REAL v(klon,klev)
49	REAL teta(klon,klev)
50	REAL cd(klon)
51	REAL qpre
52	REAL unsdz(klon,klev)
53	REAL unsdzdec(klon,klev+1)
54
55	REAL km(klon,klev+1)
56	REAL kmpre(klon,klev+1),tmp2
57	REAL mpre(klon,klev+1)
58	REAL kn(klon,klev+1)
59	REAL kq(klon,klev+1)
60	real ff(klon,klev+1),delta(klon,klev+1)
61	real aa(klon,klev+1),aa0,aa1
62	integer iflag_pbl,ngrid
63
64
65	integer nlay,nlev
66
67	logical first
68	integer ipas
69	save first,ipas
70	data first,ipas/.true.,0/
71
72
73	integer ig,k
74
75
76	real ri,zrif,zalpha,zsm,zsn
77	real rif(klon,klev+1),sm(klon,klev+1),alpha(klon,klev)
78
79	real m2(klon,klev+1),dz(klon,klev+1),zq,n2(klon,klev+1)
80	real dtetadz(klon,klev+1)
81	real m2cstat,mcstat,kmcstat
82	real l(klon,klev+1)
83	real,save,allocatable :: l0(:)
84	c ATTENTION! mis ici car j'ai enlevé q2 des arguments...
85	c sinon, c'est au-dessus que ça se passe...
86	REAL,save,allocatable :: q2(:,:)
87
88	real sq(klon),sqz(klon),zz(klon,klev+1)
89	integer iter
90
91	real ric,rifc,b1,kap
92	save ric,rifc,b1,kap
93	data ric,rifc,b1,kap/0.195,0.191,16.6,0.4/
94
95	real frif,falpha,fsm
96	real fl,zzz,zl0,zq2,zn2
97
98	c real rino(klon,klev+1),smyam(klon,klev),styam(klon,klev)
99	c s ,lyam(klon,klev),knyam(klon,klev)
100	c s ,w2yam(klon,klev),t2yam(klon,klev)
101
102	frif(ri)=0.6588(ri+0.1776-sqrt(riri-0.3221*ri+0.03156))
103	falpha(ri)=1.318*(0.2231-ri)/(0.2341-ri)
104	fsm(ri)=1.96(0.1912-ri)(0.2341-ri)/((1.-ri)*(0.2231-ri))
105	fl(zzz,zl0,zq2,zn2)=
106	s max(min(l0(ig)kapzlev(ig,k)/(kap*zlev(ig,k)+l0(ig))
107	s ,0.5*sqrt(q2(ig,k))/sqrt(max(n2(ig,k),1.e-10))) ,1.)
108
109	if (.not.(iflag_pbl.ge.6.and.iflag_pbl.le.9)) then
110	stop'probleme de coherence dans appel a MY'
111	endif
112
113	c===================================
114	c INITIALISATIONS
115	nlay=klev
116	nlev=klev+1
117
118	if (first) then
119	allocate(l0(klon))
120	allocate(q2(klon,klevp1))
121
122	c (surtout pour k=1, à cause diagnostiques...)
123	q2 = 0.
124	endif
125	c===================================
126
127	ipas=ipas+1
128	if (0.eq.1.and.first) then
129	do ig=1,1000
130	ri=(ig-800.)/500.
131	if (ri.lt.ric) then
132	zrif=frif(ri)
133	else
134	zrif=rifc
135	endif
136	if(zrif.lt.0.16) then
137	zalpha=falpha(zrif)
138	zsm=fsm(zrif)
139	else
140	zalpha=1.12
141	zsm=0.085
142	endif
143	c print*,ri,rif,zalpha,zsm
144	enddo
145	endif
146
147	c.......................................................................
148	c les increments verticaux
149	c.......................................................................
150	c
151	c!!!!! allerte !!!!!c
152	c!!!!! zlev n'est pas declare a nlev !!!!!c
153	c!!!!! ---->
154	DO ig=1,ngrid
155	zlev(ig,nlev)=zlay(ig,nlay)
156	& +( zlay(ig,nlay) - zlev(ig,nlev-1) )
157	ENDDO
158	c!!!!! <----
159	c!!!!! allerte !!!!!c
160	c
161	DO k=1,nlay
162	DO ig=1,ngrid
163	unsdz(ig,k)=1.E+0/(zlev(ig,k+1)-zlev(ig,k))
164	ENDDO
165	ENDDO
166	DO ig=1,ngrid
167	unsdzdec(ig,1)=1.E+0/(zlay(ig,1)-zlev(ig,1))
168	ENDDO
169	DO k=2,nlay
170	DO ig=1,ngrid
171	unsdzdec(ig,k)=1.E+0/(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1))
172	ENDDO
173	ENDDO
174	DO ig=1,ngrid
175	unsdzdec(ig,nlay+1)=1.E+0/(zlev(ig,nlay+1)-zlay(ig,nlay))
176	ENDDO
177	c
178	c.......................................................................
179
180	c===================================
181	c INITIALISATIONS (surtout pour k=1, à cause diagnostiques...)
182	dz = 0.
183	m2 = 0.
184	dtetadz = 0.
185	n2 = 0.
186	rif = 0.
187	alpha = 0.
188	sm = 0.
189	zz = 0.
190	l = 0.
191	c===================================
192	do k=2,klev
193	do ig=1,ngrid
194	dz(ig,k)=zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)
195	m2(ig,k)=((u(ig,k)-u(ig,k-1))2+(v(ig,k)-v(ig,k-1))2)
196	s /(dz(ig,k)*dz(ig,k))
197	dtetadz(ig,k)=(teta(ig,k)-teta(ig,k-1))/dz(ig,k)
198	n2(ig,k)=g2.dtetadz(ig,k)/(teta(ig,k-1)+teta(ig,k))
199	c n2(ig,k)=0.
200	ri=n2(ig,k)/max(m2(ig,k),1.e-10)
201	if (ri.lt.ric) then
202	rif(ig,k)=frif(ri)
203	else
204	rif(ig,k)=rifc
205	endif
206	if(rif(ig,k).lt.0.16) then
207	alpha(ig,k)=falpha(rif(ig,k))
208	sm(ig,k)=fsm(rif(ig,k))
209	else
210	alpha(ig,k)=1.12
211	sm(ig,k)=0.085
212	endif
213	zz(ig,k)=b1m2(ig,k)(1.-rif(ig,k))*sm(ig,k)
214	c print,'RIF L=',k,rif(ig,k),rialpha(ig,k)
215
216
217	enddo
218	enddo
219
220
221	c====================================================================
222	c Au premier appel, on determine l et q2 de facon iterative.
223	c iterration pour determiner la longueur de melange
224
225
226	if (first.or.iflag_pbl.eq.6) then
227	do ig=1,ngrid
228	l0(ig)=10.
229	enddo
230	do k=2,klev-1
231	do ig=1,ngrid
232	l(ig,k)=l0(ig)kapzlev(ig,k)/(kap*zlev(ig,k)+l0(ig))
233	enddo
234	enddo
235
236	do iter=1,10
237	do ig=1,ngrid
238	sq(ig)=1.e-10
239	sqz(ig)=1.e-10
240	enddo
241	do k=2,klev-1
242	do ig=1,ngrid
243	q2(ig,k)=l(ig,k)*2zz(ig,k)
244	l(ig,k)=fl(zlev(ig,k),l0(ig),q2(ig,k),n2(ig,k))
245	zq=sqrt(q2(ig,k))
246	sqz(ig)=sqz(ig)+zqzlev(ig,k)(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1))
247	sq(ig)=sq(ig)+zq*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1))
248	enddo
249	enddo
250	do ig=1,ngrid
251	l0(ig)=0.2*sqz(ig)/sq(ig)
252	c l0(ig)=30.
253	enddo
254	c print*,'ITER=',iter,' L0=',l0
255
256	enddo
257
258	c print*,'Fin de l initialisation de q2 et l0'
259
260	endif ! first
261
262	c====================================================================
263	c Calcul de la longueur de melange.
264	c====================================================================
265
266	c Mise a jour de l0
267	do ig=1,ngrid
268	sq(ig)=1.e-10
269	sqz(ig)=1.e-10
270	enddo
271	do k=2,klev-1
272	do ig=1,ngrid
273	zq=sqrt(q2(ig,k))
274	sqz(ig)=sqz(ig)+zqzlev(ig,k)(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1))
275	sq(ig)=sq(ig)+zq*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1))
276	enddo
277	enddo
278	do ig=1,ngrid
279	l0(ig)=0.2*sqz(ig)/sq(ig)
280	c l0(ig)=30.
281	enddo
282	c print*,'ITER=',iter,' L0=',l0
283	c calcul de l(z)
284	do k=2,klev
285	do ig=1,ngrid
286	l(ig,k)=fl(zlev(ig,k),l0(ig),q2(ig,k),n2(ig,k))
287	if(first) then
288	q2(ig,k)=l(ig,k)*2zz(ig,k)
289	endif
290	enddo
291	enddo
292
293	c====================================================================
294	c Yamada 2.0
295	c====================================================================
296	if (iflag_pbl.eq.6) then
297
298	do k=2,klev
299	do ig=1,ngrid
300	q2(ig,k)=l(ig,k)*2zz(ig,k)
301	enddo
302	enddo
303
304
305	else if (iflag_pbl.eq.7) then
306	c====================================================================
307	c Yamada 2.Fournier
308	c====================================================================
309
310	c Calcul de l, km, au pas precedent
311	do k=2,klev
312	do ig=1,ngrid
313	c print*,'SMML=',sm(ig,k),l(ig,k)
314	delta(ig,k)=q2(ig,k)/(l(ig,k)*2sm(ig,k))
315	kmpre(ig,k)=l(ig,k)sqrt(q2(ig,k))sm(ig,k)
316	mpre(ig,k)=sqrt(m2(ig,k))
317	c print*,'0L=',k,l(ig,k),delta(ig,k),km(ig,k)
318	enddo
319	enddo
320
321	do k=2,klev-1
322	do ig=1,ngrid
323	m2cstat=max(alpha(ig,k)*n2(ig,k)+delta(ig,k)/b1,1.e-12)
324	mcstat=sqrt(m2cstat)
325
326	c print*,'M2 L=',k,mpre(ig,k),mcstat
327	c
328	c -----{puis on ecrit la valeur de q qui annule l'equation de m
329	c supposee en q3}
330	c
331	IF (k.eq.2) THEN
332	kmcstat=1.E+0 / mcstat
333	& ( unsdz(ig,k)kmpre(ig,k+1)
334	& *mpre(ig,k+1)
335	& +unsdz(ig,k-1)
336	& *cd(ig)
337	& ( sqrt(u(ig,3)2+v(ig,3)*2)
338	& -mcstat/unsdzdec(ig,k)
339	& -mpre(ig,k+1)/unsdzdec(ig,k+1) )**2)
340	& /( unsdz(ig,k)+unsdz(ig,k-1) )
341	ELSE
342	kmcstat=1.E+0 / mcstat
343	& ( unsdz(ig,k)kmpre(ig,k+1)
344	& *mpre(ig,k+1)
345	& +unsdz(ig,k-1)*kmpre(ig,k-1)
346	& *mpre(ig,k-1) )
347	& /( unsdz(ig,k)+unsdz(ig,k-1) )
348	ENDIF
349	c print*,'T2 L=',k,tmp2
350	tmp2=kmcstat
351	& /( sm(ig,k)/q2(ig,k) )
352	& /l(ig,k)
353	q2(ig,k)=max(tmp2,1.e-12)**(2./3.)
354	c print*,'Q2 L=',k,q2(ig,k)
355	c
356	enddo
357	enddo
358
359	else if (iflag_pbl.ge.8) then
360	c====================================================================
361	c Yamada 2.5 a la Didi
362	c====================================================================
363
364
365	c Calcul de l, km, au pas precedent
366	do k=2,klev
367	do ig=1,ngrid
368	c print*,'SMML=',sm(ig,k),l(ig,k)
369	delta(ig,k)=q2(ig,k)/(l(ig,k)*2sm(ig,k))
370	if (delta(ig,k).lt.1.e-20) then
371	c print*,'ATTENTION L=',k,' Delta=',delta(ig,k)
372	delta(ig,k)=1.e-20
373	endif
374	km(ig,k)=l(ig,k)sqrt(q2(ig,k))sm(ig,k)
375	aa0=
376	s (m2(ig,k)-alpha(ig,k)*n2(ig,k)-delta(ig,k)/b1)
377	aa1=
378	s (m2(ig,k)*(1.-rif(ig,k))-delta(ig,k)/b1)
379	c abder print*,'AA L=',k,aa0,aa1,aa1/max(m2(ig,k),1.e-20)
380	aa(ig,k)=aa1dt/(delta(ig,k)l(ig,k))
381	c print*,'0L=',k,l(ig,k),delta(ig,k),km(ig,k)
382	qpre=sqrt(q2(ig,k))
383	if (iflag_pbl.eq.8 ) then
384	if (aa(ig,k).gt.0.) then
385	q2(ig,k)=(qpre+aa(ig,k)qpreqpre)**2
386	else
387	q2(ig,k)=(qpre/(1.-aa(ig,k)qpre))*2
388	endif
389	else ! iflag_pbl=9
390	if (aa(ig,k)*qpre.gt.0.9) then
391	q2(ig,k)=(qpre10.)*2
392	else
393	q2(ig,k)=(qpre/(1.-aa(ig,k)qpre))*2
394	endif
395	endif
396	q2(ig,k)=min(max(q2(ig,k),1.e-10),1.e4)
397	c print,'Q2 L=',k,q2(ig,k),qpreqpre
398	enddo
399	enddo
400
401	endif ! Fin du cas 8
402
403	c print*,'OK8'
404
405	c====================================================================
406	c Calcul des coefficients de mélange
407	c====================================================================
408	do k=2,klev
409	c print*,'k=',k
410	do ig=1,ngrid
411	cabde print*,'KML=',l(ig,k),q2(ig,k),sm(ig,k)
412	zq=sqrt(q2(ig,k))
413	km(ig,k)=l(ig,k)zqsm(ig,k)
414	kn(ig,k)=km(ig,k)*alpha(ig,k)
415	kq(ig,k)=l(ig,k)zq0.2
416	c print*,'KML=',km(ig,k),kn(ig,k)
417	enddo
418	enddo
419
420	c if (iflag_pbl.ge.7..and.0.eq.1) then
421	c q2(:,1)=q2(:,2)
422	c call vdif_q2(dt,g,rconst,plev,temp,kq,q2)
423	c endif
424
425	c Traitement des cas noctrunes avec l'introduction d'une longueur
426	c minilale.
427
428	c====================================================================
429	c Traitement particulier pour les cas tres stables.
430	c D'apres Holtslag Boville.
431
432	c print*,'YAMADA4 0'
433
434	do ig=1,ngrid
435	coriol(ig)=1.e-4
436	pblhmin(ig)=0.07*ustar(ig)/max(abs(coriol(ig)),2.546e-5)
437	enddo
438	if (first) then
439	print*,'A REVOIR!! coriol ?? pblhmin ',pblhmin
440	endif
441	CTest a remettre 21 11 02
442	c test abd 13 05 02 if(0.eq.1) then
443	if(1.eq.1) then
444	do k=2,klev
445	do ig=1,klon
446	if (teta(ig,2).gt.teta(ig,1)) then
447	qmin=ustar(ig)(max(1.-zlev(ig,k)/pblhmin(ig),0.))*2
448	kmin=kapzlev(ig,k)qmin
449	else
450	kmin=-1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables.
451	endif
452	if (kn(ig,k).lt.kmin.or.km(ig,k).lt.kmin) then
453	c print*,'Seuil min Km K=',k,kmin,km(ig,k),kn(ig,k)
454	c s ,sqrt(q2(ig,k)),pblhmin(ig),qmin/sm(ig,k)
455	kn(ig,k)=kmin
456	km(ig,k)=kmin
457	kq(ig,k)=kmin
458	c la longueur de melange est suposee etre l= kap z
459	c K=l q Sm d'ou q2=(K/l Sm)**2
460	q2(ig,k)=(qmin/sm(ig,k))**2
461	endif
462	enddo
463	enddo
464	endif
465
466	c print*,'YAMADA4 1'
467
468	c Estimations de w'2 et T'2 d'apres Abdela et McFarlane
469
470	c if(1.eq.0)then
471	c w2yam=q2(:,1:klev)*0.24
472	c s +lyam(:,1:klev)5.17kn(:,1:klev)*n2(:,1:klev)
473	c s /sqrt(q2(:,1:klev))
474	c
475	c t2yam=9.1kn(:,1:klev)dtetadz(:,1:klev)**2/sqrt(q2(:,1:klev))
476	c s *lyam(:,1:klev)
477	c endif
478
479	c print*,'OKFIN'
480	first=.false.
481	return
482	end

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