source: trunk/WRF.COMMON/WRFV2/phys/module_mp_ncloud5.F @ 3094

Last change on this file since 3094 was 11, checked in by aslmd, 14 years ago

spiga@svn-planeto:ajoute le modele meso-echelle martien

  • Property svn:executable set to *
File size: 37.8 KB
Line 
1MODULE module_mp_ncloud5
2
3   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: dtcldcr     = 240.
4   INTEGER, PARAMETER, PRIVATE :: mstepmax = 100
5
6   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: r0 = .8e-5 ! 8 microm  in contrast to 10 micro m
7   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: n0r = 8.e6
8   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: avtr = 841.9
9   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: bvtr = 0.8
10   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: peaut = .55   ! collection efficiency
11   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: xncr = 3.e8   ! maritime cloud in contrast to 3.e8 in tc80
12   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: xmyu = 1.718e-5 ! the dynamic viscosity kgm-1s-1
13
14   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: avts = 16.2
15   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: bvts = .527
16   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: xncmax =  1.e8
17   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: n0smax =  1.e9
18   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: betai = .6
19   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: xn0 = 1.e-2
20   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: dicon = 16.3
21   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: di0 = 12.9e-6*.8
22   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: dimax = 400.e-6
23   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: n0s = 2.e6             ! temperature dependent n0s
24   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: alpha = 1./8.18        ! .122 exponen factor for n0s
25   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: pfrz1 = 100.
26   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: pfrz2 = 0.66
27!  REAL, PARAMETER, PRIVATE :: lamdarmax = 1.e15
28   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: lamdarmax = 1.e5
29   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: qcrmin = 1.e-6
30
31   REAL, PARAMETER, PRIVATE ::    t40c   =  233.16
32   REAL, PARAMETER, PRIVATE ::    eacrc  =  1.0
33
34   REAL, SAVE ::                               &
35       qc0, qck1,bvtr1,bvtr2,bvtr3,bvtr4,g1pbr,&
36       g3pbr,g4pbr,g5pbro2,pvtr,eacrr,pacrr,   &
37       precr1,precr2,xm0,xmmax,bvts1,          &
38             bvts2,bvts3,bvts4,g1pbs,g3pbs,g4pbs,    &
39             g5pbso2,pvts,pacrs,precs1,precs2,pidn0r,&
40             pidn0s,xlv1,pacrc
41
42CONTAINS
43
44!===================================================================
45!
46  SUBROUTINE ncloud5(th, q, qc, qr, qi, qs                         &
47                    ,w, den, pii, p, delz                          &
48                    ,delt,g, cpd, cpv, rd, rv, t0c                 &
49                    ,ep1, ep2, qmin                                &
50                    ,XLS, XLV0, XLF0, den0, denr                   &
51                    ,cliq,cice,psat                                &
52                    ,rain, rainncv                                 &
53                    ,ids,ide, jds,jde, kds,kde                     &
54                    ,ims,ime, jms,jme, kms,kme                     &
55                    ,its,ite, jts,jte, kts,kte                     &
56                                                                   )
57!-------------------------------------------------------------------
58  IMPLICIT NONE
59!-------------------------------------------------------------------
60!
61!Coded by Song-You Hong (NCEP) and implemented by Shuhua Chen (NCAR)
62!
63  INTEGER,      INTENT(IN   )    ::   ids,ide, jds,jde, kds,kde , &
64                                      ims,ime, jms,jme, kms,kme , &
65                                      its,ite, jts,jte, kts,kte
66
67  REAL, DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme ),                 &
68        INTENT(INOUT) ::                                          &
69                                                             th,  &
70                                                              q,  &
71                                                              qc, &
72                                                              qi, &
73                                                              qr, &
74                                                              qs
75
76  REAL, DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme ),                 &
77        INTENT(IN   ) ::                                       w, &
78                                                             den, &
79                                                             pii, &
80                                                               p, &
81                                                            delz
82
83
84  REAL, INTENT(IN   ) ::                                    delt, &
85                                                               g, &
86                                                              rd, &
87                                                              rv, &
88                                                             t0c, &
89                                                            den0, &
90                                                             cpd, &
91                                                             cpv, &
92                                                             ep1, &
93                                                             ep2, &
94                                                            qmin, &
95                                                             xls, &
96                                                            xlv0, &
97                                                            xlf0, &
98                                                            cliq, &
99                                                            cice, &
100                                                            psat, &
101                                                            denr
102  REAL, DIMENSION( ims:ime , jms:jme ),                           &
103        INTENT(INOUT) ::                                    rain, &
104                                                         rainncv
105
106! LOCAL VAR
107
108  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ) ::   t
109  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte, 2 ) ::   qci, qrs
110  INTEGER ::               i,j,k
111
112!-------------------------------------------------------------------
113      DO J=jts,jte
114
115         DO k=kts,kte
116         DO i=its,ite
117            t(i,k)=th(i,k,j)*pii(i,k,j)
118            qci(i,k,1) = qc(i,k,j)
119            qci(i,k,2) = qi(i,k,j)
120            qrs(i,k,1) = qr(i,k,j)
121            qrs(i,k,2) = qs(i,k,j)
122         ENDDO
123         ENDDO
124
125         CALL ncloud52D(t, q(ims,kms,j), qci, qrs                  &
126                    ,w(ims,kms,j), den(ims,kms,j)                  &
127                    ,p(ims,kms,j), delz(ims,kms,j)                 &
128                    ,delt,g, cpd, cpv, rd, rv, t0c                 &
129                    ,ep1, ep2, qmin                                &
130                    ,XLS, XLV0, XLF0, den0, denr                   &
131                    ,cliq,cice,psat                                &
132                    ,j                                             &
133                    ,rain(ims,j),rainncv(ims,j)                    &
134                    ,ids,ide, jds,jde, kds,kde                     &
135                    ,ims,ime, jms,jme, kms,kme                     &
136                    ,its,ite, jts,jte, kts,kte                     &
137                                                                   )
138
139         DO K=kts,kte
140         DO I=its,ite
141            th(i,k,j)=t(i,k)/pii(i,k,j)
142            qc(i,k,j) = qci(i,k,1)
143            qi(i,k,j) = qci(i,k,2)
144            qr(i,k,j) = qrs(i,k,1)
145            qs(i,k,j) = qrs(i,k,2)
146         ENDDO
147         ENDDO
148
149      ENDDO
150
151  END SUBROUTINE ncloud5
152
153!===================================================================
154!
155  SUBROUTINE ncloud52D(t, q, qci, qrs,w, den, p, delz              &
156                    ,delt,g, cpd, cpv, rd, rv, t0c                 &
157                    ,ep1, ep2, qmin                                &
158                    ,XLS, XLV0, XLF0, den0, denr                   &
159                    ,cliq,cice,psat                                &
160                    ,lat                                           &
161                    ,rain,rainncv                                  &
162                    ,ids,ide, jds,jde, kds,kde                     &
163                    ,ims,ime, jms,jme, kms,kme                     &
164                    ,its,ite, jts,jte, kts,kte                     &
165                                                                   )
166!-------------------------------------------------------------------
167  IMPLICIT NONE
168!-------------------------------------------------------------------
169  INTEGER,      INTENT(IN   )    ::   ids,ide, jds,jde, kds,kde , &
170                                      ims,ime, jms,jme, kms,kme , &
171                                      its,ite, jts,jte, kts,kte,  &
172                                      lat
173
174  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ),                           &
175        INTENT(INOUT) ::                                          &
176                                                               t
177  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte, 2 ),                        &
178        INTENT(INOUT) ::                                          &
179                                                        qci, qrs
180
181  REAL, DIMENSION( ims:ime , kms:kme ),                           &
182        INTENT(INOUT) ::                                          &
183                                                               q
184
185  REAL, DIMENSION( ims:ime , kms:kme ),                           &
186        INTENT(IN   ) ::                                       p, &
187                                                               w, &
188                                                             den, &
189                                                            delz
190
191  REAL, INTENT(IN   ) ::                                    delt, &
192                                                               g, &
193                                                             cpd, &
194                                                             cpv, &
195                                                             t0c, &
196                                                            den0, &
197                                                              rd, &
198                                                              rv, &
199                                                             ep1, &
200                                                             ep2, &
201                                                            qmin, &
202                                                             xls, &
203                                                            xlv0, &
204                                                            xlf0, &
205                                                            cliq, &
206                                                            cice, &
207                                                            psat, &
208                                                            denr
209  REAL, DIMENSION( ims:ime ),                                     &
210        INTENT(INOUT) ::                                    rain, &
211                                                         rainncv
212
213! LOCAL VAR
214
215  INTEGER, PARAMETER :: iun      = 84
216
217  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte , 2) ::                      &
218        rh, qs, slope, slope2, slopeb,                            &
219        paut, pres, falk, fall, work1   
220  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ) ::                         &
221              falkc, work1c, work2c, fallc
222  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte, 3 ) ::                      &
223        pacr
224  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ) ::                         &
225        pgen, pisd, pcon, xl, cpm, work2, q1, t1, denfac,         &
226        pgens, pauts, pacrss, pisds, press, pcons, psml, psev
227
228  INTEGER, DIMENSION( its:ite ) :: mstep
229  LOGICAL, DIMENSION( its:ite ) :: flgcld
230
231  REAL  ::  n0sfac, pi,                                         &
232            cpmcal, xlcal, lamdar, lamdas, diffus,              &
233            viscos, xka, venfac, conden, diffac,                &
234            x, y, z, a, b, c, d, e,                             &
235            qdt, holdrr, holdrs, supcol,                        &
236            coeres, supsat, dtcld, xmi, eacrs, satdt, xnc,      &
237            fallsum, xlwork2, factor, source, value,            &
238            xlf,pfrzdtc,pfrzdtr
239
240  INTEGER :: i,j,k,                                             &
241            iprt, latd, lond, loop, loops, ifsat, n, numdt
242
243!
244!=================================================================
245!   compute internal functions
246!
247      cpmcal(x) = cpd*(1.-max(x,qmin))+max(x,qmin)*cpv
248      xlcal(x) = xlv0-xlv1*(x-t0c)
249!     tvcal(x,y) = x+x*ep1*max(y,qmin)
250!----------------------------------------------------------------
251!     size distributions: (x=mixing ratio, y=air density):
252!     valid for mixing ratio > 1.e-30 kg/kg.
253!     otherwise use uniform distribution value (1.e15)
254!
255      lamdar(x,y)=(pidn0r/(x*y))**.25
256      lamdas(x,y,z)=(pidn0s*z/(x*y))**.25
257!
258!----------------------------------------------------------------
259!     diffus: diffusion coefficient of the water vapor
260!     viscos: kinematic viscosity(m2s-1)
261!
262      diffus(x,y) = 8.794e-5*x**1.81/y
263      viscos(x,y) = 1.496e-6*x**1.5/(x+120.)/y
264      xka(x,y) = 1.414e3*viscos(x,y)*y
265      diffac(a,b,c,d,e) = d*a*a/(xka(c,d)*rv*c*c)+1./(e*diffus(c,b))
266      venfac(a,b,c) = (viscos(b,c)/diffus(b,a))**(.3333333)       &
267             /viscos(b,c)**(.5)*(den0/c)**0.25
268      conden(a,b,c,d,e) = (max(b,qmin)-c)/(1.+d*d/(rv*e)*c/(a*a))
269!
270      pi = 4. * atan(1.)
271!
272!=================================================================
273!     set iprt = 0 for no unit fort.84 output
274!
275      iprt = 1
276      if(iprt.eq.1) then
277        qdt = delt * 1000.
278        latd = (jte+jts)/2 + 1
279        lond = (ite+its)/2 + 1
280      else
281        latd = jts
282        lond = its
283      endif
284!
285!----------------------------------------------------------------
286!     paddint 0 for negative values generated by dynamics
287!
288      do k = kts, kte
289        do i = its, ite
290          qci(i,k,1) = max(qci(i,k,1),0.0)
291          qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1),0.0)
292          qci(i,k,2) = max(qci(i,k,2),0.0)
293          qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2),0.0)
294        enddo
295      enddo
296!
297!----------------------------------------------------------------
298!     latent heat for phase changes and heat capacity. neglect the
299!     changes during microphysical process calculation
300!     emanuel(1994)
301!
302      do k = kts, kte
303        do i = its, ite
304          cpm(i,k) = cpmcal(q(i,k))
305          xl(i,k) = xlcal(t(i,k))
306        enddo
307      enddo
308      if(lat.eq.latd) then
309        i = lond
310        do k = kts, kte
311          press(i,k) = 0.
312          pauts(i,k) = 0.
313          pacrss(i,k)= 0.
314          pgens(i,k) = 0.
315          pisds(i,k) = 0.
316          pcons(i,k) = 0.
317          t1(i,k) = t(i,k)
318          q1(i,k) = q(i,k)
319        enddo
320      endif
321!
322!----------------------------------------------------------------
323!     compute the minor time steps.
324!
325      loops = max(nint(delt/dtcldcr),1)
326      dtcld = delt/loops
327      if(delt.le.dtcldcr) dtcld = delt
328!
329      do loop = 1,loops
330!
331      do i = its, ite
332        mstep(i) = 1
333        flgcld(i) = .true.
334      enddo
335!
336      do k = kts, kte
337        do i = its, ite
338          denfac(i,k) = sqrt(den0/den(i,k))
339        enddo
340      enddo
341!
342      do k = kts, kte
343        do i = its, ite
344          qs(i,k,1) = fpvs(t(i,k),0,rd,rv,cpv,cliq,cice,xlv0,xls,psat,t0c)
345          qs(i,k,1) = ep2 * qs(i,k,1) / (p(i,k) - qs(i,k,1))
346          qs(i,k,1) = max(qs(i,k,1),qmin)
347          rh(i,k,1) = max(q(i,k) / qs(i,k,1),qmin)
348          qs(i,k,2) = fpvs(t(i,k),1,rd,rv,cpv,cliq,cice,xlv0,xls,psat,t0c)
349          qs(i,k,2) = ep2 * qs(i,k,2) / (p(i,k) - qs(i,k,2))
350          qs(i,k,2) = max(qs(i,k,2),qmin)
351          rh(i,k,2) = max(q(i,k) / qs(i,k,2),qmin)
352!         if(lat.eq.latd.and.i.eq.lond) write(iun,700) qci(i,k,1)*1000., &
353!           qrs(i,k,1)*1000.,qci(i,k,2)*1000.,qrs(i,k,2)*1000.
354!700       format(1x,'before computation', 4f10.4)
355        enddo
356      enddo
357!
358!
359!----------------------------------------------------------------
360!     initialize the variables for microphysical physics
361!
362!
363      do k = kts, kte
364        do i = its, ite
365          pres(i,k,1) = 0.
366          pres(i,k,2) = 0.
367          paut(i,k,1) = 0.
368          paut(i,k,2) = 0.
369          pacr(i,k,1) = 0.
370          pacr(i,k,2) = 0.
371          pacr(i,k,3) = 0.
372          pgen(i,k) = 0.
373          pisd(i,k) = 0.
374          pcon(i,k) = 0.
375          psml(i,k) = 0.
376          psev(i,k) = 0.
377          falk(i,k,1) = 0.
378          falk(i,k,2) = 0.
379          fall(i,k,1) = 0.
380          fall(i,k,2) = 0.
381          fallc(i,k) = 0.
382          falkc(i,k) = 0.
383        enddo
384      enddo
385!
386!----------------------------------------------------------------
387!     sloper: the slope parameter of the rain(m-1)
388!     xka:    thermal conductivity of air(jm-1s-1k-1)
389!     work1:  the thermodynamic term in the denominator associated with
390!             heat conduction and vapor diffusion
391!             (ry88, y93, h85)
392!     work2: parameter associated with the ventilation effects(y93)
393!
394      do k = kts, kte
395        do i = its, ite
396          if(qrs(i,k,1).le.qcrmin)then
397            slope(i,k,1) = lamdarmax
398            slopeb(i,k,1) = slope(i,k,1)**bvtr
399          else
400            slope(i,k,1) = lamdar(qrs(i,k,1),den(i,k))
401            slopeb(i,k,1) = slope(i,k,1)**bvtr
402          endif
403          if(qrs(i,k,2).le.qcrmin)then
404            slope(i,k,2) = lamdarmax
405            slopeb(i,k,2) = slope(i,k,2)**bvts
406          else
407            supcol = t0c-t(i,k)
408            n0sfac = min(exp(alpha*supcol),n0smax)
409            slope(i,k,2) = lamdas(qrs(i,k,2),den(i,k),n0sfac)
410            slopeb(i,k,2) = slope(i,k,2)**bvts
411          endif
412          slope2(i,k,1) = slope(i,k,1)*slope(i,k,1)
413          slope2(i,k,2) = slope(i,k,2)*slope(i,k,2)
414        enddo
415      enddo
416!
417      do k = kts, kte
418        do i = its, ite
419          work1(i,k,1) = diffac(xl(i,k),p(i,k),t(i,k),den(i,k),qs(i,k,1))
420          work1(i,k,2) = diffac(xls,p(i,k),t(i,k),den(i,k),qs(i,k,2))
421          work2(i,k) = venfac(p(i,k),t(i,k),den(i,k))
422        enddo
423      enddo
424!
425!     instantaneous melting of cloud ice
426!
427      do k = kts, kte
428        do i = its, ite
429          supcol = t0c-t(i,k)
430          xlf = xls-xl(i,k)
431          if(supcol.lt.0..and.qci(i,k,2).gt.qcrmin) then
432            qci(i,k,1) = qci(i,k,1) + qci(i,k,2)
433            t(i,k) = t(i,k) - xlf/cpm(i,k)*qci(i,k,2)
434            qci(i,k,2) = 0.
435!           if(lat.eq.latd.and.i.eq.lond) write(iun,607) k,-supcol, &
436!             qci(i,k,2)*1000.,xlf/cpm(i,k)*qci(i,k,2)
437          endif
438!607  format(1x,'k = ',i3,' t = ',f5.1,' qi melting = ',f10.6,     &
439!            '  del t  = ',f10.6)
440!
441!     homogeneous freezing of cloud water below -40c
442!
443          if(supcol.gt.40..and.qci(i,k,1).gt.qcrmin) then
444            qci(i,k,2) = qci(i,k,2) + qci(i,k,1)
445            t(i,k) = t(i,k) + xlf/cpm(i,k)*qci(i,k,1)
446            qci(i,k,1) = 0.
447!           if(lat.eq.latd.and.i.eq.lond) write(iun,608) k,-supcol, &
448!             qci(i,k,1)*1000.,xlf/cpm(i,k)*qci(i,k,1)
449          endif
450!608  format(1x,'k = ',i3,' t = ',f5.1,' qc home freezing = ',f10.6, &
451!           '  del t  = ',f10.6)
452!
453!     heterogeneous freezing of cloud water
454!
455          if(supcol.gt.0..and.qci(i,k,1).gt.qcrmin) then
456            pfrzdtc = min(pfrz1*exp(pfrz2*supcol-1.)                &
457               *den(i,k)/denr/xncr*qci(i,k,1)**2*dtcld,qci(i,k,1))
458            qci(i,k,2) = qci(i,k,2) + pfrzdtc
459            t(i,k) = t(i,k) + xlf/cpm(i,k)*pfrzdtc
460            qci(i,k,1) = qci(i,k,1)-pfrzdtc
461!           if(lat.eq.latd.and.i.eq.lond) write(iun,609) k,-supcol,  &
462!             pfrzdtc*1000.,xlf/cpm(i,k)*pfrzdtc
463          endif
464!609  format(1x,'k = ',i3,' t = ',f5.1,' qc hete freezing = ',f10.6, &
465!           '  del t  = ',f10.6)
466!
467!     freezing of rain water
468!
469          if(supcol.gt.0..and.qrs(i,k,1).gt.qcrmin) then
470            pfrzdtr = min(20.*pi**2*pfrz1*n0r*denr/den(i,k)          &
471                  *exp(pfrz2*supcol-1.)*slope(i,k,1)**(-7)*dtcld,       &
472                  qrs(i,k,1))
473            qrs(i,k,2) = qrs(i,k,2) + pfrzdtr
474            t(i,k) = t(i,k) + xlf/cpm(i,k)*pfrzdtr
475            qrs(i,k,1) = qrs(i,k,1)-pfrzdtr
476!           if(lat.eq.latd.and.i.eq.lond) write(iun,610) k,-supcol,  &
477!             pfrzdtr*1000.,xlf/cpm(i,k)*pfrzdtr
478!610  format(1x,'k = ',i3,' t = ',f5.1,' qr      freezing = ',f10.6, &
479!           '  del t  = ',f10.6)
480          endif
481        enddo
482      enddo
483!
484!     warm rain process
485!     paut: auto conversion rate from cloud to rain (kgkg-1s-1)
486!     pacr: accretion rate of rain by cloud(lin83)
487!     pres: evaporation/condensation rate of rain(rh83)
488!
489      do k = kts, kte
490        do i = its, ite
491          supsat = max(q(i,k),qmin)-qs(i,k,1)
492          satdt = supsat/dtcld
493          if(qci(i,k,1).gt.qc0) then
494            paut(i,k,1) = qck1*qci(i,k,1)**(7./3.)
495            paut(i,k,1) = min(paut(i,k,1),qci(i,k,1)/dtcld)
496          endif
497          if(qrs(i,k,1).gt.qcrmin) then
498            if(qci(i,k,1).gt.qcrmin) pacr(i,k,1)                           &
499              = min(pacrr/slope2(i,k,1)/slope(i,k,1)/slopeb(i,k,1)       &
500                *qci(i,k,1)*denfac(i,k),qci(i,k,1)/dtcld)
501            coeres = slope2(i,k,1)*sqrt(slope(i,k,1)*slopeb(i,k,1))
502            pres(i,k,1) = (rh(i,k,1)-1.)*(precr1/slope2(i,k,1)           &
503                        +precr2*work2(i,k)/coeres)/work1(i,k,1)
504            if(pres(i,k,1).lt.0.) then
505              pres(i,k,1) = max(pres(i,k,1),-qrs(i,k,1)/dtcld)
506              pres(i,k,1) = max(pres(i,k,1),satdt/2)
507            else
508              pres(i,k,1) = min(pres(i,k,1),satdt/2)
509              pres(i,k,1) = min(pres(i,k,1),qrs(i,k,1)/dtcld)
510            endif
511          endif
512        enddo
513      enddo
514!
515!----------------------------------------------------------------
516!     cold rain process
517!     paut: conversion(aggregation) of ice to snow(kgkg-1s-1)(rh83)
518!     pgen: generation(nucleation) of ice from vapor(kgkg-1s-1)(rh83)
519!     pacr: accretion rate of snow by ice(lin83)
520!     pisd: deposition/sublimation rate of ice(rh83)
521!     pres: deposition/sublimation rate of snow(lin83)
522!
523      do k = kts, kte
524        do i = its, ite
525          supcol = t0c-t(i,k)
526          supsat = max(q(i,k),qmin)-qs(i,k,2)
527          satdt = supsat/dtcld
528          ifsat = 0
529          n0sfac = min(exp(alpha*supcol),n0smax)
530          xnc = min(xn0 * exp(betai*supcol)/den(i,k),xncmax)
531!
532          if(qrs(i,k,2).gt.qcrmin.and.qci(i,k,2).gt.qcrmin) then
533            eacrs = exp(0.025*(-supcol))
534            pacr(i,k,2) = min(pacrs*n0sfac*eacrs/slope2(i,k,2)/slope(i,k,2)   &
535                      /slopeb(i,k,2)*qci(i,k,2)*denfac(i,k),qci(i,k,2)/dtcld)
536          endif
537          if(qrs(i,k,2).gt.qcrmin.and.qci(i,k,1).gt.qcrmin) then
538            pacr(i,k,3) = min(pacrc/slope2(i,k,2)/slope(i,k,2)                &
539                      /slopeb(i,k,2)*qci(i,k,1)*denfac(i,k),qci(i,k,1)/dtcld)
540          endif
541!
542          if(qci(i,k,2).gt.qcrmin) then
543            xmi = qci(i,k,2)*xnc
544            if(ifsat.ne.1) pisd(i,k) = 4.*dicon*sqrt(xmi)*den(i,k)         &
545                                     *(rh(i,k,2)-1.)/work1(i,k,2)
546            if(pisd(i,k).lt.0.) then
547              pisd(i,k) = max(pisd(i,k),satdt)
548              pisd(i,k) = max(pisd(i,k),-qci(i,k,2)/dtcld)
549            else
550              pisd(i,k) = min(pisd(i,k),satdt)
551            endif
552            if(abs(pisd(i,k)).gt.abs(satdt)) ifsat = 1
553          endif
554!
555          if(qrs(i,k,2).gt.qcrmin.and.ifsat.ne.1) then
556            coeres = slope2(i,k,2)*sqrt(slope(i,k,2)*slopeb(i,k,2))
557            if(ifsat.ne.1) pres(i,k,2) = (rh(i,k,2)-1.)*(precs1             &
558                                       /slope2(i,k,2)+precs2*work2(i,k)     &
559                                       /coeres)/work1(i,k,2)
560            if(pres(i,k,2).lt.0.) then
561              pres(i,k,2) = max(pres(i,k,2),-qrs(i,k,2)/dtcld)
562              pres(i,k,2) = max(pres(i,k,2),satdt/2)
563            else
564              pres(i,k,2) = min(pres(i,k,2),satdt/2)
565              pres(i,k,2) = min(pres(i,k,2),qrs(i,k,2)/dtcld)
566            endif
567            if(abs(pisd(i,k)+pres(i,k,2)).ge.abs(satdt)) ifsat = 1
568          endif
569!
570          if(supsat.gt.0.and.ifsat.ne.1) then
571            pgen(i,k) = max(0.,(xm0*xnc-max(qci(i,k,2),0.))/dtcld)
572            pgen(i,k) = min(pgen(i,k),satdt)
573          endif
574!
575          if(qci(i,k,2).gt.qcrmin) paut(i,k,2)                           &
576                 = max(0.,(qci(i,k,2)-xmmax*xnc)/dtcld)
577!
578          if(t(i,k).gt.t0c) then
579            xlf = xls - xl(i,k)
580            if(qrs(i,k,2).gt.qcrmin) then
581              psml(i,k) = xka(t(i,k),den(i,k))/xlf*(t0c-t(i,k))*pi/2.    &
582                          *(precs1/slope2(i,k,2)+precs2*work2(i,k)/coeres)
583              psml(i,k) = min(max(psml(i,k),-qrs(i,k,2)/dtcld),0.)
584            endif
585            if(qrs(i,k,2).gt.qcrmin.and.rh(i,k,1).lt.1.)                 &
586              psev(i,k) = pres(i,k,2)*work1(i,k,2)/work1(i,k,1)
587              psev(i,k) = min(max(psev(i,k),-qrs(i,k,2)/dtcld),0.)
588          endif
589        enddo
590      enddo
591!
592!----------------------------------------------------------------
593!     check mass conservation of generation terms and feedback to the
594!     large scale
595!
596      do k = kts, kte
597        do i = its, ite
598          if(t(i,k).le.t0c) then
599!
600!     cloud water
601!
602            value = max(qcrmin,qci(i,k,1))
603            source = (paut(i,k,1)+pacr(i,k,1)+pacr(i,k,3))*dtcld
604            if (source.gt.value) then
605              factor = value/source
606              paut(i,k,1) = paut(i,k,1)*factor
607              pacr(i,k,1) = pacr(i,k,1)*factor
608              pacr(i,k,3) = pacr(i,k,3)*factor
609            endif
610!
611!     cloud ice
612!
613            value = max(qcrmin,qci(i,k,2))
614            source = (paut(i,k,2)+pacr(i,k,2)-pgen(i,k)-pisd(i,k))*dtcld
615            if (source.gt.value) then
616              factor = value/source
617              paut(i,k,2) = paut(i,k,2)*factor
618              pacr(i,k,2) = pacr(i,k,2)*factor
619              pgen(i,k) = pgen(i,k)*factor
620              pisd(i,k) = pisd(i,k)*factor
621            endif
622            work2(i,k)=-(pres(i,k,1)+pres(i,k,2)+pgen(i,k)+pisd(i,k))
623!     update
624            q(i,k) = q(i,k)+work2(i,k)*dtcld
625            qci(i,k,1) = max(qci(i,k,1)-(paut(i,k,1)+pacr(i,k,1)   &
626                           +pacr(i,k,3))*dtcld,0.)
627            qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1)+(paut(i,k,1)+pacr(i,k,1)   &
628                           +pres(i,k,1))*dtcld,0.)
629            qci(i,k,2) = max(qci(i,k,2)-(paut(i,k,2)+pacr(i,k,2)   &
630                           -pgen(i,k)-pisd(i,k))*dtcld,0.)
631            qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2)+(pres(i,k,2)+paut(i,k,2)   &
632                           +pacr(i,k,2)+pacr(i,k,3))*dtcld,0.)
633            xlf = xls-xl(i,k)
634            xlwork2 = -xls*(pres(i,k,2)+pisd(i,k)+pgen(i,k))       &
635                         -xl(i,k)*pres(i,k,1)                      &
636                         -xlf*pacr(i,k,3)
637            t(i,k) = t(i,k)-xlwork2/cpm(i,k)*dtcld
638          else
639!
640!     cloud water
641!
642            value = max(qcrmin,qci(i,k,1))
643            source=(paut(i,k,1)+pacr(i,k,1)+pacr(i,k,3))*dtcld
644            if (source.gt.value) then
645              factor = value/source
646              paut(i,k,1) = paut(i,k,1)*factor
647              pacr(i,k,1) = pacr(i,k,1)*factor
648              pacr(i,k,3) = pacr(i,k,3)*factor
649            endif
650!
651!     snow
652!
653            value = max(qcrmin,qrs(i,k,2))
654            source=(-psev(i,k)-psml(i,k))*dtcld
655            if (source.gt.value) then
656              factor = value/source
657              psev(i,k) = psev(i,k)*factor
658              psml(i,k) = psml(i,k)*factor
659            endif
660            work2(i,k)=-(pres(i,k,1)+psev(i,k))
661!     update
662            q(i,k) = q(i,k)+work2(i,k)*dtcld
663            qci(i,k,1) = max(qci(i,k,1)-(paut(i,k,1)+pacr(i,k,1)        &
664                    +pacr(i,k,3))*dtcld,0.)
665            qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1)+(paut(i,k,1)+pacr(i,k,1)        &
666                    +pres(i,k,1) -psml(i,k)+pacr(i,k,3))*dtcld,0.)
667            qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2)+(psml(i,k)+psev(i,k))*dtcld,0.)
668            xlf = xls-xl(i,k)
669            xlwork2 = -xlf*(psml(i,k))-xl(i,k)*(pres(i,k,1)+psev(i,k))
670            t(i,k) = t(i,k)-xlwork2/cpm(i,k)*dtcld
671          endif
672        enddo
673      enddo
674!
675      do k = kts, kte
676        do i = its, ite
677          qs(i,k,1) = fpvs(t(i,k),0,rd,rv,cpv,cliq,cice,xlv0,xls,psat,t0c)
678          qs(i,k,1) = ep2 * qs(i,k,1) / (p(i,k) - qs(i,k,1))
679          qs(i,k,1) = max(qs(i,k,1),qmin)
680          qs(i,k,2) = fpvs(t(i,k),1,rd,rv,cpv,cliq,cice,xlv0,xls,psat,t0c)
681          qs(i,k,2) = ep2 * qs(i,k,2) / (p(i,k) - qs(i,k,2))
682          qs(i,k,2) = max(qs(i,k,2),qmin)
683        enddo
684      enddo
685!
686!----------------------------------------------------------------
687!     condensational/evaporational rate of cloud water if there exists
688!     additional water vapor condensated/if evaporation of cloud water
689!     is not enough to remove subsaturation.
690!     use fall bariable for this process(pcon)
691!
692!     if(lat.eq.latd) write(iun,603)
693      do k = kts, kte
694        do i = its, ite
695          work1(i,k,1) = conden(t(i,k),q(i,k),qs(i,k,1),xl(i,k),cpm(i,k))
696          work2(i,k) = qci(i,k,1)+work1(i,k,1)
697          pcon(i,k) = min(max(work1(i,k,1)/dtcld,0.),max(q(i,k),0.)/dtcld)
698          if(qci(i,k,1).gt.qcrmin.and.work1(i,k,1).lt.0.and.t(i,k).gt.t0c)    &
699            pcon(i,k) = max(work1(i,k,1),-qci(i,k,1))/dtcld
700          q(i,k) = q(i,k)-pcon(i,k)*dtcld
701          qci(i,k,1) = max(qci(i,k,1)+pcon(i,k)*dtcld,0.)
702          t(i,k) = t(i,k)+pcon(i,k)*xl(i,k)/cpm(i,k)*dtcld
703!
704          if(lat.eq.latd.and.i.eq.lond) then
705            pgens(i,k) = pgens(i,k)+pgen(i,k)
706            pcons(i,k) = pcons(i,k)+pcon(i,k)
707            pisds(i,k) = pisds(i,k)+pisd(i,k)
708            pacrss(i,k) = pacrss(i,k)+pacr(i,k,1)+pacr(i,k,2)+pacr(i,k,3)
709            press(i,k) = press(i,k)+pres(i,k,1)+pres(i,k,2)
710            pauts(i,k) = pauts(i,k)+paut(i,k,1)+paut(i,k,2)
711!           write(iun,604) k,p(i,k)/100.,                                   &
712!             t(i,k)-t0c,t(i,k)-t1(i,k),q(i,k)*1000.,                       &
713!             (q(i,k)-q1(i,k))*1000.,rh(i,k,2)*100.,pgens(i,k)*qdt,         &
714!             pcons(i,k)*qdt,pisds(i,k)*qdt,pauts(i,k)*qdt,pacrss(i,k)*qdt, &
715!             press(i,k)*qdt,qci(i,k,1)*1000.,qrs(i,k,1)*1000.,             &
716!             qci(i,k,2)*1000.,qrs(i,k,2)*1000.
717          endif
718        enddo
719      enddo
720!603   format(1x,'  k','     p',                                             &
721!           '    t',' delt','    q',' delq','   rh',                         &
722!           ' pgen',' pcon',' pisd',' paut',' pacr',' pres',                 &
723!           '   qc','   qr','   qi','   qs')
724!604   format(1x,i3,f6.0,4f5.1,f5.0,10f5.2)
725!
726!----------------------------------------------------------------
727!     compute the fallout term:
728!     first, vertical terminal velosity for minor loops
729!
730      do k = kts, kte
731        do i = its, ite
732          if(qrs(i,k,1).le.qcrmin)then
733            slope(i,k,1) = lamdarmax
734            slopeb(i,k,1) = slope(i,k,1)**bvtr
735          else
736            slope(i,k,1) = lamdar(qrs(i,k,1),den(i,k))
737            slopeb(i,k,1) = slope(i,k,1)**bvtr
738          endif
739          if(qrs(i,k,2).le.qcrmin)then
740            slope(i,k,2) = lamdarmax
741            slopeb(i,k,2) = slope(i,k,2)**bvts
742          else
743            supcol = t0c-t(i,k)
744            n0sfac = min(exp(alpha*supcol),n0smax)
745            slope(i,k,2) = lamdas(qrs(i,k,2),den(i,k),n0sfac)
746            slopeb(i,k,2) = slope(i,k,2)**bvts
747          endif
748          slope2(i,k,1) = slope(i,k,1)*slope(i,k,1)
749          slope2(i,k,2) = slope(i,k,2)*slope(i,k,2)
750        enddo
751      enddo
752!
753      do i = its, ite
754        do k = kte, kts, -1
755          work1(i,k,1) = pvtr/slopeb(i,k,1)*denfac(i,k)/delz(i,k)
756          work1(i,k,2) = pvts/slopeb(i,k,2)*denfac(i,k)/delz(i,k)
757          if(qrs(i,k,1).le.qcrmin) work1(i,k,1) = 0.
758          if(qrs(i,k,2).le.qcrmin) work1(i,k,2) = 0.
759          numdt = max(nint(max(work1(i,k,1),work1(i,k,2))*dtcld+.5),1)
760          if(qci(i,k,2).le.qmin) then
761            work2c(i,k) = 0.
762          else
763            work1c(i,k) = 3.29*(den(i,k)*qci(i,k,2))**0.16
764            work2c(i,k) = work1c(i,k)/delz(i,k)
765          endif
766          numdt = max(nint(work2c(i,k)*dtcld+.5),numdt)
767          if(numdt.ge.mstep(i)) mstep(i) = numdt
768        enddo
769        mstep(i) = min(mstep(i),mstepmax)
770      enddo
771!
772!      if(lat.eq.latd) write(iun,605)
773      do n = 1,mstepmax
774          k = kte
775          do i = its, ite
776            if(n.le.mstep(i)) then
777              falk(i,k,1) = den(i,k)*qrs(i,k,1)*work1(i,k,1)/mstep(i)
778              falk(i,k,2) = den(i,k)*qrs(i,k,2)*work1(i,k,2)/mstep(i)
779              fall(i,k,1) = fall(i,k,1)+falk(i,k,1)
780              fall(i,k,2) = fall(i,k,2)+falk(i,k,2)
781              holdrr = qrs(i,k,1)
782              holdrs = qrs(i,k,2)
783              qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1)-falk(i,k,1)*dtcld/den(i,k),0.)
784              qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2)-falk(i,k,2)*dtcld/den(i,k),0.)
785              falkc(i,k) = den(i,k)*qci(i,k,2)*work2c(i,k)/mstep(i)
786              fallc(i,k) = fallc(i,k)+falkc(i,k)
787              qci(i,k,2) = max(qci(i,k,2)-falkc(i,k)*dtcld/den(i,k),0.)
788!
789!              if(lat.eq.latd.and.i.eq.lond)                                        &
790!                write(iun,606) k,p(i,k)/100.,                                      &
791!                t(i,k)-t0c,q(i,k)*1000.,rh(i,k,2)*100.,w(i,k),work1(i,k,1)         &
792!                *delz(i,k), work1(i,k,2)*delz(i,k),holdrr*1000.,holdrs*1000.,      &
793!                qrs(i,k,1)*1000.,qrs(i,k,2)*1000.,n
794            endif
795          enddo
796        do k = kte-1, kts, -1
797          do i = its, ite
798            if(n.le.mstep(i)) then
799              falk(i,k,1) = den(i,k)*qrs(i,k,1)*work1(i,k,1)/mstep(i)
800              falk(i,k,2) = den(i,k)*qrs(i,k,2)*work1(i,k,2)/mstep(i)
801              fall(i,k,1) = fall(i,k,1)+falk(i,k,1)
802              fall(i,k,2) = fall(i,k,2)+falk(i,k,2)
803              holdrr = qrs(i,k,1)
804              holdrs = qrs(i,k,2)
805              qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1)-(falk(i,k,1)                             &
806                         -falk(i,k+1,1)*delz(i,k+1)/delz(i,k))*dtcld/den(i,k),0.)
807              qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2)-(falk(i,k,2)                             &
808                         -falk(i,k+1,2)*delz(i,k+1)/delz(i,k))*dtcld/den(i,k),0.)
809              falkc(i,k) = den(i,k)*qci(i,k,2)*work2c(i,k)/mstep(i)
810              fallc(i,k) = fallc(i,k)+falkc(i,k)
811              qci(i,k,2) = max(qci(i,k,2)-(falkc(i,k)                       &
812                        -falkc(i,k+1)*delz(i,k+1)/delz(i,k))*dtcld/den(i,k),0.)
813!
814!              if(lat.eq.latd.and.i.eq.lond)                                        &
815!                write(iun,606) k,p(i,k)/100.,                                      &
816!                t(i,k)-t0c,q(i,k)*1000.,rh(i,k,2)*100.,w(i,k),work1(i,k,1)         &
817!                *delz(i,k), work1(i,k,2)*delz(i,k),holdrr*1000.,holdrs*1000.,      &
818!                qrs(i,k,1)*1000.,qrs(i,k,2)*1000.,n
819            endif
820          enddo
821        enddo
822      enddo
823!605   format(1x,'  k','     p','    t','    q','   rh','     w',                   &
824!            '   vtr','   vts','   qri','   qsi','   qrf','   qsf',' mstep')
825!606   format(1x,i3,f6.0,2f5.1,f5.0,f6.2,6f6.2,i5)
826!
827!----------------------------------------------------------------
828!      rain (unit is mm/sec;kgm-2s-1: /1000*delt ===> m)==> mm for wrf
829!
830      do i = its, ite
831        fallsum = fall(i,1,1)+fall(i,1,2)
832        if(fallsum.gt.0.) then
833          rainncv(i) = fallsum*delz(i,1)/denr*dtcld*1000.
834          rain(i) = fallsum*delz(i,1)/denr*dtcld*1000.        &
835                  + rain(i)
836        endif
837      enddo
838!
839!      if(lat.eq.latd) write(iun,601) latd,lond,loop,rain(lond)
840! 601  format(1x,' ncloud5 lat lon loop : rain(mm) ',3i6,f20.2)
841!
842      enddo                  ! big loops
843
844  END SUBROUTINE ncloud52d
845! ...................................................................
846      REAL FUNCTION rgmma(x)
847!-------------------------------------------------------------------
848  IMPLICIT NONE
849!-------------------------------------------------------------------
850!     rgmma function:  use infinite product form
851      REAL :: euler
852      PARAMETER (euler=0.577215664901532)
853      REAL :: x, y
854      INTEGER :: i
855
856      if(x.eq.1.)then
857        rgmma=0.
858          else
859        rgmma=x*exp(euler*x)
860        do i=1,10000
861          y=float(i)
862          rgmma=rgmma*(1.000+x/y)*exp(-x/y)
863        enddo
864        rgmma=1./rgmma
865      endif
866      end function rgmma
867!
868!--------------------------------------------------------------------------
869      REAL FUNCTION fpvs(t,ice,rd,rv,cvap,cliq,cice,hvap,hsub,psat,t0c)
870!--------------------------------------------------------------------------
871      IMPLICIT NONE
872!--------------------------------------------------------------------------
873      REAL t,rd,rv,cvap,cliq,cice,hvap,hsub,psat,t0c,dldt,xa,xb,dldti, &
874           xai,xbi,ttp,tr
875      INTEGER ice
876! - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
877      ttp=t0c+0.01
878      dldt=cvap-cliq
879      xa=-dldt/rv
880      xb=xa+hvap/(rv*ttp)
881      dldti=cvap-cice
882      xai=-dldti/rv
883      xbi=xai+hsub/(rv*ttp)
884      tr=ttp/t
885      if(t.lt.ttp.and.ice.eq.1) then
886        fpvs=psat*(tr**xai)*exp(xbi*(1.-tr))
887      else
888        fpvs=psat*(tr**xa)*exp(xb*(1.-tr))
889      endif
890! - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
891      END FUNCTION fpvs
892
893!-------------------------------------------------------------------
894  SUBROUTINE ncloud5init(den0,denr,dens,cl,cpv,allowed_to_read)
895!-------------------------------------------------------------------
896  IMPLICIT NONE
897!-------------------------------------------------------------------
898!.... constants which may not be tunable
899
900   real, intent(in) :: den0,denr,dens,cl,cpv
901   logical, intent(in) :: allowed_to_read
902   real :: pi
903
904   pi = 4.*atan(1.)
905   xlv1 = cl-cpv
906
907   qc0  = 4./3.*pi*denr*r0**3*xncr/den0  ! 0.419e-3 -- .61e-3
908   qck1 = .104*9.8*peaut/(xncr*denr)**(1./3.)/xmyu ! 7.03
909   bvtr1 = 1.+bvtr
910   bvtr2 = 2.5+.5*bvtr
911   bvtr3 = 3.+bvtr
912   bvtr4 = 4.+bvtr
913   g1pbr = rgmma(bvtr1)
914   g3pbr = rgmma(bvtr3)
915   g4pbr = rgmma(bvtr4)            ! 17.837825
916   g5pbro2 = rgmma(bvtr2)          ! 1.8273
917   pvtr = avtr*g4pbr/6.
918   eacrr = 1.0
919   pacrr = pi*n0r*avtr*g3pbr*.25*eacrr
920   precr1 = 2.*pi*n0r*.78
921   precr2 = 2.*pi*n0r*.31*avtr**.5*g5pbro2
922   xm0  = (di0/dicon)**2
923   xmmax = (dimax/dicon)**2
924!
925   bvts1 = 1.+bvts
926   bvts2 = 2.5+.5*bvts
927   bvts3 = 3.+bvts
928   bvts4 = 4.+bvts
929   g1pbs = rgmma(bvts1)    !.8875
930   g3pbs = rgmma(bvts3)
931   g4pbs = rgmma(bvts4)    ! 12.0786
932   g5pbso2 = rgmma(bvts2)
933   pvts = avts*g4pbs/6.
934   pacrs = pi*n0s*avts*g3pbs*.25
935   precs1 = 4.*n0s*.65
936   precs2 = 4.*n0s*.44*avts**.5*g5pbso2
937   pidn0r =  pi*denr*n0r
938   pidn0s =  pi*dens*n0s
939!
940   pacrc = pi*n0s*avts*g3pbs*.25*eacrc
941!
942  END SUBROUTINE ncloud5init
943
944END MODULE module_mp_ncloud5
945
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.