source: trunk/WRF.COMMON/WRFV2/phys/module_sf_sfclay.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

File size: 41.9 KB
Line 
1!WRF:MODEL_LAYER:PHYSICS
2!
3MODULE module_sf_sfclay
4
5 REAL    , PARAMETER ::  VCONVC=1.
6 REAL    , PARAMETER ::  CZO=0.0185
7 REAL    , PARAMETER ::  OZO=1.59E-5
8
9 REAL,   DIMENSION(0:1000 ),SAVE          :: PSIMTB,PSIHTB
10
11CONTAINS
12
13!-------------------------------------------------------------------
14   SUBROUTINE SFCLAY(U3D,V3D,T3D,QV3D,P3D,dz8w,                    &
15                     CP,G,ROVCP,R,XLV,PSFC,CHS,CHS2,CQS2,CPM,      &
16                     ZNT,UST,PBLH,MAVAIL,ZOL,MOL,REGIME,PSIM,PSIH, &
17                     XLAND,HFX,QFX,LH,TSK,FLHC,FLQC,QGH,QSFC,RMOL, &
18                     uratx,vratx,tratx,                            &
19                     U10,V10,TH2,T2,Q2,                            &
20                     GZ1OZ0,WSPD,BR,ISFFLX,DX,                     &
21                     SVP1,SVP2,SVP3,SVPT0,EP1,EP2,                 &
22                     KARMAN,EOMEG,STBOLT,                          &
23                     ids,ide, jds,jde, kds,kde,                    &
24                     ims,ime, jms,jme, kms,kme,                    &
25                     its,ite, jts,jte, kts,kte                     )
26!-------------------------------------------------------------------
27      IMPLICIT NONE
28!-------------------------------------------------------------------
29!-- U3D         3D u-velocity interpolated to theta points (m/s)
30!-- V3D         3D v-velocity interpolated to theta points (m/s)
31!-- T3D         temperature (K)
32!-- QV3D        3D water vapor mixing ratio (Kg/Kg)
33!-- P3D         3D pressure (Pa)
34!-- dz8w        dz between full levels (m)
35!-- CP          heat capacity at constant pressure for dry air (J/kg/K)
36!-- G           acceleration due to gravity (m/s^2)
37!-- ROVCP       R/CP
38!-- R           gas constant for dry air (J/kg/K)
39!-- XLV         latent heat of vaporization for water (J/kg)
40!-- PSFC        surface pressure (Pa)
41!-- ZNT         roughness length (m)
42!-- UST         u* in similarity theory (m/s)
43!-- PBLH        PBL height from previous time (m)
44!-- MAVAIL      surface moisture availability (between 0 and 1)
45!-- ZOL         z/L height over Monin-Obukhov length
46!-- MOL         T* (similarity theory) (K)
47!-- REGIME      flag indicating PBL regime (stable, unstable, etc.)
48!-- PSIM        similarity stability function for momentum
49!-- PSIH        similarity stability function for heat
50!-- XLAND       land mask (1 for land, 2 for water)
51!-- HFX         upward heat flux at the surface (W/m^2)
52!-- QFX         upward moisture flux at the surface (kg/m^2/s)
53!-- LH          net upward latent heat flux at surface (W/m^2)
54!-- TSK         surface temperature (K)
55!-- FLHC        exchange coefficient for heat (m/s)
56!-- FLQC        exchange coefficient for moisture (m/s)
57!-- QGH         lowest-level saturated mixing ratio
58!-- uratx       ratio of surface U to U10
59!-- vratx       ratio of surface V to V10
60!-- tratx       ratio of surface T to TH2
61!-- U10         diagnostic 10m u wind
62!-- V10         diagnostic 10m v wind
63!-- TH2         diagnostic 2m theta (K)
64!-- T2          diagnostic 2m temperature (K)
65!-- Q2          diagnostic 2m mixing ratio (kg/kg)
66!-- GZ1OZ0      log(z/z0) where z0 is roughness length
67!-- WSPD        wind speed at lowest model level (m/s)
68!-- BR          bulk Richardson number in surface layer
69!-- ISFFLX      isfflx=1 for surface heat and moisture fluxes
70!-- DX          horizontal grid size (m)
71!-- SVP1        constant for saturation vapor pressure (kPa)
72!-- SVP2        constant for saturation vapor pressure (dimensionless)
73!-- SVP3        constant for saturation vapor pressure (K)
74!-- SVPT0       constant for saturation vapor pressure (K)
75!-- EP1         constant for virtual temperature (R_v/R_d - 1) (dimensionless)
76!-- EP2         constant for specific humidity calculation
77!               (R_d/R_v) (dimensionless)
78!-- KARMAN      Von Karman constant
79!-- EOMEG       angular velocity of earth's rotation (rad/s)
80!-- STBOLT      Stefan-Boltzmann constant (W/m^2/K^4)
81!-- ids         start index for i in domain
82!-- ide         end index for i in domain
83!-- jds         start index for j in domain
84!-- jde         end index for j in domain
85!-- kds         start index for k in domain
86!-- kde         end index for k in domain
87!-- ims         start index for i in memory
88!-- ime         end index for i in memory
89!-- jms         start index for j in memory
90!-- jme         end index for j in memory
91!-- kms         start index for k in memory
92!-- kme         end index for k in memory
93!-- its         start index for i in tile
94!-- ite         end index for i in tile
95!-- jts         start index for j in tile
96!-- jte         end index for j in tile
97!-- kts         start index for k in tile
98!-- kte         end index for k in tile
99!-------------------------------------------------------------------
100      INTEGER,  INTENT(IN )   ::        ids,ide, jds,jde, kds,kde, &
101                                        ims,ime, jms,jme, kms,kme, &
102                                        its,ite, jts,jte, kts,kte
103!                                                               
104      INTEGER,  INTENT(IN )   ::        ISFFLX
105      REAL,     INTENT(IN )   ::        SVP1,SVP2,SVP3,SVPT0
106      REAL,     INTENT(IN )   ::        EP1,EP2,KARMAN,EOMEG,STBOLT
107!
108      REAL,     DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme )           , &
109                INTENT(IN   )   ::                           dz8w
110                                       
111      REAL,     DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme )           , &
112                INTENT(IN   )   ::                           QV3D, &
113                                                              P3D, &
114                                                              T3D
115
116      REAL,     DIMENSION( ims:ime, jms:jme )                    , &
117                INTENT(IN   )               ::             MAVAIL, &
118                                                             PBLH, &
119                                                            XLAND, &
120                                                              TSK
121      REAL,     DIMENSION( ims:ime, jms:jme )                    , &
122                INTENT(OUT  )               ::                U10, &
123                                                              V10, &
124                                                              TH2, &
125                                                               T2, &
126                                                               Q2, &
127                                                             QSFC
128
129      REAL,     DIMENSION( ims:ime, jms:jme )                    , &
130                INTENT(OUT)     ::              uratx,vratx,tratx
131!
132      REAL,     DIMENSION( ims:ime, jms:jme )                    , &
133                INTENT(INOUT)               ::             REGIME, &
134                                                              HFX, &
135                                                              QFX, &
136                                                               LH, &
137                                                          MOL,RMOL
138!m the following 5 are change to memory size
139!
140      REAL,     DIMENSION( ims:ime, jms:jme )                    , &
141                INTENT(INOUT)   ::                 GZ1OZ0,WSPD,BR, &
142                                                        PSIM,PSIH
143
144      REAL,     DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme )           , &
145                INTENT(IN   )   ::                            U3D, &
146                                                              V3D
147                                       
148      REAL,     DIMENSION( ims:ime, jms:jme )                    , &
149                INTENT(IN   )               ::               PSFC
150
151      REAL,     DIMENSION( ims:ime, jms:jme )                    , &
152                INTENT(INOUT)   ::                            ZNT, &
153                                                              ZOL, &
154                                                              UST, &
155                                                              CPM, &
156                                                             CHS2, &
157                                                             CQS2, &
158                                                              CHS
159
160      REAL,     DIMENSION( ims:ime, jms:jme )                    , &
161                INTENT(INOUT)   ::                      FLHC,FLQC
162
163      REAL,     DIMENSION( ims:ime, jms:jme )                    , &
164                INTENT(INOUT)   ::                                 &
165                                                              QGH
166
167
168                                   
169      REAL,     INTENT(IN   )               ::   CP,G,ROVCP,R,XLV,DX
170 
171! LOCAL VARS
172
173      REAL,     DIMENSION( its:ite ) ::                       U1D, &
174                                                              V1D, &
175                                                             QV1D, &
176                                                              P1D, &
177                                                              T1D
178
179      REAL,     DIMENSION( its:ite ) ::                    dz8w1d
180
181      INTEGER ::  I,J
182
183      DO J=jts,jte
184        DO i=its,ite
185          dz8w1d(I) = dz8w(i,1,j)
186        ENDDO
187   
188        DO i=its,ite
189           U1D(i) =U3D(i,1,j)
190           V1D(i) =V3D(i,1,j)
191           QV1D(i)=QV3D(i,1,j)
192           P1D(i) =P3D(i,1,j)
193           T1D(i) =T3D(i,1,j)
194        ENDDO
195
196        CALL SFCLAY1D(J,U1D,V1D,T1D,QV1D,P1D,dz8w1d,               &
197                CP,G,ROVCP,R,XLV,PSFC(ims,j),CHS(ims,j),CHS2(ims,j),&
198                CQS2(ims,j),CPM(ims,j),PBLH(ims,j), RMOL(ims,j),   &
199                ZNT(ims,j),UST(ims,j),MAVAIL(ims,j),ZOL(ims,j),    &
200                MOL(ims,j),REGIME(ims,j),PSIM(ims,j),PSIH(ims,j),  &
201                XLAND(ims,j),HFX(ims,j),QFX(ims,j),TSK(ims,j),     &
202                uratx(ims,j),vratx(ims,j),tratx(ims,j),            &
203                U10(ims,j),V10(ims,j),TH2(ims,j),T2(ims,j),        &
204                Q2(ims,j),FLHC(ims,j),FLQC(ims,j),QGH(ims,j),      &
205                QSFC(ims,j),LH(ims,j),                             &
206                GZ1OZ0(ims,j),WSPD(ims,j),BR(ims,j),ISFFLX,DX,     &
207                SVP1,SVP2,SVP3,SVPT0,EP1,EP2,KARMAN,EOMEG,STBOLT,  &
208                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                         &
209                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                         &
210                its,ite, jts,jte, kts,kte                          )
211      ENDDO
212
213
214   END SUBROUTINE SFCLAY
215
216
217!-------------------------------------------------------------------
218   SUBROUTINE SFCLAY1D(J,UX,VX,T1D,QV1D,P1D,dz8w1d,                &
219                     CP,G,ROVCP,R,XLV,PSFCPA,CHS,CHS2,CQS2,CPM,PBLH,RMOL, &
220                     ZNT,UST,MAVAIL,ZOL,MOL,REGIME,PSIM,PSIH,      &
221                     XLAND,HFX,QFX,TSK,                            &
222                     uratx,vratx,tratx,                            &
223                     U10,V10,TH2,T2,Q2,FLHC,FLQC,QGH,              &
224                     QSFC,LH,GZ1OZ0,WSPD,BR,ISFFLX,DX,             &
225                     SVP1,SVP2,SVP3,SVPT0,EP1,EP2,                 &
226                     KARMAN,EOMEG,STBOLT,                          &
227                     ids,ide, jds,jde, kds,kde,                    &
228                     ims,ime, jms,jme, kms,kme,                    &
229                     its,ite, jts,jte, kts,kte                     )
230!-------------------------------------------------------------------
231      IMPLICIT NONE
232!-------------------------------------------------------------------
233      REAL,     PARAMETER     ::        XKA=2.4E-5
234      REAL,     PARAMETER     ::        PRT=1.
235
236      INTEGER,  INTENT(IN )   ::        ids,ide, jds,jde, kds,kde, &
237                                        ims,ime, jms,jme, kms,kme, &
238                                        its,ite, jts,jte, kts,kte, &
239                                        J
240!                                                               
241      INTEGER,  INTENT(IN )   ::        ISFFLX
242      REAL,     INTENT(IN )   ::        SVP1,SVP2,SVP3,SVPT0
243      REAL,     INTENT(IN )   ::        EP1,EP2,KARMAN,EOMEG,STBOLT
244
245!
246      REAL,     DIMENSION( ims:ime )                             , &
247                INTENT(IN   )               ::             MAVAIL, &
248                                                             PBLH, &
249                                                            XLAND, &
250                                                              TSK
251!
252      REAL,     DIMENSION( ims:ime )                             , &
253                INTENT(IN   )               ::             PSFCPA
254
255      REAL,     DIMENSION( ims:ime )                             , &
256                INTENT(INOUT)               ::             REGIME, &
257                                                              HFX, &
258                                                              QFX, &
259                                                         MOL,RMOL
260!m the following 5 are changed to memory size---
261!
262      REAL,     DIMENSION( ims:ime )                             , &
263                INTENT(INOUT)   ::                 GZ1OZ0,WSPD,BR, &
264                                                        PSIM,PSIH
265
266      REAL,     DIMENSION( ims:ime )                             , &
267                INTENT(INOUT)   ::                            ZNT, &
268                                                              ZOL, &
269                                                              UST, &
270                                                              CPM, &
271                                                             CHS2, &
272                                                             CQS2, &
273                                                              CHS
274
275      REAL,     DIMENSION( ims:ime )                             , &
276                INTENT(INOUT)   ::                      FLHC,FLQC
277
278      REAL,     DIMENSION( ims:ime )                             , &
279                INTENT(INOUT)   ::                                 &
280                                                              QGH
281
282      REAL,     DIMENSION( ims:ime )                             , &
283                INTENT(OUT)     ::                        U10,V10, &
284                                                TH2,T2,Q2,QSFC,LH
285
286      REAL,     DIMENSION( ims:ime )                             , &
287                INTENT(OUT)     ::              uratx,vratx,tratx
288                                   
289      REAL,     INTENT(IN   )               ::   CP,G,ROVCP,R,XLV,DX
290
291! MODULE-LOCAL VARIABLES, DEFINED IN SUBROUTINE SFCLAY
292      REAL,     DIMENSION( its:ite ),  INTENT(IN   )   ::  dz8w1d
293
294      REAL,     DIMENSION( its:ite ),  INTENT(IN   )   ::      UX, &
295                                                               VX, &
296                                                             QV1D, &
297                                                              P1D, &
298                                                              T1D
299 
300! LOCAL VARS
301
302      REAL,     DIMENSION( its:ite )        ::                 ZA, &
303                                                        THVX,ZQKL, &
304                                                           ZQKLP1, &
305                                                           THX,QX, &
306                                                            PSIH2, &
307                                                            PSIM2, &
308                                                            PSIH10, &
309                                                            PSIM10, &
310                                                           GZ2OZ0, &
311                                                           GZ10OZ0
312!
313      REAL,     DIMENSION( its:ite )        ::                     &
314                                                      RHOX,GOVRTH, &
315                                                            TGDSA
316!
317      REAL,     DIMENSION( its:ite)         ::          SCR3,SCR4
318      REAL,     DIMENSION( its:ite )        ::         THGB, PSFC
319!
320      INTEGER                               ::                 KL
321
322      INTEGER ::  N,I,K,KK,L,NZOL,NK,NZOL2,NZOL10
323
324      REAL    ::  PL,THCON,TVCON,E1
325      REAL    ::  ZL,TSKV,DTHVDZ,DTHVM,VCONV,RZOL,RZOL2,RZOL10,ZOL2,ZOL10
326      REAL    ::  DTG,PSIX,USTM,DTTHX,PSIX10,PSIT,PSIT2,PSIQ,PSIQ2
327      REAL    ::  FLUXC,VSGD
328!-------------------------------------------------------------------
329      KL=kte
330
331      DO i=its,ite
332! PSFC cmb
333         PSFC(I)=PSFCPA(I)/1000.
334      ENDDO
335!                                                     
336!----CONVERT GROUND TEMPERATURE TO POTENTIAL TEMPERATURE: 
337!                                                           
338      DO 5 I=its,ite                                   
339        TGDSA(I)=TSK(I)                                   
340! PSFC cmb
341        THGB(I)=TSK(I)*(100./PSFC(I))**ROVCP               
342    5 CONTINUE                                               
343!                                                           
344!-----DECOUPLE FLUX-FORM VARIABLES TO GIVE U,V,T,THETA,THETA-VIR.,
345!     T-VIR., QV, AND QC AT CROSS POINTS AND AT KTAU-1. 
346!                                                                 
347!     *** NOTE ***                                           
348!         THE BOUNDARY WINDS MAY NOT BE ADEQUATELY AFFECTED BY FRICTION,         
349!         SO USE ONLY INTERIOR VALUES OF UX AND VX TO CALCULATE
350!         TENDENCIES.                             
351!                                                           
352   10 CONTINUE                                                     
353
354!     DO 24 I=its,ite
355!        UX(I)=U1D(I)
356!        VX(I)=V1D(I)
357!  24 CONTINUE                                             
358                                                             
359   26 CONTINUE                                               
360                                                   
361!.....SCR3(I,K) STORE TEMPERATURE,                           
362!     SCR4(I,K) STORE VIRTUAL TEMPERATURE.                                       
363                                                                                 
364      DO 30 I=its,ite
365! PL cmb
366         PL=P1D(I)/1000.
367         SCR3(I)=T1D(I)                                                   
368         THCON=(100./PL)**ROVCP                                                 
369         THX(I)=SCR3(I)*THCON                                               
370         SCR4(I)=SCR3(I)                                                   
371         THVX(I)=THX(I)                                                     
372         QX(I)=0.                                                             
373   30 CONTINUE                                                                 
374!                                                                               
375      DO I=its,ite
376         QGH(I)=0.                                                               
377         FLHC(I)=0.                                                               
378         FLQC(I)=0.                                                               
379         CPM(I)=CP                                                               
380      ENDDO
381!                                                                               
382!     IF(IDRY.EQ.1)GOTO 80                                                   
383      DO 50 I=its,ite
384         QX(I)=QV1D(I)                                                   
385         TVCON=(1.+EP1*QX(I))                                     
386         THVX(I)=THX(I)*TVCON                                               
387         SCR4(I)=SCR3(I)*TVCON                                             
388   50 CONTINUE                                                                 
389!                                                                               
390      DO 60 I=its,ite
391        E1=SVP1*EXP(SVP2*(TGDSA(I)-SVPT0)/(TGDSA(I)-SVP3))                       
392        QSFC(I)=EP2*E1/(PSFC(I)-E1)                                                 
393! QGH CHANGED TO USE LOWEST-LEVEL AIR TEMP CONSISTENT WITH MYJSFC CHANGE
394! Q2SAT = QGH IN LSM
395        E1=SVP1*EXP(SVP2*(T1D(I)-SVPT0)/(T1D(I)-SVP3))                       
396        QGH(I)=EP2*E1/(PSFC(I)-E1)                                                 
397        CPM(I)=CP*(1.+0.8*QX(I))                                   
398   60 CONTINUE                                                                   
399   80 CONTINUE
400                                                                                 
401!-----COMPUTE THE HEIGHT OF FULL- AND HALF-SIGMA LEVELS ABOVE GROUND             
402!     LEVEL, AND THE LAYER THICKNESSES.                                         
403                                                                                 
404      DO 90 I=its,ite
405        ZQKLP1(I)=0.
406        RHOX(I)=PSFC(I)*1000./(R*SCR4(I))                                       
407   90 CONTINUE                                                                   
408!                                                                               
409      DO 110 I=its,ite                                                   
410           ZQKL(I)=dz8w1d(I)+ZQKLP1(I)
411  110 CONTINUE                                                                 
412!                                                                               
413      DO 120 I=its,ite
414         ZA(I)=0.5*(ZQKL(I)+ZQKLP1(I))                                       
415  120 CONTINUE                                                                 
416!                                                                               
417      DO 160 I=its,ite
418        GOVRTH(I)=G/THX(I)                                                   
419  160 CONTINUE                                                                   
420                                                                                 
421!-----CALCULATE BULK RICHARDSON NO. OF SURFACE LAYER, ACCORDING TO               
422!     AKB(1976), EQ(12).                                                         
423                   
424      DO 260 I=its,ite
425        GZ1OZ0(I)=ALOG(ZA(I)/ZNT(I))                                       
426        GZ2OZ0(I)=ALOG(2./ZNT(I))                                       
427        GZ10OZ0(I)=ALOG(10./ZNT(I))                                       
428        IF((XLAND(I)-1.5).GE.0)THEN                                           
429          ZL=ZNT(I)                                                           
430        ELSE                                                                     
431          ZL=0.01                                                               
432        ENDIF                                                                   
433        WSPD(I)=SQRT(UX(I)*UX(I)+VX(I)*VX(I))                       
434
435        TSKV=THGB(I)*(1.+EP1*QSFC(I)*MAVAIL(I))                     
436        DTHVDZ=(THVX(I)-TSKV)                                                 
437!  Convective velocity scale Vc and subgrid-scale velocity Vsg
438!  following Beljaars (1995, QJRMS) and Mahrt and Sun (1995, MWR)
439!                                ... HONG Aug. 2001
440!
441!       VCONV = 0.25*sqrt(g/tskv*pblh(i)*dthvm)
442        fluxc = max(hfx(i)/rhox(i)/cp                    &
443              + ep1*tskv*qfx(i)/rhox(i),0.)
444        VCONV = vconvc*(g/tgdsa(i)*pblh(i)*fluxc)**.33
445!       IF(-DTHVDZ.GE.0)THEN
446!         DTHVM=-DTHVDZ
447!       ELSE
448!         DTHVM=0.
449!       ENDIF
450!       VCONV = max(vconv,VCONVC*SQRT(DTHVM))
451! VCONV comes from Beljaars only
452        VSGD = 0.32 * (max(dx/5000.-1.,0.))**.33
453        WSPD(I)=SQRT(WSPD(I)*WSPD(I)+VCONV*VCONV+vsgd*vsgd)
454        WSPD(I)=AMAX1(WSPD(I),0.1)
455        BR(I)=GOVRTH(I)*ZA(I)*DTHVDZ/(WSPD(I)*WSPD(I))                       
456!  IF PREVIOUSLY UNSTABLE, DO NOT LET INTO REGIMES 1 AND 2
457        IF(MOL(I).LT.0.)BR(I)=AMIN1(BR(I),0.0)
458!jdf
459        RMOL(I)=-GOVRTH(I)*DTHVDZ*ZA(I)*KARMAN
460!jdf
461
462  260 CONTINUE                                                                   
463
464!                                                                               
465!-----DIAGNOSE BASIC PARAMETERS FOR THE APPROPRIATED STABILITY CLASS:           
466!                                                                               
467!                                                                               
468!     THE STABILITY CLASSES ARE DETERMINED BY BR (BULK RICHARDSON NO.)           
469!     AND HOL (HEIGHT OF PBL/MONIN-OBUKHOV LENGTH).                             
470!                                                                               
471!     CRITERIA FOR THE CLASSES ARE AS FOLLOWS:                                   
472!                                                                               
473!        1. BR .GE. 0.2;                                                         
474!               REPRESENTS NIGHTTIME STABLE CONDITIONS (REGIME=1),               
475!                                                                               
476!        2. BR .LT. 0.2 .AND. BR .GT. 0.0;                                       
477!               REPRESENTS DAMPED MECHANICAL TURBULENT CONDITIONS               
478!               (REGIME=2),                                                     
479!                                                                               
480!        3. BR .EQ. 0.0                                                         
481!               REPRESENTS FORCED CONVECTION CONDITIONS (REGIME=3),             
482!                                                                               
483!        4. BR .LT. 0.0                                                         
484!               REPRESENTS FREE CONVECTION CONDITIONS (REGIME=4).               
485!                                                                               
486!CCCCC                                                                           
487
488      DO 320 I=its,ite
489!CCCCC                                                                           
490!CC     REMOVE REGIME 3 DEPENDENCE ON PBL HEIGHT                                 
491!CC          IF(BR(I).LT.0..AND.HOL(I,J).GT.1.5)GOTO 310                         
492        IF(BR(I).LT.0.)GOTO 310                                                 
493!                                                                               
494!-----CLASS 1; STABLE (NIGHTTIME) CONDITIONS:                                   
495!                                                                               
496        IF(BR(I).LT.0.2)GOTO 270                                                 
497        REGIME(I)=1.                                                           
498        PSIM(I)=-10.*GZ1OZ0(I)                                                   
499!    LOWER LIMIT ON PSI IN STABLE CONDITIONS                                     
500        PSIM(I)=AMAX1(PSIM(I),-10.)                                             
501        PSIH(I)=PSIM(I)                                                         
502        PSIM10(I)=10./ZA(I)*PSIM(I)
503        PSIM10(I)=AMAX1(PSIM10(I),-10.)                               
504        PSIH10(I)=PSIM10(I)                                         
505        PSIM2(I)=2./ZA(I)*PSIM(I)
506        PSIM2(I)=AMAX1(PSIM2(I),-10.)                             
507        PSIH2(I)=PSIM2(I)                                         
508
509!       1.0 over Monin-Obukhov length
510        IF(UST(I).LT.0.01)THEN
511           RMOL(I)=BR(I)*GZ1OZ0(I) !ZA/L
512        ELSE
513           RMOL(I)=KARMAN*GOVRTH(I)*ZA(I)*MOL(I)/(UST(I)*UST(I)) !ZA/L
514        ENDIF
515        RMOL(I)=AMIN1(RMOL(I),9.999) ! ZA/L
516        RMOL(I) = RMOL(I)/ZA(I) !1.0/L
517
518        GOTO 320                                                                 
519!                                                                               
520!-----CLASS 2; DAMPED MECHANICAL TURBULENCE:                                     
521!                                                                               
522  270   IF(BR(I).EQ.0.0)GOTO 280                                                 
523        REGIME(I)=2.                                                           
524        PSIM(I)=-5.0*BR(I)*GZ1OZ0(I)/(1.1-5.0*BR(I))                             
525!    LOWER LIMIT ON PSI IN STABLE CONDITIONS                                     
526        PSIM(I)=AMAX1(PSIM(I),-10.)                                             
527!.....AKB(1976), EQ(16).                                                         
528        PSIH(I)=PSIM(I)                                                         
529        PSIM10(I)=10./ZA(I)*PSIM(I)
530        PSIM10(I)=AMAX1(PSIM10(I),-10.)                               
531        PSIH10(I)=PSIM10(I)                                         
532        PSIM2(I)=2./ZA(I)*PSIM(I)
533        PSIM2(I)=AMAX1(PSIM2(I),-10.)                             
534        PSIH2(I)=PSIM2(I)                                         
535
536        ! Linear form: PSIM = -0.5*ZA/L; e.g, see eqn 16 of
537        ! Blackadar, Modeling the nocturnal boundary layer, Preprints,
538        ! Third Symposium on Atmospheric Turbulence Diffusion and Air Quality,
539        ! Raleigh, NC, 1976
540        ZOL(I) = BR(I)*GZ1OZ0(I)/(1.00001-5.0*BR(I))
541
542        if ( ZOL(I) .GT. 0.5 ) then ! linear form ok
543           ! Holtslag and de Bruin, J. App. Meteor 27, 689-704, 1988;
544           ! see also, Launiainen, Boundary-Layer Meteor 76,165-179, 1995
545           ! Eqn (8) of Launiainen, 1995
546           ZOL(I) = ( 1.89*GZ1OZ0(I) + 44.2 ) * BR(I)*BR(I)    &
547                + ( 1.18*GZ1OZ0(I) - 1.37 ) * BR(I)
548           ZOL(I)=AMIN1(ZOL(I),9.999)
549        end if
550
551        ! 1.0 over Monin-Obukhov length
552        RMOL(I)= ZOL(I)/ZA(I)
553
554        GOTO 320                                                                 
555!                                                                               
556!-----CLASS 3; FORCED CONVECTION:                                               
557!                                                                               
558  280   REGIME(I)=3.                                                           
559        PSIM(I)=0.0                                                             
560        PSIH(I)=PSIM(I)                                                         
561        PSIM10(I)=0.                                                   
562        PSIH10(I)=PSIM10(I)                                           
563        PSIM2(I)=0.                                                 
564        PSIH2(I)=PSIM2(I)                                           
565
566                                                                                 
567        IF(UST(I).LT.0.01)THEN                                                 
568          ZOL(I)=BR(I)*GZ1OZ0(I)                                               
569        ELSE                                                                     
570          ZOL(I)=KARMAN*GOVRTH(I)*ZA(I)*MOL(I)/(UST(I)*UST(I))
571        ENDIF                                                                   
572
573        RMOL(I) = ZOL(I)/ZA(I) 
574
575        GOTO 320                                                                 
576!                                                                               
577!-----CLASS 4; FREE CONVECTION:                                                 
578!                                                                               
579  310   CONTINUE                                                                 
580        REGIME(I)=4.                                                           
581        IF(UST(I).LT.0.01)THEN                                                 
582          ZOL(I)=BR(I)*GZ1OZ0(I)                                               
583        ELSE                                                                     
584          ZOL(I)=KARMAN*GOVRTH(I)*ZA(I)*MOL(I)/(UST(I)*UST(I))
585        ENDIF                                                                   
586        ZOL10=10./ZA(I)*ZOL(I)                                   
587        ZOL2=2./ZA(I)*ZOL(I)                                     
588        ZOL(I)=AMIN1(ZOL(I),0.)                                             
589        ZOL(I)=AMAX1(ZOL(I),-9.9999)                                         
590        ZOL10=AMIN1(ZOL10,0.)                                         
591        ZOL10=AMAX1(ZOL10,-9.9999)                                   
592        ZOL2=AMIN1(ZOL2,0.)                                         
593        ZOL2=AMAX1(ZOL2,-9.9999)                                   
594        NZOL=INT(-ZOL(I)*100.)                                                 
595        RZOL=-ZOL(I)*100.-NZOL                                                 
596        NZOL10=INT(-ZOL10*100.)                                       
597        RZOL10=-ZOL10*100.-NZOL10                                     
598        NZOL2=INT(-ZOL2*100.)                                       
599        RZOL2=-ZOL2*100.-NZOL2                                     
600        PSIM(I)=PSIMTB(NZOL)+RZOL*(PSIMTB(NZOL+1)-PSIMTB(NZOL))                 
601        PSIH(I)=PSIHTB(NZOL)+RZOL*(PSIHTB(NZOL+1)-PSIHTB(NZOL))                 
602        PSIM10(I)=PSIMTB(NZOL10)+RZOL10*(PSIMTB(NZOL10+1)-PSIMTB(NZOL10))                                                   
603        PSIH10(I)=PSIHTB(NZOL10)+RZOL10*(PSIHTB(NZOL10+1)-PSIHTB(NZOL10))
604        PSIM2(I)=PSIMTB(NZOL2)+RZOL2*(PSIMTB(NZOL2+1)-PSIMTB(NZOL2))   
605        PSIH2(I)=PSIHTB(NZOL2)+RZOL2*(PSIHTB(NZOL2+1)-PSIHTB(NZOL2))   
606
607!---LIMIT PSIH AND PSIM IN THE CASE OF THIN LAYERS AND HIGH ROUGHNESS           
608!---  THIS PREVENTS DENOMINATOR IN FLUXES FROM GETTING TOO SMALL                 
609!       PSIH(I)=AMIN1(PSIH(I),0.9*GZ1OZ0(I))                                     
610!       PSIM(I)=AMIN1(PSIM(I),0.9*GZ1OZ0(I))                                     
611        PSIH(I)=AMIN1(PSIH(I),0.9*GZ1OZ0(I))
612        PSIM(I)=AMIN1(PSIM(I),0.9*GZ1OZ0(I))
613        PSIH2(I)=AMIN1(PSIH2(I),0.9*GZ2OZ0(I))
614        PSIM10(I)=AMIN1(PSIM10(I),0.9*GZ10OZ0(I))
615
616        RMOL(I) = ZOL(I)/ZA(I) 
617
618  320 CONTINUE                                                                   
619!                                                                               
620!-----COMPUTE THE FRICTIONAL VELOCITY:                                           
621!     ZA(1982) EQS(2.60),(2.61).                                                 
622!                                                                               
623      DO 330 I=its,ite
624        DTG=THX(I)-THGB(I)                                                   
625        PSIX=GZ1OZ0(I)-PSIM(I)                                                   
626        PSIX10=GZ10OZ0(I)-PSIM10(I)
627!     LOWER LIMIT ADDED TO PREVENT LARGE FLHC IN SOIL MODEL
628!     ACTIVATES IN UNSTABLE CONDITIONS WITH THIN LAYERS OR HIGH Z0
629        PSIT=AMAX1(GZ1OZ0(I)-PSIH(I),2.)
630
631        IF((XLAND(I)-1.5).GE.0)THEN                                           
632          ZL=ZNT(I)                                                           
633        ELSE                                                                     
634          ZL=0.01                                                               
635        ENDIF                                                                   
636        PSIQ=ALOG(KARMAN*UST(I)*ZA(I)/XKA+ZA(I)/ZL)-PSIH(I)   
637        PSIT2=GZ2OZ0(I)-PSIH2(I)                                     
638        PSIQ2=ALOG(KARMAN*UST(I)*2./XKA+2./ZL)-PSIH2(I)                                   
639! TO PREVENT OSCILLATIONS AVERAGE WITH OLD VALUE
640        UST(I)=0.5*UST(I)+0.5*KARMAN*WSPD(I)/PSIX                                             
641        U10(I)=UX(I)*PSIX10/PSIX                                   
642        V10(I)=VX(I)*PSIX10/PSIX                                   
643        TH2(I)=THGB(I)+DTG*PSIT2/PSIT                               
644        Q2(I)=QSFC(I)+(QX(I)-QSFC(I))*PSIQ2/PSIQ                   
645        T2(I) = TH2(I)*(PSFC(I)/100.)**ROVCP                     
646!       LATER Q2 WILL BE OVERWRITTEN FOR LAND POINTS IN SURFCE     
647!       QA2(I,J) = Q2(I)                                         
648!       UA10(I,J) = U10(I)                                     
649!       VA10(I,J) = V10(I)                                     
650!       write(*,1002)UST(I),KARMAN*WSPD(I),PSIX,KARMAN*WSPD(I)/PSIX
651!                                                                               
652        IF(ABS(U10(I)) .GT. 1.E-10) THEN
653           uratx(I) = UX(I)/U10(I)
654        ELSE
655           uratx(I) = 1.2
656        END IF
657        IF(ABS(V10(I)) .GT. 1.E-10) THEN
658           vratx(I) = VX(I)/V10(I)
659        ELSE
660           vratx(I) = 1.2
661        END IF
662        tratx(I) = THX(I)/TH2(I)
663
664        USTM=AMAX1(UST(I),0.1)                                                 
665        IF((XLAND(I)-1.5).GE.0)THEN                                           
666          UST(I)=UST(I)                                                     
667        ELSE                                                                     
668          UST(I)=USTM                                                         
669        ENDIF                                                                   
670!       write(*,1002)UST(I),USTM,I,J
671 1002   format(f15.12,2x,f15.12,2x,f15.12,2x,f15.12,2x,f15.12)
672        MOL(I)=KARMAN*DTG/PSIT/PRT                             
673  330 CONTINUE                                                                   
674!                                                                               
675  335 CONTINUE                                                                   
676                                                                                 
677!-----COMPUTE THE SURFACE SENSIBLE AND LATENT HEAT FLUXES:                       
678                                                                                 
679      DO i=its,ite
680        QFX(i)=0.                                                             
681        HFX(i)=0.                                                             
682      ENDDO
683
684      IF (ISFFLX.EQ.0) GOTO 410                                               
685                                                                                 
686!-----OVER WATER, ALTER ROUGHNESS LENGTH (ZNT) ACCORDING TO WIND (UST).         
687                                                                                 
688      DO 360 I=its,ite
689        IF((XLAND(I)-1.5).GE.0)THEN                                           
690          ZNT(I)=CZO*UST(I)*UST(I)/G+OZO                                   
691        ENDIF                                                                   
692        IF((XLAND(I)-1.5).GE.0)THEN                                           
693          ZL=ZNT(I)                                                           
694        ELSE                                                                     
695          ZL=0.01                                                               
696        ENDIF                                                                   
697        FLQC(I)=RHOX(I)*MAVAIL(I)*UST(I)*KARMAN/(   &
698                ALOG(KARMAN*UST(I)*ZA(I)/XKA+ZA(I)/ZL)-PSIH(I))         
699        DTTHX=ABS(THX(I)-THGB(I))                                           
700        IF(DTTHX.GT.1.E-5)THEN                                                   
701          FLHC(I)=CPM(I)*RHOX(I)*UST(I)*MOL(I)/(THX(I)-THGB(I))         
702!         write(*,1001)FLHC(I),CPM(I),RHOX(I),UST(I),MOL(I),THX(I),THGB(I),I
703 1001   format(f8.5,2x,f12.7,2x,f12.10,2x,f12.10,2x,f13.10,2x,f12.8,f12.8,2x,i3)
704        ELSE                                                                     
705          FLHC(I)=0.                                                             
706        ENDIF                                                                   
707  360 CONTINUE                                                                   
708
709!                                                                               
710!-----COMPUTE SURFACE MOIST FLUX:                                               
711!                                                                               
712!     IF(IDRY.EQ.1)GOTO 390                                               
713!                                                                               
714      DO 370 I=its,ite
715        QFX(I)=FLQC(I)*(QSFC(I)-QX(I))                                     
716        QFX(I)=AMAX1(QFX(I),0.)                                           
717        LH(I)=XLV*QFX(I)
718  370 CONTINUE                                                                 
719                                                                               
720!-----COMPUTE SURFACE HEAT FLUX:                                                 
721!                                                                               
722  390 CONTINUE                                                                 
723      DO 400 I=its,ite
724        IF(XLAND(I)-1.5.GT.0.)THEN                                           
725          HFX(I)=FLHC(I)*(THGB(I)-THX(I))                               
726        ELSEIF(XLAND(I)-1.5.LT.0.)THEN                                       
727          HFX(I)=FLHC(I)*(THGB(I)-THX(I))                               
728          HFX(I)=AMAX1(HFX(I),-250.)                                       
729        ENDIF                                                                 
730  400 CONTINUE                                                                 
731         
732      DO I=its,ite
733         IF((XLAND(I)-1.5).GE.0)THEN
734           ZL=ZNT(I)
735         ELSE
736           ZL=0.01
737         ENDIF
738         CHS(I)=UST(I)*KARMAN/(ALOG(KARMAN*UST(I)*ZA(I) &
739                /XKA+ZA(I)/ZL)-PSIH(I))
740!        GZ2OZ0(I)=ALOG(2./ZNT(I))
741!        PSIM2(I)=-10.*GZ2OZ0(I)
742!        PSIM2(I)=AMAX1(PSIM2(I),-10.)
743!        PSIH2(I)=PSIM2(I)
744         CQS2(I)=UST(I)*KARMAN/(ALOG(KARMAN*UST(I)*2.0  &
745               /XKA+2.0/ZL)-PSIH2(I))
746         CHS2(I)=UST(I)*KARMAN/(GZ2OZ0(I)-PSIH2(I))
747      ENDDO
748                                                                       
749  410 CONTINUE                                                                   
750!jdf
751!     DO I=its,ite
752!       IF(UST(I).GE.0.1) THEN
753!         RMOL(I)=RMOL(I)*(-FLHC(I))/(UST(I)*UST(I)*UST(I))
754!       ELSE
755!         RMOL(I)=RMOL(I)*(-FLHC(I))/(0.1*0.1*0.1)
756!       ENDIF
757!     ENDDO
758!jdf
759
760!                                                                               
761   END SUBROUTINE SFCLAY1D
762
763!====================================================================
764   SUBROUTINE sfclayinit( allowed_to_read )         
765
766   LOGICAL , INTENT(IN)      ::      allowed_to_read
767   INTEGER                   ::      N
768   REAL                      ::      ZOLN,X,Y
769
770   DO N=0,1000
771      ZOLN=-FLOAT(N)*0.01
772      X=(1-16.*ZOLN)**0.25
773      PSIMTB(N)=2*ALOG(0.5*(1+X))+ALOG(0.5*(1+X*X))- &
774                2.*ATAN(X)+2.*ATAN(1.)
775      Y=(1-16*ZOLN)**0.5
776      PSIHTB(N)=2*ALOG(0.5*(1+Y))
777   ENDDO
778
779   END SUBROUTINE sfclayinit
780
781!-------------------------------------------------------------------         
782
783END MODULE module_sf_sfclay
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.