source: trunk/WRF.COMMON/WRFV3/phys/module_fddaobs_driver.F @ 2759

Last change on this file since 2759 was 2759, checked in by aslmd, 2 years ago

adding unmodified code from WRFV3.0.1.1, expurged from useless data +1M size

File size: 17.6 KB
Line 
1!WRF:MODEL_LAYER:PHYSICS
2MODULE module_fddaobs_driver
3
4! This obs-nudging FDDA module (RTFDDA) is developed by the
5! NCAR/RAL/NSAP (National Security Application Programs), under the
6! sponsorship of ATEC (Army Test and Evaluation Commands). ATEC is
7! acknowledged for releasing this capability for WRF community
8! research applications.
9!
10! The NCAR/RAL RTFDDA module was adapted, and significantly modified
11! from the obs-nudging module in the standard MM5V3.1 which was originally
12! developed by PSU (Stauffer and Seaman, 1994).
13!
14! Yubao Liu (NCAR/RAL): lead developer of the RTFDDA module
15! Al Bourgeois (NCAR/RAL): lead engineer implementing RTFDDA into WRF-ARW
16! Nov. 2006
17!
18! References:
19!   
20!   Liu, Y., A. Bourgeois, T. Warner, S. Swerdlin and J. Hacker, 2005: An
21!     implementation of obs-nudging-based FDDA into WRF for supporting
22!     ATEC test operations. 2005 WRF user workshop. Paper 10.7.
23!
24!   Liu, Y., A. Bourgeois, T. Warner, S. Swerdlin and W. Yu, 2006: An update
25!     on "obs-nudging"-based FDDA for WRF-ARW: Verification using OSSE
26!     and performance of real-time forecasts. 2006 WRF user workshop. Paper 4.7.
27
28!   
29!   Stauffer, D.R., and N.L. Seaman, 1994: Multi-scale four-dimensional data
30!     assimilation. J. Appl. Meteor., 33, 416-434.
31!
32!   http://www.rap.ucar.edu/projects/armyrange/references.html
33!
34 
35CONTAINS
36
37!-----------------------------------------------------------------------
38SUBROUTINE fddaobs_driver( inest, domid, parid, restart,         &
39               nudge_opt, iprt_errob, iprt_nudob,                &
40               fdasta, fdaend,                                   &
41               nudge_wind, nudge_temp, nudge_mois,               &
42               nudge_pstr,                                       &
43               coef_wind, coef_temp, coef_mois,                  &
44               coef_pstr, rinxy, rinsig,                         &
45               npfi, ionf, nobs_prt, idynin, dtramp,             &
46               xlatc_cg, xlonc_cg, true_lat1, true_lat2,         &
47               map_proj, i_parent_start, j_parent_start,         &
48               parent_grid_ratio, maxdom, itimestep,             &
49               dt, gmt, julday,                                  &
50#if ( EM_CORE == 1 )
51               fdob,                                             &
52#endif
53               max_obs, nobs_ndg_vars,    &
54               nobs_err_flds, nstat, varobs, errf, dx,           &
55               KPBL, HT, mut, muu, muv,                          &
56               msftx, msfty, msfux, msfuy, msfvx, msfvy, p_phy, t_tendf, t0,             &
57               ub, vb, tb, qvb, pbase, ptop, pp,                 &
58               uratx, vratx, tratx, ru_tendf, rv_tendf,          &
59               moist_tend, savwt,                                &
60               ids,ide, jds,jde, kds,kde,                        & ! domain dims
61               ims,ime, jms,jme, kms,kme,                        & ! memory dims
62               its,ite, jts,jte, kts,kte                         ) ! tile   dims
63
64!-----------------------------------------------------------------------
65  USE module_domain
66  USE module_bc
67  USE module_model_constants, ONLY : rovg, rcp
68  USE module_fddaobs_rtfdda
69
70! This driver calls subroutines for fdda obs-nudging and
71! returns computed tendencies
72
73!
74!-----------------------------------------------------------------------
75  IMPLICIT NONE
76!-----------------------------------------------------------------------
77! taken from MM5 code - 03 Feb 2004.
78!-----------------------------------------------------------------------
79
80!=======================================================================
81! Definitions
82!-----------
83!-- KPBL          vertical layer index for PBL top
84!-- HT            terrain height (m)
85!-- p_phy         pressure (Pa)
86!-- t_tendf       temperature tendency
87
88  INTEGER, intent(in)  :: ids,ide, jds,jde, kds,kde  ! domain dims.
89  INTEGER, intent(in)  :: ims,ime, jms,jme, kms,kme  ! memory dims.
90  INTEGER, intent(in)  :: its,ite, jts,jte, kts,kte  ! tile   dims.
91
92  INTEGER, intent(in)  :: inest
93  INTEGER, intent(in)  :: maxdom
94  INTEGER, intent(in)  :: domid(maxdom)           ! Domain IDs
95  INTEGER, intent(in)  :: parid(maxdom)           ! Parent domain IDs
96  LOGICAL, intent(in)  :: restart
97  INTEGER, intent(in)  :: itimestep
98  INTEGER, intent(in)  :: nudge_opt
99  LOGICAL, intent(in)  :: iprt_errob
100  LOGICAL, intent(in)  :: iprt_nudob
101  REAL, intent(in)     :: fdasta
102  REAL, intent(in)     :: fdaend
103  INTEGER, intent(in)  :: nudge_wind
104  INTEGER, intent(in)  :: nudge_temp
105  INTEGER, intent(in)  :: nudge_mois
106  INTEGER, intent(in)  :: nudge_pstr
107  REAL, intent(in) :: coef_wind
108  REAL, intent(in) :: coef_temp
109  REAL, intent(in) :: coef_mois
110  REAL, intent(in) :: coef_pstr
111  REAL, intent(inout)  :: rinxy
112  REAL, intent(inout)  :: rinsig
113  INTEGER, intent(in) :: npfi
114  INTEGER, intent(in) :: ionf
115  INTEGER, intent(in) :: nobs_prt      ! Number of current obs to print info.
116  INTEGER, intent(in) :: idynin
117  REAL, intent(inout) :: dtramp
118  REAL, intent(in) :: xlatc_cg         ! center latitude  of coarse grid
119  REAL, intent(in) :: xlonc_cg         ! center longitude of coarse grid
120  REAL, intent(in) :: true_lat1
121  REAL, intent(in) :: true_lat2
122  INTEGER, intent(in) :: map_proj
123  INTEGER, intent(in) :: i_parent_start(maxdom)
124  INTEGER, intent(in) :: j_parent_start(maxdom)
125  INTEGER, intent(in) :: parent_grid_ratio
126  REAL, intent(in)     :: dt
127  REAL, intent(in)     :: gmt
128  INTEGER, intent(in)  :: julday
129  INTEGER, intent(in)  :: max_obs         ! max number of observations
130  INTEGER, intent(in)  :: nobs_ndg_vars
131  INTEGER, intent(in)  :: nobs_err_flds
132  INTEGER, intent(in)  :: nstat
133  REAL, intent(inout)  :: varobs(nobs_ndg_vars, max_obs)
134  REAL, intent(inout)  :: errf(nobs_err_flds, max_obs)
135  REAL, intent(in)     :: dx           ! this-domain grid cell-size (m)
136  INTEGER, INTENT(IN) :: kpbl( ims:ime, jms:jme )
137  REAL, INTENT(IN) :: ht( ims:ime, jms:jme )
138  REAL, INTENT(IN) :: mut( ims:ime , jms:jme )   ! Air mass on t-grid
139  REAL, INTENT(IN) :: muu( ims:ime , jms:jme )   ! Air mass on u-grid
140  REAL, INTENT(IN) :: muv( ims:ime , jms:jme )   ! Air mass on v-grid
141  REAL, INTENT(IN) :: msftx( ims:ime , jms:jme )  ! Map scale on t-grid
142  REAL, INTENT(IN) :: msfty( ims:ime , jms:jme )  ! Map scale on t-grid
143  REAL, INTENT(IN) :: msfux( ims:ime , jms:jme )  ! Map scale on u-grid
144  REAL, INTENT(IN) :: msfuy( ims:ime , jms:jme )  ! Map scale on u-grid
145  REAL, INTENT(IN) :: msfvx( ims:ime , jms:jme )  ! Map scale on v-grid
146  REAL, INTENT(IN) :: msfvy( ims:ime , jms:jme )  ! Map scale on v-grid
147
148  REAL, INTENT(IN) :: p_phy( ims:ime, kms:kme, jms:jme )
149  REAL, INTENT(INOUT) :: t_tendf( ims:ime, kms:kme, jms:jme )
150  REAL, INTENT(IN) :: t0
151  REAL, INTENT(INOUT) :: savwt( nobs_ndg_vars, ims:ime, kms:kme, jms:jme )
152
153#if ( EM_CORE == 1 )
154  TYPE(fdob_type), intent(inout)  :: fdob
155#endif
156
157  REAL,   INTENT(IN) :: ub( ims:ime, kms:kme, jms:jme )
158  REAL,   INTENT(IN) :: vb( ims:ime, kms:kme, jms:jme )
159  REAL,   INTENT(IN) :: tb( ims:ime, kms:kme, jms:jme )
160  REAL,   INTENT(IN) :: qvb( ims:ime, kms:kme, jms:jme )
161  REAL,   INTENT(IN) :: pbase( ims:ime, kms:kme, jms:jme ) ! Base press. (Pa)
162  REAL,   INTENT(IN) :: ptop
163  REAL,   INTENT(IN) :: pp( ims:ime, kms:kme, jms:jme )  ! Press. pert. (Pa)
164  REAL,   INTENT(IN) :: uratx( ims:ime, jms:jme )     ! On mass points
165  REAL,   INTENT(IN) :: vratx( ims:ime, jms:jme )     !       "
166  REAL,   INTENT(IN) :: tratx( ims:ime, jms:jme )     !       "
167  REAL,   INTENT(INOUT) :: ru_tendf( ims:ime, kms:kme, jms:jme )
168  REAL,   INTENT(INOUT) :: rv_tendf( ims:ime, kms:kme, jms:jme )
169  REAL,   INTENT(INOUT) :: moist_tend( ims:ime, kms:kme, jms:jme )
170
171! Local variables
172  logical            :: nudge_flag   ! Flag for doing nudging
173  integer            :: KTAU         ! Forecast timestep
174  real               :: xtime        ! Forecast time in minutes
175  real               :: dtmin        ! dt in minutes
176  integer            :: i, j, k      ! Loop counters.
177  integer            :: idom         ! Loop counter.
178  integer            :: nsta         ! Number of observation stations
179  integer            :: infr         ! Frequency for obs input and error calc
180  integer            :: idarst       ! Flag for calling sub errob on restart
181  real               :: dtr          ! Abs value of dtramp (for dynamic init)
182  real               :: tconst       ! Reciprocal of dtr
183  integer :: KPBLJ(its:ite)          ! 1D temp array.
184#ifdef RAL
185  real    :: HTIJ(ids:ide, jds:jde) = 0.  ! Terrain ht on global grid.
186#endif
187
188#if ( EM_CORE == 1 )
189  nudge_flag = (nudge_opt  .eq. 1)
190
191  if (.not. nudge_flag) return
192
193!----------------------------------------------------------------------
194! ***************       BEGIN FDDA SETUP SECTION        ***************
195
196! Calculate forecast time.
197  dtmin = dt/60.     
198  xtime = dtmin*(itimestep-1)
199
200  ktau  = itimestep - 1        !ktau corresponds to xtime
201
202! DEFINE NSTA WHEN NOT NUDGING TO IND. OBS.
203! print *,'in fddaobs_driver, xtime=',xtime
204  IF(ktau.EQ.fdob%ktaur) THEN
205     IF (iprt_nudob) PRINT *,3333,fdob%domain_tot
206!    print *,'ktau,ktaur,inest=',ktau,fdob%ktaur,inest
2073333 FORMAT(1X,'IN fddaobs_driver: I4DITOT = ',I2)
208     nsta=0.
209  ELSE
210     nsta=fdob%nstat
211  ENDIF
212 
213  infr = ionf*(parent_grid_ratio**fdob%levidn(inest))
214  nsta=fdob%nstat
215  idarst = 0
216  IF(restart .AND. ktau.EQ.fdob%ktaur) idarst=1
217
218! COMPUTE ERROR BETWEEN OBSERVATIONS and MODEL
219  IF( nsta.GT.0 ) THEN
220    IF( MOD(ktau,infr).EQ.0 .OR. idarst.EQ.1) THEN
221
222        CALL ERROB(inest, ub, vb, tb, t0, qvb, pbase, pp, rcp,       &
223                   uratx, vratx, tratx,                              &
224                   nobs_ndg_vars, nobs_err_flds, max_obs, maxdom,    &
225                   fdob%levidn, parid, fdob%nstat, fdob%nstaw,       &
226                   nudge_wind, nudge_temp, nudge_mois, nudge_pstr,   &
227                   fdob%rio, fdob%rjo, fdob%rko, varobs, errf,       &
228                   i_parent_start, j_parent_start, ktau,             &
229                   parent_grid_ratio, npfi, nobs_prt, iprt_errob,    &
230                   ids,ide, jds,jde, kds,kde,                        &
231                   ims,ime, jms,jme, kms,kme,                        &
232                   its,ite, jts,jte, kts,kte)
233    ENDIF
234  ENDIF
235
236  fdob%tfaci=1.0
237  IF(idynin.EQ.1.AND.nudge_opt.EQ.1) THEN
238    dtr=ABS(dtramp)
239    tconst=1./dtr
240! FDAEND(IN) IS THE TIME IN MINUTES TO END THE DYNAMIC INITIALIZATION CY
241    IF(xtime.LT.fdaend-dtr)THEN
242      fdob%tfaci=1.
243    ELSEIF(xtime.GE.fdaend-dtr.AND.xtime.LE.fdaend) THEN
244      fdob%tfaci=(fdaend-xtime)*tconst
245    ELSE
246      fdob%tfaci=0.0
247    ENDIF
248    IF(ktau.EQ.fdob%ktaur.OR.MOD(ktau,10).EQ.0) THEN
249      IF (iprt_nudob)                                                  &
250         PRINT*,' DYNINOBS: IN,KTAU,XTIME,FDAEND,DTRAMP,DTR,TCONST',   &
251         ',TFACI: ',INEST,KTAU,XTIME,FDAEND,DTRAMP,DTR,TCONST,         &
252         fdob%TFACI
253    ENDIF
254  ENDIF
255
256#ifdef RAL
257! MEIXU: collect terrain array HT into a global array HTIJ
258  CALL loc2glob(HT, HTIJ, "2D", "REAL",                  &
259                ids,ide, jds,jde, kds,kde,               &
260                ims,ime, jms,jme, kms,kme )
261! MEIXU end
262#endif
263!
264! ***************        END FDDA SETUP SECTION         ***************
265!----------------------------------------------------------------------
266
267!----------------------------------------------------------------------
268! ***************         BEGIN NUDGING SECTION         ***************
269
270  DO J = jts, jte
271!
272! IF NUDGING SURFACE WINDS IN THE BOUNDARY LAYER, IF IWINDS(INEST+2)=1
273! USE A SIMILARITY CORRECTION BASED ON ROUGHNESS TO APPLY 10M
274! WIND TO THE SURFACE LAYER (K=KL) AT 40M.  TO DO THIS WE MUST
275! STORE ROUGHNESS AND REGIME FOR EACH J SLICE AFTER THE CALL TO
276! HIRPBL FOR LATER USE IN BLNUDGD.
277!
278     DO I=its,ite
279       KPBLJ(I)=KPBL(I,J)
280     ENDDO
281!
282!--- OBS NUDGING FOR TEMP AND MOISTURE
283!
284     NSTA=NSTAT
285     IF(J .GT. 2 .and. J .LT.fdob%sn_end) THEN
286       IF(nudge_temp.EQ.1 .AND. NSTA.GT.0)  &
287       THEN
288!         write(6,*) 'calling nudob: IVAR=3, J = ',j
289          CALL NUDOB(J, 3, t_tendf(ims,kms,j),                       &
290                  inest, restart, ktau, fdob%ktaur, xtime,           &
291                  mut(ims,j), msftx(ims,j), msfty(ims,j),            &
292                  nobs_ndg_vars, nobs_err_flds, max_obs, maxdom,     &
293                  npfi, ionf, rinxy, fdob%window,                    &
294                  fdob%levidn,                                       &
295                  parid, nstat, i_parent_start, j_parent_start,      &
296                  fdob, fdob%lev_in_ob, fdob%plfo, fdob%nlevs_ob,    &
297                  parent_grid_ratio, dx, dtmin, fdob%rio, fdob%rjo,  &
298                  fdob%rko, fdob%timeob, varobs, errf,               &
299                  pbase(ims,kms,j), ptop, pp(ims,kms,j),             &
300                  nudge_wind, nudge_temp, nudge_mois,                &
301                  coef_wind, coef_temp, coef_mois,                   &
302                  savwt(1,ims,kms,j), kpblj, 0,                      &
303                  iprt_nudob,                                        &
304                  ids,ide, jds,jde, kds,kde,                         & ! domain dims
305                  ims,ime, jms,jme, kms,kme,                         & ! memory dims
306                  its,ite, jts,jte, kts,kte         )                  ! tile   dims
307!         write(6,*) 'return from nudob: IVAR=3, J = ',j
308       ENDIF
309
310       IF(nudge_mois.EQ.1 .AND. NSTA.GT.0)  &
311       THEN
312!         write(6,*) 'calling nudob: IVAR=4, J = ',j
313          CALL NUDOB(J, 4, moist_tend(ims,kms,j),                    &
314                  inest, restart, ktau, fdob%ktaur, xtime,           &
315                  mut(ims,j), msftx(ims,j), msfty(ims,j),            &
316                  nobs_ndg_vars, nobs_err_flds, max_obs, maxdom,     &
317                  npfi, ionf, rinxy, fdob%window,                    &
318                  fdob%levidn,                                       &
319                  parid, nstat, i_parent_start, j_parent_start,      &
320                  fdob, fdob%lev_in_ob, fdob%plfo, fdob%nlevs_ob,    &
321                  parent_grid_ratio, dx, dtmin, fdob%rio, fdob%rjo,  &
322                  fdob%rko, fdob%timeob, varobs, errf,               &
323                  pbase(ims,kms,j), ptop, pp(ims,kms,j),             &
324                  nudge_wind, nudge_temp, nudge_mois,                &
325                  coef_wind, coef_temp, coef_mois,                   &
326                  savwt(1,ims,kms,j), kpblj, 0,                      &
327                  iprt_nudob,                                        &
328                  ids,ide, jds,jde, kds,kde,                         & ! domain dims
329                  ims,ime, jms,jme, kms,kme,                         & ! memory dims
330                  its,ite, jts,jte, kts,kte         )                  ! tile   dims
331!         write(6,*) 'return from nudob: IVAR=4, J = ',j
332       ENDIF
333     ENDIF
334
335     IF(nudge_wind.EQ.1 .AND. NSTA.GT.0)    &
336     THEN
337!       write(6,*) 'calling nudob: IVAR=1, J = ',j
338        CALL NUDOB(J, 1, ru_tendf(ims,kms,j),                        &
339                inest, restart, ktau, fdob%ktaur, xtime,             &
340                muu(ims,j), msfux(ims,j), msfuy(ims,j),              &
341                nobs_ndg_vars, nobs_err_flds, max_obs, maxdom,       &
342                npfi, ionf, rinxy, fdob%window,                      &
343                fdob%levidn,                                         &
344                parid, nstat, i_parent_start, j_parent_start,        &
345                fdob, fdob%lev_in_ob, fdob%plfo, fdob%nlevs_ob,      &
346                parent_grid_ratio, dx, dtmin, fdob%rio, fdob%rjo,    &
347                fdob%rko, fdob%timeob, varobs, errf,                 &
348                pbase(ims,kms,j), ptop, pp(ims,kms,j),               &
349                nudge_wind, nudge_temp, nudge_mois,                  &
350                coef_wind, coef_temp, coef_mois,                     &
351                savwt(1,ims,kms,j), kpblj, 0,                        &
352                iprt_nudob,                                          &
353                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                           & ! domain dims
354                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                           & ! memory dims
355                its,ite, jts,jte, kts,kte         )                    ! tile   dims
356!       write(6,*) 'return from nudob: IVAR=1, J = ',j
357
358!       write(6,*) 'calling nudob: IVAR=2, J = ',j
359        CALL NUDOB(J, 2, rv_tendf(ims,kms,j),                        &
360                inest, restart, ktau, fdob%ktaur, xtime,             &
361                muv(ims,j), msfvx(ims,j), msfvy(ims,j),              &
362                nobs_ndg_vars, nobs_err_flds, max_obs, maxdom,       &
363                npfi, ionf, rinxy, fdob%window,                      &
364                fdob%levidn,                                         &
365                parid, nstat, i_parent_start, j_parent_start,        &
366                fdob, fdob%lev_in_ob, fdob%plfo, fdob%nlevs_ob,      &
367                parent_grid_ratio, dx, dtmin, fdob%rio, fdob%rjo,    &
368                fdob%rko, fdob%timeob, varobs, errf,                 &
369                pbase(ims,kms,j), ptop, pp(ims,kms,j),               &
370                nudge_wind, nudge_temp, nudge_mois,                  &
371                coef_wind, coef_temp, coef_mois,                     &
372                savwt(1,ims,kms,j), kpblj, 0,                        &
373                iprt_nudob,                                          &
374                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                           & ! domain dims
375                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                           & ! memory dims
376                its,ite, jts,jte, kts,kte         )                    ! tile   dims
377!       write(6,*) 'return from nudob: IVAR=2, J = ',j
378     ENDIF
379  ENDDO
380!
381! --- END OF 4DDA
382!
383  RETURN
384#endif
385  END SUBROUTINE fddaobs_driver
386
387END MODULE module_fddaobs_driver
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.