source: trunk/WRF.COMMON/WRFV3/phys/module_mp_wsm5.F @ 3431

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

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Line 
1#if ( RWORDSIZE == 4 )
2#  define VREC vsrec
3#  define VSQRT vssqrt
4#else
5#  define VREC vrec
6#  define VSQRT vsqrt
7#endif
8
9!Including inline expansion statistical function
10MODULE module_mp_wsm5
11!
12!
13   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: dtcldcr     = 120.
14   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: n0r = 8.e6
15   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: avtr = 841.9
16   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: bvtr = 0.8
17   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: r0 = .8e-5 ! 8 microm  in contrast to 10 micro m
18   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: peaut = .55   ! collection efficiency
19   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: xncr = 3.e8   ! maritime cloud in contrast to 3.e8 in tc80
20   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: xmyu = 1.718e-5 ! the dynamic viscosity kgm-1s-1
21   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: avts = 11.72
22   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: bvts = .41
23   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: n0smax =  1.e11 ! t=-90C unlimited
24   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: lamdarmax = 8.e4
25   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: lamdasmax = 1.e5
26   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: lamdagmax = 6.e4
27   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: betai = .6
28   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: xn0 = 1.e-2
29   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: dicon = 11.9
30   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: di0 = 12.9e-6
31   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: dimax = 500.e-6
32   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: n0s = 2.e6             ! temperature dependent n0s
33   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: alpha = .12        ! .122 exponen factor for n0s
34   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: pfrz1 = 100.
35   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: pfrz2 = 0.66
36   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: qcrmin = 1.e-9
37   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: t40c = 233.16
38   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: eacrc = 1.0
39   REAL, SAVE ::                                     &
40             qc0, qck1,bvtr1,bvtr2,bvtr3,bvtr4,g1pbr,&
41             g3pbr,g4pbr,g5pbro2,pvtr,eacrr,pacrr,   &
42             precr1,precr2,xm0,xmmax,roqimax,bvts1,  &
43             bvts2,bvts3,bvts4,g1pbs,g3pbs,g4pbs,    &
44             g5pbso2,pvts,pacrs,precs1,precs2,pidn0r,&
45             pidn0s,xlv1,pacrc,                      &
46             rslopermax,rslopesmax,rslopegmax,       &
47             rsloperbmax,rslopesbmax,rslopegbmax,    &
48             rsloper2max,rslopes2max,rslopeg2max,    &
49             rsloper3max,rslopes3max,rslopeg3max
50!
51! Specifies code-inlining of fpvs function in WSM52D below. JM 20040507
52!
53CONTAINS
54!===================================================================
55!
56  SUBROUTINE wsm5(th, q, qc, qr, qi, qs                            &
57                 ,den, pii, p, delz                                &
58                 ,delt,g, cpd, cpv, rd, rv, t0c                    &
59                 ,ep1, ep2, qmin                                   &
60                 ,XLS, XLV0, XLF0, den0, denr                      &
61                 ,cliq,cice,psat                                   &
62                 ,rain, rainncv                                    &
63                 ,snow, snowncv                                    &
64                 ,sr                                               &
65                 ,ids,ide, jds,jde, kds,kde                        &
66                 ,ims,ime, jms,jme, kms,kme                        &
67                 ,its,ite, jts,jte, kts,kte                        &
68                                                                   )
69!-------------------------------------------------------------------
70  IMPLICIT NONE
71!-------------------------------------------------------------------
72!
73!  This code is a 5-class mixed ice microphyiscs scheme (WSM5) of the WRF
74!  Single-Moment MicroPhyiscs (WSMMP). The WSMMP assumes that ice nuclei
75!  number concentration is a function of temperature, and seperate assumption
76!  is developed, in which ice crystal number concentration is a function
77!  of ice amount. A theoretical background of the ice-microphysics and related
78!  processes in the WSMMPs are described in Hong et al. (2004).
79!  Production terms in the WSM6 scheme are described in Hong and Lim (2006).
80!  All units are in m.k.s. and source/sink terms in kgkg-1s-1.
81!
82!  WSM5 cloud scheme
83!
84!  Coded by Song-You Hong (Yonsei Univ.)
85!             Jimy Dudhia (NCAR) and Shu-Hua Chen (UC Davis)
86!             Summer 2002
87!
88!  Implemented by Song-You Hong (Yonsei Univ.) and Jimy Dudhia (NCAR)
89!             Summer 2003
90!
91!  Reference) Hong, Dudhia, Chen (HDC, 2004) Mon. Wea. Rev.
92!             Rutledge, Hobbs (RH83, 1983) J. Atmos. Sci.
93!             Hong and Lim (HL, 2006) J. Korean Meteor. Soc.
94!
95  INTEGER,      INTENT(IN   )    ::   ids,ide, jds,jde, kds,kde , &
96                                      ims,ime, jms,jme, kms,kme , &
97                                      its,ite, jts,jte, kts,kte
98  REAL, DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme ),                 &
99        INTENT(INOUT) ::                                          &
100                                                             th,  &
101                                                              q,  &
102                                                              qc, &
103                                                              qi, &
104                                                              qr, &
105                                                              qs
106  REAL, DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme ),                 &
107        INTENT(IN   ) ::                                          &
108                                                             den, &
109                                                             pii, &
110                                                               p, &
111                                                            delz
112  REAL, INTENT(IN   ) ::                                    delt, &
113                                                               g, &
114                                                              rd, &
115                                                              rv, &
116                                                             t0c, &
117                                                            den0, &
118                                                             cpd, &
119                                                             cpv, &
120                                                             ep1, &
121                                                             ep2, &
122                                                            qmin, &
123                                                             XLS, &
124                                                            XLV0, &
125                                                            XLF0, &
126                                                            cliq, &
127                                                            cice, &
128                                                            psat, &
129                                                            denr
130  REAL, DIMENSION( ims:ime , jms:jme ),                           &
131        INTENT(INOUT) ::                                    rain, &
132                                                         rainncv, &
133                                                              sr
134
135  REAL, DIMENSION( ims:ime , jms:jme ), OPTIONAL,                &
136        INTENT(INOUT) ::                                    snow, &
137                                                         snowncv
138
139! LOCAL VAR
140  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ) ::   t
141  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte, 2 ) ::   qci, qrs
142  CHARACTER*256 :: emess
143  INTEGER :: mkx_test
144  INTEGER ::               i,j,k
145
146!-------------------------------------------------------------------
147
148#ifndef RUN_ON_GPU
149      DO j=jts,jte
150         DO k=kts,kte
151         DO i=its,ite
152            t(i,k)=th(i,k,j)*pii(i,k,j)
153            qci(i,k,1) = qc(i,k,j)
154            qci(i,k,2) = qi(i,k,j)
155            qrs(i,k,1) = qr(i,k,j)
156            qrs(i,k,2) = qs(i,k,j)
157         ENDDO
158         ENDDO
159
160         !  Sending array starting locations of optional variables may cause
161         !  troubles, so we explicitly change the call.
162
163         CALL wsm52D(t, q(ims,kms,j), qci, qrs                     &
164                    ,den(ims,kms,j)                                &
165                    ,p(ims,kms,j), delz(ims,kms,j)                 &
166                    ,delt,g, cpd, cpv, rd, rv, t0c                 &
167                    ,ep1, ep2, qmin                                &
168                    ,XLS, XLV0, XLF0, den0, denr                   &
169                    ,cliq,cice,psat                                &
170                    ,j                                             &
171                    ,rain(ims,j),rainncv(ims,j)                    &
172                    ,sr(ims,j)                                     &
173                    ,ids,ide, jds,jde, kds,kde                     &
174                    ,ims,ime, jms,jme, kms,kme                     &
175                    ,its,ite, jts,jte, kts,kte                     &
176#if ( EM_CORE == 1 )
177                    ,snow(ims,j),snowncv(ims,j)                    &
178#endif
179                                                                   )
180
181         DO K=kts,kte
182         DO I=its,ite
183            th(i,k,j)=t(i,k)/pii(i,k,j)
184            qc(i,k,j) = qci(i,k,1)
185            qi(i,k,j) = qci(i,k,2)
186            qr(i,k,j) = qrs(i,k,1)
187            qs(i,k,j) = qrs(i,k,2)
188         ENDDO
189         ENDDO
190      ENDDO
191#else
192      CALL get_wsm5_gpu_levels ( mkx_test )
193      IF ( mkx_test .LT. kte ) THEN
194        WRITE(emess,*)'Number of levels compiled for GPU WSM5 too small. ',&
195                      mkx_test,' < ',kte
196        CALL wrf_error_fatal(emess)
197      ENDIF
198      CALL wsm5_host (                                 &
199                    th(its:ite,kts:kte,jts:jte), pii(its:ite,kts:kte,jts:jte)    &
200                   ,q(its:ite,kts:kte,jts:jte), qc(its:ite,kts:kte,jts:jte)      &
201                   ,qi(its:ite,kts:kte,jts:jte), qr(its:ite,kts:kte,jts:jte)     &
202                   ,qs(its:ite,kts:kte,jts:jte), den(its:ite,kts:kte,jts:jte)    &
203                   ,p(its:ite,kts:kte,jts:jte), delz(its:ite,kts:kte,jts:jte)    &
204                   ,delt                                                         &
205                   ,rain(its:ite,jts:jte),rainncv(its:ite,jts:jte)               &
206                   ,sr(its:ite,jts:jte)                                          &
207                   ,snow(its:ite,jts:jte),snowncv(its:ite,jts:jte)               &
208                   ,its, ite,  jts, jte,  kts, kte     &
209                   ,its, ite,  jts, jte,  kts, kte     &
210                   ,its, ite,  jts, jte,  kts, kte     &
211          )
212#endif
213
214  END SUBROUTINE wsm5
215!===================================================================
216!
217  SUBROUTINE wsm52D(t, q, qci, qrs, den, p, delz                   &
218                   ,delt,g, cpd, cpv, rd, rv, t0c                  &
219                   ,ep1, ep2, qmin                                 &
220                   ,XLS, XLV0, XLF0, den0, denr                    &
221                   ,cliq,cice,psat                                 &
222                   ,lat                                            &
223                   ,rain,rainncv                                   &
224                   ,sr                                             &
225                   ,ids,ide, jds,jde, kds,kde                      &
226                   ,ims,ime, jms,jme, kms,kme                      &
227                   ,its,ite, jts,jte, kts,kte                      &
228                   ,snow,snowncv                                   &
229                                                                   )
230!-------------------------------------------------------------------
231  IMPLICIT NONE
232!-------------------------------------------------------------------
233  INTEGER,      INTENT(IN   )    ::   ids,ide, jds,jde, kds,kde , &
234                                      ims,ime, jms,jme, kms,kme , &
235                                      its,ite, jts,jte, kts,kte,  &
236                                      lat
237  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ),                           &
238        INTENT(INOUT) ::                                          &
239                                                               t
240  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte, 2 ),                        &
241        INTENT(INOUT) ::                                          &
242                                                             qci, &
243                                                             qrs
244  REAL, DIMENSION( ims:ime , kms:kme ),                           &
245        INTENT(INOUT) ::                                          &
246                                                               q
247  REAL, DIMENSION( ims:ime , kms:kme ),                           &
248        INTENT(IN   ) ::                                          &
249                                                             den, &
250                                                               p, &
251                                                            delz
252  REAL, INTENT(IN   ) ::                                    delt, &
253                                                               g, &
254                                                             cpd, &
255                                                             cpv, &
256                                                             t0c, &
257                                                            den0, &
258                                                              rd, &
259                                                              rv, &
260                                                             ep1, &
261                                                             ep2, &
262                                                            qmin, &
263                                                             XLS, &
264                                                            XLV0, &
265                                                            XLF0, &
266                                                            cliq, &
267                                                            cice, &
268                                                            psat, &
269                                                            denr
270  REAL, DIMENSION( ims:ime ),                                     &
271        INTENT(INOUT) ::                                    rain, &
272                                                         rainncv, &
273                                                              sr
274
275  REAL, DIMENSION( ims:ime ),     OPTIONAL,                       &
276        INTENT(INOUT) ::                                    snow, &
277                                                         snowncv
278
279! LOCAL VAR
280  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte , 2) ::                      &
281        rh, qs, rslope, rslope2, rslope3, rslopeb,                &
282        falk, fall, work1
283  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ) ::                         &
284              falkc, work1c, work2c, fallc
285  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ) ::                         &
286        praut, psaut, prevp, psdep, pracw, psaci, psacw,          & 
287        pigen, pidep, pcond, xl, cpm, work2, psmlt, psevp, denfac, xni,&
288        n0sfac
289#define WSM_NO_CONDITIONAL_IN_VECTOR
290#ifdef WSM_NO_CONDITIONAL_IN_VECTOR
291  REAL, DIMENSION(its:ite) :: xal, xbl
292#endif
293
294! variables for optimization
295  REAL, DIMENSION( its:ite )           :: tvec1
296  INTEGER, DIMENSION( its:ite ) :: mstep, numdt
297  REAL, DIMENSION(its:ite) :: rmstep
298  REAL dtcldden, rdelz, rdtcld
299  LOGICAL, DIMENSION( its:ite ) :: flgcld
300  REAL  ::  pi,                                                   &
301            cpmcal, xlcal, lamdar, lamdas, diffus,                &
302            viscos, xka, venfac, conden, diffac,                  &
303            x, y, z, a, b, c, d, e,                               &
304            qdt, holdrr, holdrs, supcol, pvt,                     &
305            coeres, supsat, dtcld, xmi, eacrs, satdt,             &
306            vt2i,vt2s,acrfac,                                     &
307            qimax, diameter, xni0, roqi0,                         &
308            fallsum, fallsum_qsi, xlwork2, factor, source,        &
309            value, xlf, pfrzdtc, pfrzdtr, supice
310  REAL :: temp
311  REAL  :: holdc, holdci
312  INTEGER :: i, j, k, mstepmax,                                   &
313            iprt, latd, lond, loop, loops, ifsat, n
314! Temporaries used for inlining fpvs function
315  REAL  :: dldti, xb, xai, tr, xbi, xa, hvap, cvap, hsub, dldt, ttp
316  REAL  :: logtr
317!
318!=================================================================
319!   compute internal functions
320!
321      cpmcal(x) = cpd*(1.-max(x,qmin))+max(x,qmin)*cpv
322      xlcal(x) = xlv0-xlv1*(x-t0c)
323!----------------------------------------------------------------
324!     size distributions: (x=mixing ratio, y=air density):
325!     valid for mixing ratio > 1.e-9 kg/kg.
326!
327! Optimizatin : A**B => exp(log(A)*(B))
328      lamdar(x,y)=   sqrt(sqrt(pidn0r/(x*y)))      ! (pidn0r/(x*y))**.25
329      lamdas(x,y,z)= sqrt(sqrt(pidn0s*z/(x*y)))    ! (pidn0s*z/(x*y))**.25
330!
331!----------------------------------------------------------------
332!     diffus: diffusion coefficient of the water vapor
333!     viscos: kinematic viscosity(m2s-1)
334!     diffus(x,y) = 8.794e-5 * exp(log(x)*(1.81)) / y        ! 8.794e-5*x**1.81/y
335!     viscos(x,y) = 1.496e-6 * (x*sqrt(x)) /(x+120.)/y  ! 1.496e-6*x**1.5/(x+120.)/y
336!     xka(x,y) = 1.414e3*viscos(x,y)*y
337!     diffac(a,b,c,d,e) = d*a*a/(xka(c,d)*rv*c*c)+1./(e*diffus(c,b))
338!     venfac(a,b,c) = exp(log((viscos(b,c)/diffus(b,a)))*((.3333333)))    &
339!                    /sqrt(viscos(b,c))*sqrt(sqrt(den0/c))
340!     conden(a,b,c,d,e) = (max(b,qmin)-c)/(1.+d*d/(rv*e)*c/(a*a))
341!
342!
343      pi = 4. * atan(1.)
344!
345!----------------------------------------------------------------
346!     paddint 0 for negative values generated by dynamics
347!
348      do k = kts, kte
349        do i = its, ite
350          qci(i,k,1) = max(qci(i,k,1),0.0)
351          qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1),0.0)
352          qci(i,k,2) = max(qci(i,k,2),0.0)
353          qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2),0.0)
354        enddo
355      enddo
356!
357!----------------------------------------------------------------
358!     latent heat for phase changes and heat capacity. neglect the
359!     changes during microphysical process calculation
360!     emanuel(1994)
361!
362      do k = kts, kte
363        do i = its, ite
364          cpm(i,k) = cpmcal(q(i,k))
365          xl(i,k) = xlcal(t(i,k))
366        enddo
367      enddo
368!
369!----------------------------------------------------------------
370!     compute the minor time steps.
371!
372      loops = max(nint(delt/dtcldcr),1)
373      dtcld = delt/loops
374      if(delt.le.dtcldcr) dtcld = delt
375!
376      do loop = 1,loops
377!
378!----------------------------------------------------------------
379!     initialize the large scale variables
380!
381      do i = its, ite
382        mstep(i) = 1
383        flgcld(i) = .true.
384      enddo
385!
386!     do k = kts, kte
387!       do i = its, ite
388!         denfac(i,k) = sqrt(den0/den(i,k))
389!       enddo
390!     enddo
391      do k = kts, kte
392        CALL VREC( tvec1(its), den(its,k), ite-its+1)
393        do i = its, ite
394          tvec1(i) = tvec1(i)*den0
395        enddo
396        CALL VSQRT( denfac(its,k), tvec1(its), ite-its+1)
397      enddo
398!
399! Inline expansion for fpvs
400!         qs(i,k,1) = fpvs(t(i,k),0,rd,rv,cpv,cliq,cice,xlv0,xls,psat,t0c)
401!         qs(i,k,2) = fpvs(t(i,k),1,rd,rv,cpv,cliq,cice,xlv0,xls,psat,t0c)
402      hsub = xls
403      hvap = xlv0
404      cvap = cpv
405      ttp=t0c+0.01
406      dldt=cvap-cliq
407      xa=-dldt/rv
408      xb=xa+hvap/(rv*ttp)
409      dldti=cvap-cice
410      xai=-dldti/rv
411      xbi=xai+hsub/(rv*ttp)
412
413! this is for compilers where the conditional inhibits vectorization
414#ifdef WSM_NO_CONDITIONAL_IN_VECTOR
415      do k = kts, kte
416        do i = its, ite
417          if(t(i,k).lt.ttp) then
418            xal(i) = xai
419            xbl(i) = xbi
420          else
421            xal(i) = xa
422            xbl(i) = xb
423          endif
424        enddo
425        do i = its, ite
426          tr=ttp/t(i,k)
427          logtr=log(tr)
428          qs(i,k,1)=psat*exp(logtr*(xa)+xb*(1.-tr))
429          qs(i,k,1) = ep2 * qs(i,k,1) / (p(i,k) - qs(i,k,1))
430          qs(i,k,1) = max(qs(i,k,1),qmin)
431          rh(i,k,1) = max(q(i,k) / qs(i,k,1),qmin)
432          qs(i,k,2)=psat*exp(logtr*(xal(i))+xbl(i)*(1.-tr))
433          qs(i,k,2) = ep2 * qs(i,k,2) / (p(i,k) - qs(i,k,2))
434          qs(i,k,2) = max(qs(i,k,2),qmin)
435          rh(i,k,2) = max(q(i,k) / qs(i,k,2),qmin)
436        enddo
437      enddo
438#else
439      do k = kts, kte
440        do i = its, ite
441          tr=ttp/t(i,k)
442          logtr=log(tr)
443          qs(i,k,1)=psat*exp(logtr*(xa)+xb*(1.-tr))
444          qs(i,k,1) = ep2 * qs(i,k,1) / (p(i,k) - qs(i,k,1))
445          qs(i,k,1) = max(qs(i,k,1),qmin)
446          rh(i,k,1) = max(q(i,k) / qs(i,k,1),qmin)
447          if(t(i,k).lt.ttp) then
448            qs(i,k,2)=psat*exp(logtr*(xai)+xbi*(1.-tr))
449          else
450            qs(i,k,2)=psat*exp(logtr*(xa)+xb*(1.-tr))
451          endif
452          qs(i,k,2) = ep2 * qs(i,k,2) / (p(i,k) - qs(i,k,2))
453          qs(i,k,2) = max(qs(i,k,2),qmin)
454          rh(i,k,2) = max(q(i,k) / qs(i,k,2),qmin)
455        enddo
456      enddo
457#endif
458!
459!----------------------------------------------------------------
460!     initialize the variables for microphysical physics
461!
462!
463      do k = kts, kte
464        do i = its, ite
465          prevp(i,k) = 0.
466          psdep(i,k) = 0.
467          praut(i,k) = 0.
468          psaut(i,k) = 0.
469          pracw(i,k) = 0.
470          psaci(i,k) = 0.
471          psacw(i,k) = 0.
472          pigen(i,k) = 0.
473          pidep(i,k) = 0.
474          pcond(i,k) = 0.
475          psmlt(i,k) = 0.
476          psevp(i,k) = 0.
477          falk(i,k,1) = 0.
478          falk(i,k,2) = 0.
479          fall(i,k,1) = 0.
480          fall(i,k,2) = 0.
481          fallc(i,k) = 0.
482          falkc(i,k) = 0.
483          xni(i,k) = 1.e3
484        enddo
485      enddo
486!
487!----------------------------------------------------------------
488!     compute the fallout term:
489!     first, vertical terminal velosity for minor loops
490!
491      do k = kts, kte
492        do i = its, ite
493          supcol = t0c-t(i,k)
494!---------------------------------------------------------------
495! n0s: Intercept parameter for snow [m-4] [HDC 6]
496!---------------------------------------------------------------
497          n0sfac(i,k) = max(min(exp(alpha*supcol),n0smax/n0s),1.)
498          if(qrs(i,k,1).le.qcrmin)then
499            rslope(i,k,1) = rslopermax
500            rslopeb(i,k,1) = rsloperbmax
501            rslope2(i,k,1) = rsloper2max
502            rslope3(i,k,1) = rsloper3max
503          else
504            rslope(i,k,1) = 1./lamdar(qrs(i,k,1),den(i,k))
505            rslopeb(i,k,1) = exp(log(rslope(i,k,1))*(bvtr))
506            rslope2(i,k,1) = rslope(i,k,1)*rslope(i,k,1)
507            rslope3(i,k,1) = rslope2(i,k,1)*rslope(i,k,1)
508          endif
509          if(qrs(i,k,2).le.qcrmin)then
510            rslope(i,k,2) = rslopesmax
511            rslopeb(i,k,2) = rslopesbmax
512            rslope2(i,k,2) = rslopes2max
513            rslope3(i,k,2) = rslopes3max
514          else
515            rslope(i,k,2) = 1./lamdas(qrs(i,k,2),den(i,k),n0sfac(i,k))
516            rslopeb(i,k,2) = exp(log(rslope(i,k,2))*(bvts))
517            rslope2(i,k,2) = rslope(i,k,2)*rslope(i,k,2)
518            rslope3(i,k,2) = rslope2(i,k,2)*rslope(i,k,2)
519          endif
520!-------------------------------------------------------------
521! Ni: ice crystal number concentraiton   [HDC 5c]
522!-------------------------------------------------------------
523!         xni(i,k) = min(max(5.38e7*(den(i,k)                           &
524!                   *max(qci(i,k,2),qmin))**0.75,1.e3),1.e6)
525          temp = (den(i,k)*max(qci(i,k,2),qmin))
526          temp = sqrt(sqrt(temp*temp*temp))
527          xni(i,k) = min(max(5.38e7*temp,1.e3),1.e6)
528        enddo
529      enddo
530!
531      mstepmax = 1
532      numdt = 1
533      do k = kte, kts, -1
534        do i = its, ite
535          work1(i,k,1) = pvtr*rslopeb(i,k,1)*denfac(i,k)/delz(i,k)
536          work1(i,k,2) = pvts*rslopeb(i,k,2)*denfac(i,k)/delz(i,k)
537          numdt(i) = max(nint(max(work1(i,k,1),work1(i,k,2))*dtcld+.5),1)
538          if(numdt(i).ge.mstep(i)) mstep(i) = numdt(i)
539        enddo
540      enddo
541      do i = its, ite
542        if(mstepmax.le.mstep(i)) mstepmax = mstep(i)
543        rmstep(i) = 1./mstep(i)
544      enddo
545!
546      do n = 1, mstepmax
547        k = kte
548        do i = its, ite
549          if(n.le.mstep(i)) then
550!             falk(i,k,1) = den(i,k)*qrs(i,k,1)*work1(i,k,1)/mstep(i)
551!             falk(i,k,2) = den(i,k)*qrs(i,k,2)*work1(i,k,2)/mstep(i)
552              falk(i,k,1) = den(i,k)*qrs(i,k,1)*work1(i,k,1)*rmstep(i)
553              falk(i,k,2) = den(i,k)*qrs(i,k,2)*work1(i,k,2)*rmstep(i)
554              fall(i,k,1) = fall(i,k,1)+falk(i,k,1)
555              fall(i,k,2) = fall(i,k,2)+falk(i,k,2)
556!             qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1)-falk(i,k,1)*dtcld/den(i,k),0.)
557!             qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2)-falk(i,k,2)*dtcld/den(i,k),0.)
558              dtcldden = dtcld/den(i,k)
559              qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1)-falk(i,k,1)*dtcldden,0.)
560              qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2)-falk(i,k,2)*dtcldden,0.)
561            endif
562          enddo
563        do k = kte-1, kts, -1
564          do i = its, ite
565            if(n.le.mstep(i)) then
566!             falk(i,k,1) = den(i,k)*qrs(i,k,1)*work1(i,k,1)/mstep(i)
567!             falk(i,k,2) = den(i,k)*qrs(i,k,2)*work1(i,k,2)/mstep(i)
568              falk(i,k,1) = den(i,k)*qrs(i,k,1)*work1(i,k,1)*rmstep(i)
569              falk(i,k,2) = den(i,k)*qrs(i,k,2)*work1(i,k,2)*rmstep(i)
570              fall(i,k,1) = fall(i,k,1)+falk(i,k,1)
571              fall(i,k,2) = fall(i,k,2)+falk(i,k,2)
572!             qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1)-(falk(i,k,1)-falk(i,k+1,1)    &
573!                         *delz(i,k+1)/delz(i,k))*dtcld/den(i,k),0.)
574!             qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2)-(falk(i,k,2)-falk(i,k+1,2)    &
575!                         *delz(i,k+1)/delz(i,k))*dtcld/den(i,k),0.)
576              dtcldden = dtcld/den(i,k)
577              rdelz = 1./delz(i,k)
578              qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1)-(falk(i,k,1)-falk(i,k+1,1)    &
579                          *delz(i,k+1)*rdelz)*dtcldden,0.)
580              qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2)-(falk(i,k,2)-falk(i,k+1,2)    &
581                          *delz(i,k+1)*rdelz)*dtcldden,0.)
582            endif
583          enddo
584        enddo
585        do k = kte, kts, -1
586          do i = its, ite
587            if(n.le.mstep(i)) then
588              if(t(i,k).gt.t0c.and.qrs(i,k,2).gt.0.) then
589!----------------------------------------------------------------
590! psmlt: melting of snow [HL A33] [RH83 A25]
591!       (T>T0: S->R)
592!----------------------------------------------------------------
593                xlf = xlf0
594!               work2(i,k)= venfac(p(i,k),t(i,k),den(i,k))
595                work2(i,k)= (exp(log(((1.496e-6*((t(i,k))*sqrt(t(i,k))) &
596                            /((t(i,k))+120.)/(den(i,k)))/(8.794e-5      &
597                            *exp(log(t(i,k))*(1.81))/p(i,k))))          &
598                            *((.3333333)))/sqrt((1.496e-6*((t(i,k))     &
599                            *sqrt(t(i,k)))/((t(i,k))+120.)/(den(i,k)))) &
600                            *sqrt(sqrt(den0/(den(i,k)))))
601                coeres = rslope2(i,k,2)*sqrt(rslope(i,k,2)*rslopeb(i,k,2))
602!               psmlt(i,k) = xka(t(i,k),den(i,k))/xlf*(t0c-t(i,k))*pi/2. &
603!                           *n0sfac(i,k)*(precs1*rslope2(i,k,2)+precs2  &
604!                           *work2(i,k)*coeres)
605                psmlt(i,k) = &
606(1.414e3*(1.496e-6 * ((t(i,k))*sqrt(t(i,k))) /((t(i,k))+120.)/(den(i,k)) )*(den(i,k)))&
607                            /xlf*(t0c-t(i,k))*pi/2.                     &
608                            *n0sfac(i,k)*(precs1*rslope2(i,k,2)+precs2  &
609                            *work2(i,k)*coeres)
610                psmlt(i,k) = min(max(psmlt(i,k)*dtcld/mstep(i),           &
611                            -qrs(i,k,2)/mstep(i)),0.)
612                qrs(i,k,2) = qrs(i,k,2) + psmlt(i,k)
613                qrs(i,k,1) = qrs(i,k,1) - psmlt(i,k)
614                t(i,k) = t(i,k) + xlf/cpm(i,k)*psmlt(i,k)
615              endif
616            endif
617          enddo
618        enddo
619      enddo
620!---------------------------------------------------------------
621! Vice [ms-1] : fallout of ice crystal [HDC 5a]
622!---------------------------------------------------------------
623      mstepmax = 1
624      mstep = 1
625      numdt = 1
626      do k = kte, kts, -1
627        do i = its, ite
628          if(qci(i,k,2).le.0.) then
629            work2c(i,k) = 0.
630          else
631            xmi = den(i,k)*qci(i,k,2)/xni(i,k)
632!           diameter  = min(dicon * sqrt(xmi),dimax)
633            diameter  = max(min(dicon * sqrt(xmi),dimax), 1.e-25)
634            work1c(i,k) = 1.49e4*exp(log(diameter)*(1.31))
635            work2c(i,k) = work1c(i,k)/delz(i,k)
636          endif
637          numdt(i) = max(nint(work2c(i,k)*dtcld+.5),1)
638          if(numdt(i).ge.mstep(i)) mstep(i) = numdt(i)
639        enddo
640      enddo
641      do i = its, ite
642        if(mstepmax.le.mstep(i)) mstepmax = mstep(i)
643      enddo
644!
645      do n = 1, mstepmax
646        k = kte
647        do i = its, ite
648          if(n.le.mstep(i)) then
649            falkc(i,k) = den(i,k)*qci(i,k,2)*work2c(i,k)/mstep(i)
650            holdc = falkc(i,k)
651            fallc(i,k) = fallc(i,k)+falkc(i,k)
652            holdci = qci(i,k,2)
653            qci(i,k,2) = max(qci(i,k,2)-falkc(i,k)*dtcld/den(i,k),0.)
654          endif
655        enddo
656        do k = kte-1, kts, -1
657          do i = its, ite
658            if(n.le.mstep(i)) then
659              falkc(i,k) = den(i,k)*qci(i,k,2)*work2c(i,k)/mstep(i)
660              holdc = falkc(i,k)
661              fallc(i,k) = fallc(i,k)+falkc(i,k)
662              holdci = qci(i,k,2)
663              qci(i,k,2) = max(qci(i,k,2)-(falkc(i,k)-falkc(i,k+1)      &
664                          *delz(i,k+1)/delz(i,k))*dtcld/den(i,k),0.)
665            endif
666          enddo
667        enddo
668      enddo
669!
670!
671!----------------------------------------------------------------
672!      rain (unit is mm/sec;kgm-2s-1: /1000*delt ===> m)==> mm for wrf
673!
674      do i = its, ite
675        fallsum = fall(i,1,1)+fall(i,1,2)+fallc(i,1)
676        fallsum_qsi = fall(i,1,2)+fallc(i,1)
677        rainncv(i) = 0.
678        if(fallsum.gt.0.) then
679          rainncv(i) = fallsum*delz(i,1)/denr*dtcld*1000.
680          rain(i) = fallsum*delz(i,1)/denr*dtcld*1000. + rain(i)
681        endif
682        IF ( PRESENT (snowncv) .AND. PRESENT (snow)) THEN
683        snowncv(i) = 0.
684        if(fallsum_qsi.gt.0.) then
685          snowncv(i) = fallsum_qsi*delz(i,kts)/denr*dtcld*1000.
686          snow(i) = fallsum_qsi*delz(i,kts)/denr*dtcld*1000. + snow(i)
687        endif
688        ENDIF
689        sr(i) = 0.
690        if(fallsum.gt.0.)sr(i)=fallsum_qsi*delz(i,kts)/denr*dtcld*1000./(rainncv(i)+1.e-12)
691      enddo
692!
693!---------------------------------------------------------------
694! pimlt: instantaneous melting of cloud ice [HL A47] [RH83 A28]
695!       (T>T0: I->C)
696!---------------------------------------------------------------
697      do k = kts, kte
698        do i = its, ite
699          supcol = t0c-t(i,k)
700          xlf = xls-xl(i,k)
701          if(supcol.lt.0.) xlf = xlf0
702          if(supcol.lt.0.and.qci(i,k,2).gt.0.) then
703            qci(i,k,1) = qci(i,k,1) + qci(i,k,2)
704            t(i,k) = t(i,k) - xlf/cpm(i,k)*qci(i,k,2)
705            qci(i,k,2) = 0.
706          endif
707!---------------------------------------------------------------
708! pihmf: homogeneous freezing of cloud water below -40c [HL A45]
709!        (T<-40C: C->I)
710!---------------------------------------------------------------
711          if(supcol.gt.40..and.qci(i,k,1).gt.0.) then
712            qci(i,k,2) = qci(i,k,2) + qci(i,k,1)
713            t(i,k) = t(i,k) + xlf/cpm(i,k)*qci(i,k,1)
714            qci(i,k,1) = 0.
715          endif
716!---------------------------------------------------------------
717! pihtf: heterogeneous freezing of cloud water [HL A44]
718!        (T0>T>-40C: C->I)
719!---------------------------------------------------------------
720          if(supcol.gt.0..and.qci(i,k,1).gt.0.) then
721!           pfrzdtc = min(pfrz1*(exp(pfrz2*supcol)-1.)                  &
722!              *den(i,k)/denr/xncr*qci(i,k,1)**2*dtcld,qci(i,k,1))
723            pfrzdtc = min(pfrz1*(exp(pfrz2*supcol)-1.)                  &
724            *den(i,k)/denr/xncr*qci(i,k,1)*qci(i,k,1)*dtcld,qci(i,k,1))
725            qci(i,k,2) = qci(i,k,2) + pfrzdtc
726            t(i,k) = t(i,k) + xlf/cpm(i,k)*pfrzdtc
727            qci(i,k,1) = qci(i,k,1)-pfrzdtc
728          endif
729!---------------------------------------------------------------
730! psfrz: freezing of rain water [HL A20] [LFO 45]
731!        (T<T0, R->S)
732!---------------------------------------------------------------
733          if(supcol.gt.0..and.qrs(i,k,1).gt.0.) then
734!           pfrzdtr = min(20.*pi**2*pfrz1*n0r*denr/den(i,k)             &
735!                 *(exp(pfrz2*supcol)-1.)*rslope(i,k,1)**7*dtcld,       &
736!                 qrs(i,k,1))
737            temp = rslope(i,k,1)
738            temp = temp*temp*temp*temp*temp*temp*temp
739            pfrzdtr = min(20.*(pi*pi)*pfrz1*n0r*denr/den(i,k)             &
740                  *(exp(pfrz2*supcol)-1.)*temp*dtcld,                   &
741                  qrs(i,k,1))
742            qrs(i,k,2) = qrs(i,k,2) + pfrzdtr
743            t(i,k) = t(i,k) + xlf/cpm(i,k)*pfrzdtr
744            qrs(i,k,1) = qrs(i,k,1)-pfrzdtr
745          endif
746        enddo
747      enddo
748!
749!----------------------------------------------------------------
750!     rsloper: reverse of the slope parameter of the rain(m)
751!     xka:    thermal conductivity of air(jm-1s-1k-1)
752!     work1:  the thermodynamic term in the denominator associated with
753!             heat conduction and vapor diffusion
754!             (ry88, y93, h85)
755!     work2: parameter associated with the ventilation effects(y93)
756!
757      do k = kts, kte
758        do i = its, ite
759          if(qrs(i,k,1).le.qcrmin)then
760            rslope(i,k,1) = rslopermax
761            rslopeb(i,k,1) = rsloperbmax
762            rslope2(i,k,1) = rsloper2max
763            rslope3(i,k,1) = rsloper3max
764          else
765!           rslope(i,k,1) = 1./lamdar(qrs(i,k,1),den(i,k))
766            rslope(i,k,1) = 1./(sqrt(sqrt(pidn0r/((qrs(i,k,1))*(den(i,k))))))
767            rslopeb(i,k,1) = exp(log(rslope(i,k,1))*(bvtr))
768            rslope2(i,k,1) = rslope(i,k,1)*rslope(i,k,1)
769            rslope3(i,k,1) = rslope2(i,k,1)*rslope(i,k,1)
770          endif
771          if(qrs(i,k,2).le.qcrmin)then
772            rslope(i,k,2) = rslopesmax
773            rslopeb(i,k,2) = rslopesbmax
774            rslope2(i,k,2) = rslopes2max
775            rslope3(i,k,2) = rslopes3max
776          else
777!            rslope(i,k,2) = 1./lamdas(qrs(i,k,2),den(i,k),n0sfac(i,k))
778            rslope(i,k,2) = 1./(sqrt(sqrt(pidn0s*(n0sfac(i,k))/((qrs(i,k,2))*(den(i,k))))))
779            rslopeb(i,k,2) = exp(log(rslope(i,k,2))*(bvts))
780            rslope2(i,k,2) = rslope(i,k,2)*rslope(i,k,2)
781            rslope3(i,k,2) = rslope2(i,k,2)*rslope(i,k,2)
782          endif
783        enddo
784      enddo
785!
786      do k = kts, kte
787        do i = its, ite
788!         work1(i,k,1) = diffac(xl(i,k),p(i,k),t(i,k),den(i,k),qs(i,k,1))
789          work1(i,k,1) =                                                     &
790        ((((den(i,k))*(xl(i,k))*(xl(i,k))) * ((t(i,k))+120.) * (den(i,k)))   &
791           /                                                                 &
792         ( 1.414e3 * (1.496e-6 * ((t(i,k))*sqrt(t(i,k)))) * (den(i,k)) *     &
793                                                   (rv*(t(i,k))*(t(i,k)))))  &
794        +                                                                    &
795        p(i,k) / ( (qs(i,k,1)) * ( 8.794e-5 * exp(log(t(i,k))*(1.81)) ) )
796!         work1(i,k,2) = diffac(xls,p(i,k),t(i,k),den(i,k),qs(i,k,2))
797          work1(i,k,2) =                                                     &
798        (                                                                    &
799         (((den(i,k))*(xls)*(xls))*((t(i,k))+120.)*(den(i,k)))               &
800           /                                                                 &
801          (                                                                  &
802         1.414e3 * (1.496e-6 * ((t(i,k))*sqrt(t(i,k)))) * (den(i,k)) *       &
803                                                   (rv*(t(i,k))*(t(i,k)))    &
804          )                                                                  &
805          +                                                                  &
806         p(i,k)                                                              &
807          /                                                                  &
808         ( qs(i,k,2) * (8.794e-5 * exp(log(t(i,k))*(1.81))))                 &
809        )
810!         work2(i,k) = venfac(p(i,k),t(i,k),den(i,k))
811          work2(i,k) =                                                       &
812        (                                                                    &
813         exp(.3333333*log(                                                   &
814             ((1.496e-6 * ((t(i,k))*sqrt(t(i,k))))*p(i,k))                   &
815                /                                                            &
816             (((t(i,k))+120.)*den(i,k)*(8.794e-5 * exp(log(t(i,k))*(1.81)))) &
817           ))                                                                &
818           *                                                                 &
819           sqrt(sqrt(den0/(den(i,k))))                                       &
820        )                                                                    &
821        /                                                                    &
822        sqrt(                                                                &
823           (1.496e-6 * ((t(i,k))*sqrt(t(i,k))))                              &
824             /                                                               &
825           (                                                                 &
826            ((t(i,k))+120.) * den(i,k)                                       &
827           )                                                                 &
828        )
829        ENDDO
830      ENDDO
831!
832!===============================================================
833!
834! warm rain processes
835!
836! - follows the processes in RH83 and LFO except for autoconcersion
837!
838!===============================================================
839!
840      do k = kts, kte
841        do i = its, ite
842          supsat = max(q(i,k),qmin)-qs(i,k,1)
843          satdt = supsat/dtcld
844!---------------------------------------------------------------
845! praut: auto conversion rate from cloud to rain [HDC 16]
846!        (C->R)
847!---------------------------------------------------------------
848          if(qci(i,k,1).gt.qc0) then
849            praut(i,k) = qck1*exp(log(qci(i,k,1))*((7./3.)))
850            praut(i,k) = min(praut(i,k),qci(i,k,1)/dtcld)
851          endif
852!---------------------------------------------------------------
853! pracw: accretion of cloud water by rain [HL A40] [LFO 51]
854!        (C->R)
855!---------------------------------------------------------------
856          if(qrs(i,k,1).gt.qcrmin.and.qci(i,k,1).gt.qmin) then
857            pracw(i,k) = min(pacrr*rslope3(i,k,1)*rslopeb(i,k,1)       &
858                         *qci(i,k,1)*denfac(i,k),qci(i,k,1)/dtcld)
859          endif
860!---------------------------------------------------------------
861! prevp: evaporation/condensation rate of rain [HDC 14]
862!        (V->R or R->V)
863!---------------------------------------------------------------
864          if(qrs(i,k,1).gt.0.) then
865            coeres = rslope2(i,k,1)*sqrt(rslope(i,k,1)*rslopeb(i,k,1))
866            prevp(i,k) = (rh(i,k,1)-1.)*(precr1*rslope2(i,k,1)         &
867                         +precr2*work2(i,k)*coeres)/work1(i,k,1)
868            if(prevp(i,k).lt.0.) then
869              prevp(i,k) = max(prevp(i,k),-qrs(i,k,1)/dtcld)
870              prevp(i,k) = max(prevp(i,k),satdt/2)
871            else
872              prevp(i,k) = min(prevp(i,k),satdt/2)
873            endif
874          endif
875        enddo
876      enddo
877!
878!===============================================================
879!
880! cold rain processes
881!
882! - follows the revised ice microphysics processes in HDC
883! - the processes same as in RH83 and RH84  and LFO behave
884!   following ice crystal hapits defined in HDC, inclduing
885!   intercept parameter for snow (n0s), ice crystal number
886!   concentration (ni), ice nuclei number concentration
887!   (n0i), ice diameter (d)
888!
889!===============================================================
890!
891      rdtcld = 1./dtcld
892      do k = kts, kte
893        do i = its, ite
894          supcol = t0c-t(i,k)
895          supsat = max(q(i,k),qmin)-qs(i,k,2)
896          satdt = supsat/dtcld
897          ifsat = 0
898!-------------------------------------------------------------
899! Ni: ice crystal number concentraiton   [HDC 5c]
900!-------------------------------------------------------------
901!         xni(i,k) = min(max(5.38e7*(den(i,k)                           &
902!                      *max(qci(i,k,2),qmin))**0.75,1.e3),1.e6)
903          temp = (den(i,k)*max(qci(i,k,2),qmin))
904          temp = sqrt(sqrt(temp*temp*temp))
905          xni(i,k) = min(max(5.38e7*temp,1.e3),1.e6)
906          eacrs = exp(0.07*(-supcol))
907!
908          if(supcol.gt.0) then
909            if(qrs(i,k,2).gt.qcrmin.and.qci(i,k,2).gt.qmin) then
910              xmi = den(i,k)*qci(i,k,2)/xni(i,k)
911              diameter  = min(dicon * sqrt(xmi),dimax)
912              vt2i = 1.49e4*diameter**1.31
913              vt2s = pvts*rslopeb(i,k,2)*denfac(i,k)
914!-------------------------------------------------------------
915! psaci: Accretion of cloud ice by rain [HDC 10]
916!        (T<T0: I->S)
917!-------------------------------------------------------------
918              acrfac = 2.*rslope3(i,k,2)+2.*diameter*rslope2(i,k,2)     &
919                      +diameter**2*rslope(i,k,2)
920              psaci(i,k) = pi*qci(i,k,2)*eacrs*n0s*n0sfac(i,k)         &
921                           *abs(vt2s-vt2i)*acrfac/4.
922            endif
923          endif
924!-------------------------------------------------------------
925! psacw: Accretion of cloud water by snow  [HL A7] [LFO 24]
926!        (T<T0: C->S, and T>=T0: C->R)
927!-------------------------------------------------------------
928          if(qrs(i,k,2).gt.qcrmin.and.qci(i,k,1).gt.qmin) then
929            psacw(i,k) = min(pacrc*n0sfac(i,k)*rslope3(i,k,2)        &
930                           *rslopeb(i,k,2)*qci(i,k,1)*denfac(i,k)       &
931!                          ,qci(i,k,1)/dtcld)
932                           ,qci(i,k,1)*rdtcld)
933          endif
934          if(supcol .gt. 0) then
935!-------------------------------------------------------------
936! pidep: Deposition/Sublimation rate of ice [HDC 9]
937!       (T<T0: V->I or I->V)
938!-------------------------------------------------------------
939            if(qci(i,k,2).gt.0.and.ifsat.ne.1) then
940              xmi = den(i,k)*qci(i,k,2)/xni(i,k)
941              diameter = dicon * sqrt(xmi)
942              pidep(i,k) = 4.*diameter*xni(i,k)*(rh(i,k,2)-1.)/work1(i,k,2)
943              supice = satdt-prevp(i,k)
944              if(pidep(i,k).lt.0.) then
945!               pidep(i,k) = max(max(pidep(i,k),satdt/2),supice)
946!               pidep(i,k) = max(pidep(i,k),-qci(i,k,2)/dtcld)
947                pidep(i,k) = max(max(pidep(i,k),satdt*.5),supice)
948                pidep(i,k) = max(pidep(i,k),-qci(i,k,2)*rdtcld)
949              else
950!               pidep(i,k) = min(min(pidep(i,k),satdt/2),supice)
951                pidep(i,k) = min(min(pidep(i,k),satdt*.5),supice)
952              endif
953              if(abs(prevp(i,k)+pidep(i,k)).ge.abs(satdt)) ifsat = 1
954            endif
955!-------------------------------------------------------------
956! psdep: deposition/sublimation rate of snow [HDC 14]
957!        (V->S or S->V)
958!-------------------------------------------------------------
959            if(qrs(i,k,2).gt.0..and.ifsat.ne.1) then
960              coeres = rslope2(i,k,2)*sqrt(rslope(i,k,2)*rslopeb(i,k,2))
961              psdep(i,k) = (rh(i,k,2)-1.)*n0sfac(i,k)                    &
962                           *(precs1*rslope2(i,k,2)+precs2                 &
963                           *work2(i,k)*coeres)/work1(i,k,2)
964              supice = satdt-prevp(i,k)-pidep(i,k)
965              if(psdep(i,k).lt.0.) then
966!               psdep(i,k) = max(psdep(i,k),-qrs(i,k,2)/dtcld)
967!               psdep(i,k) = max(max(psdep(i,k),satdt/2),supice)
968                psdep(i,k) = max(psdep(i,k),-qrs(i,k,2)*rdtcld)
969                psdep(i,k) = max(max(psdep(i,k),satdt*.5),supice)
970              else
971!             psdep(i,k) = min(min(psdep(i,k),satdt/2),supice)
972                psdep(i,k) = min(min(psdep(i,k),satdt*.5),supice)
973              endif
974              if(abs(prevp(i,k)+pidep(i,k)+psdep(i,k)).ge.abs(satdt))    &
975                ifsat = 1
976            endif
977!-------------------------------------------------------------
978! pigen: generation(nucleation) of ice from vapor [HL A50] [HDC 7-8]
979!       (T<T0: V->I)
980!-------------------------------------------------------------
981            if(supsat.gt.0.and.ifsat.ne.1) then
982              supice = satdt-prevp(i,k)-pidep(i,k)-psdep(i,k)
983              xni0 = 1.e3*exp(0.1*supcol)
984              roqi0 = 4.92e-11*exp(log(xni0)*(1.33))
985              pigen(i,k) = max(0.,(roqi0/den(i,k)-max(qci(i,k,2),0.))    &
986!                        /dtcld)
987                         *rdtcld)
988              pigen(i,k) = min(min(pigen(i,k),satdt),supice)
989            endif
990!
991!-------------------------------------------------------------
992! psaut: conversion(aggregation) of ice to snow [HDC 12]
993!       (T<T0: I->S)
994!-------------------------------------------------------------
995            if(qci(i,k,2).gt.0.) then
996              qimax = roqimax/den(i,k)
997!             psaut(i,k) = max(0.,(qci(i,k,2)-qimax)/dtcld)
998              psaut(i,k) = max(0.,(qci(i,k,2)-qimax)*rdtcld)
999            endif
1000          endif
1001!-------------------------------------------------------------
1002! psevp: Evaporation of melting snow [HL A35] [RH83 A27]
1003!       (T>T0: S->V)
1004!-------------------------------------------------------------
1005          if(supcol.lt.0.) then
1006            if(qrs(i,k,2).gt.0..and.rh(i,k,1).lt.1.)                    &
1007              psevp(i,k) = psdep(i,k)*work1(i,k,2)/work1(i,k,1)
1008!              psevp(i,k) = min(max(psevp(i,k),-qrs(i,k,2)/dtcld),0.)
1009              psevp(i,k) = min(max(psevp(i,k),-qrs(i,k,2)*rdtcld),0.)
1010          endif
1011        enddo
1012      enddo
1013!
1014!
1015!----------------------------------------------------------------
1016!     check mass conservation of generation terms and feedback to the
1017!     large scale
1018!
1019      do k = kts, kte
1020        do i = its, ite
1021          if(t(i,k).le.t0c) then
1022!
1023!     cloud water
1024!
1025            value = max(qmin,qci(i,k,1))
1026            source = (praut(i,k)+pracw(i,k)+psacw(i,k))*dtcld
1027            if (source.gt.value) then
1028              factor = value/source
1029              praut(i,k) = praut(i,k)*factor
1030              pracw(i,k) = pracw(i,k)*factor
1031              psacw(i,k) = psacw(i,k)*factor
1032            endif
1033!
1034!     cloud ice
1035!
1036            value = max(qmin,qci(i,k,2))
1037            source = (psaut(i,k)+psaci(i,k)-pigen(i,k)-pidep(i,k))*dtcld
1038            if (source.gt.value) then
1039              factor = value/source
1040              psaut(i,k) = psaut(i,k)*factor
1041              psaci(i,k) = psaci(i,k)*factor
1042              pigen(i,k) = pigen(i,k)*factor
1043              pidep(i,k) = pidep(i,k)*factor
1044            endif
1045!
1046!     rain
1047!
1048!
1049            value = max(qmin,qrs(i,k,1))
1050            source = (-praut(i,k)-pracw(i,k)-prevp(i,k))*dtcld
1051            if (source.gt.value) then
1052              factor = value/source
1053              praut(i,k) = praut(i,k)*factor
1054              pracw(i,k) = pracw(i,k)*factor
1055              prevp(i,k) = prevp(i,k)*factor
1056            endif
1057!
1058!    snow
1059!
1060            value = max(qmin,qrs(i,k,2))
1061            source = (-psdep(i,k)-psaut(i,k)-psaci(i,k)-psacw(i,k))*dtcld 
1062            if (source.gt.value) then
1063              factor = value/source
1064              psdep(i,k) = psdep(i,k)*factor
1065              psaut(i,k) = psaut(i,k)*factor
1066              psaci(i,k) = psaci(i,k)*factor
1067              psacw(i,k) = psacw(i,k)*factor
1068            endif
1069!
1070            work2(i,k)=-(prevp(i,k)+psdep(i,k)+pigen(i,k)+pidep(i,k))
1071!     update
1072            q(i,k) = q(i,k)+work2(i,k)*dtcld
1073            qci(i,k,1) = max(qci(i,k,1)-(praut(i,k)+pracw(i,k)         &
1074                        +psacw(i,k))*dtcld,0.)
1075            qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1)+(praut(i,k)+pracw(i,k)         &
1076                        +prevp(i,k))*dtcld,0.)
1077            qci(i,k,2) = max(qci(i,k,2)-(psaut(i,k)+psaci(i,k)         &
1078                        -pigen(i,k)-pidep(i,k))*dtcld,0.)
1079            qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2)+(psdep(i,k)+psaut(i,k)         &
1080                        +psaci(i,k)+psacw(i,k))*dtcld,0.)
1081            xlf = xls-xl(i,k)
1082            xlwork2 = -xls*(psdep(i,k)+pidep(i,k)+pigen(i,k))             &
1083                      -xl(i,k)*prevp(i,k)-xlf*psacw(i,k)
1084            t(i,k) = t(i,k)-xlwork2/cpm(i,k)*dtcld
1085          else
1086!
1087!     cloud water
1088!
1089            value = max(qmin,qci(i,k,1))
1090            source=(praut(i,k)+pracw(i,k)+psacw(i,k))*dtcld
1091            if (source.gt.value) then
1092              factor = value/source
1093              praut(i,k) = praut(i,k)*factor
1094              pracw(i,k) = pracw(i,k)*factor
1095              psacw(i,k) = psacw(i,k)*factor
1096            endif
1097!
1098!     rain
1099!
1100            value = max(qmin,qrs(i,k,1))
1101            source = (-praut(i,k)-pracw(i,k)-prevp(i,k)-psacw(i,k))*dtcld
1102            if (source.gt.value) then
1103              factor = value/source
1104              praut(i,k) = praut(i,k)*factor
1105              pracw(i,k) = pracw(i,k)*factor
1106              prevp(i,k) = prevp(i,k)*factor
1107              psacw(i,k) = psacw(i,k)*factor
1108            endif 
1109!
1110!     snow
1111!
1112            value = max(qcrmin,qrs(i,k,2))
1113            source=(-psevp(i,k))*dtcld
1114            if (source.gt.value) then
1115              factor = value/source
1116              psevp(i,k) = psevp(i,k)*factor
1117            endif
1118            work2(i,k)=-(prevp(i,k)+psevp(i,k))
1119!     update
1120            q(i,k) = q(i,k)+work2(i,k)*dtcld
1121            qci(i,k,1) = max(qci(i,k,1)-(praut(i,k)+pracw(i,k)        &
1122                        +psacw(i,k))*dtcld,0.)
1123            qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1)+(praut(i,k)+pracw(i,k)        &
1124                        +prevp(i,k) +psacw(i,k))*dtcld,0.)
1125            qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2)+psevp(i,k)*dtcld,0.)
1126            xlf = xls-xl(i,k)
1127            xlwork2 = -xl(i,k)*(prevp(i,k)+psevp(i,k))
1128            t(i,k) = t(i,k)-xlwork2/cpm(i,k)*dtcld
1129          endif
1130        enddo
1131      enddo
1132!
1133! Inline expansion for fpvs
1134!         qs(i,k,1) = fpvs(t(i,k),0,rd,rv,cpv,cliq,cice,xlv0,xls,psat,t0c)
1135!         qs(i,k,2) = fpvs(t(i,k),1,rd,rv,cpv,cliq,cice,xlv0,xls,psat,t0c)
1136      hsub = xls
1137      hvap = xlv0
1138      cvap = cpv
1139      ttp=t0c+0.01
1140      dldt=cvap-cliq
1141      xa=-dldt/rv
1142      xb=xa+hvap/(rv*ttp)
1143      dldti=cvap-cice
1144      xai=-dldti/rv
1145      xbi=xai+hsub/(rv*ttp)
1146      do k = kts, kte
1147      do i = its, ite
1148          tr=ttp/t(i,k)
1149          logtr = log(tr)
1150          qs(i,k,1)=psat*exp(logtr*(xa)+xb*(1.-tr))
1151          qs(i,k,1) = ep2 * qs(i,k,1) / (p(i,k) - qs(i,k,1))
1152          qs(i,k,1) = max(qs(i,k,1),qmin)
1153        enddo
1154      enddo
1155!
1156!----------------------------------------------------------------
1157!  pcond: condensational/evaporational rate of cloud water [HL A46] [RH83 A6]
1158!     if there exists additional water vapor condensated/if
1159!     evaporation of cloud water is not enough to remove subsaturation
1160!
1161      do k = kts, kte
1162        do i = its, ite
1163!         work1(i,k,1) = conden(t(i,k),q(i,k),qs(i,k,1),xl(i,k),cpm(i,k))
1164          work1(i,k,1) = ((max(q(i,k),qmin)-(qs(i,k,1)))/              &
1165          (1.+(xl(i,k))*(xl(i,k))/(rv*(cpm(i,k)))*(qs(i,k,1))/((t(i,k))*(t(i,k)))))
1166          work2(i,k) = qci(i,k,1)+work1(i,k,1)
1167          pcond(i,k) = min(max(work1(i,k,1)/dtcld,0.),max(q(i,k),0.)/dtcld)
1168          if(qci(i,k,1).gt.0..and.work1(i,k,1).lt.0.)                   &
1169            pcond(i,k) = max(work1(i,k,1),-qci(i,k,1))/dtcld
1170          q(i,k) = q(i,k)-pcond(i,k)*dtcld
1171          qci(i,k,1) = max(qci(i,k,1)+pcond(i,k)*dtcld,0.)
1172          t(i,k) = t(i,k)+pcond(i,k)*xl(i,k)/cpm(i,k)*dtcld
1173        enddo
1174      enddo
1175!
1176!
1177!----------------------------------------------------------------
1178!     padding for small values
1179!
1180      do k = kts, kte
1181        do i = its, ite
1182          if(qci(i,k,1).le.qmin) qci(i,k,1) = 0.0
1183          if(qci(i,k,2).le.qmin) qci(i,k,2) = 0.0
1184        enddo
1185      enddo
1186      enddo                  ! big loops
1187  END SUBROUTINE wsm52d
1188! ...................................................................
1189      REAL FUNCTION rgmma(x)
1190!-------------------------------------------------------------------
1191  IMPLICIT NONE
1192!-------------------------------------------------------------------
1193!     rgmma function:  use infinite product form
1194      REAL :: euler
1195      PARAMETER (euler=0.577215664901532)
1196      REAL :: x, y
1197      INTEGER :: i
1198      if(x.eq.1.)then
1199        rgmma=0.
1200          else
1201        rgmma=x*exp(euler*x)
1202        do i=1,10000
1203          y=float(i)
1204          rgmma=rgmma*(1.000+x/y)*exp(-x/y)
1205        enddo
1206        rgmma=1./rgmma
1207      endif
1208      END FUNCTION rgmma
1209!
1210!--------------------------------------------------------------------------
1211      REAL FUNCTION fpvs(t,ice,rd,rv,cvap,cliq,cice,hvap,hsub,psat,t0c)
1212!--------------------------------------------------------------------------
1213      IMPLICIT NONE
1214!--------------------------------------------------------------------------
1215      REAL t,rd,rv,cvap,cliq,cice,hvap,hsub,psat,t0c,dldt,xa,xb,dldti,   &
1216           xai,xbi,ttp,tr
1217      INTEGER ice
1218! - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
1219      ttp=t0c+0.01
1220      dldt=cvap-cliq
1221      xa=-dldt/rv
1222      xb=xa+hvap/(rv*ttp)
1223      dldti=cvap-cice
1224      xai=-dldti/rv
1225      xbi=xai+hsub/(rv*ttp)
1226      tr=ttp/t
1227      if(t.lt.ttp.and.ice.eq.1) then
1228        fpvs=psat*exp(log(tr)*(xai))*exp(xbi*(1.-tr))
1229      else
1230        fpvs=psat*exp(log(tr)*(xa))*exp(xb*(1.-tr))
1231      endif
1232! - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
1233      END FUNCTION fpvs
1234!-------------------------------------------------------------------
1235  SUBROUTINE wsm5init(den0,denr,dens,cl,cpv,allowed_to_read)
1236!-------------------------------------------------------------------
1237  IMPLICIT NONE
1238!-------------------------------------------------------------------
1239!.... constants which may not be tunable
1240   REAL, INTENT(IN) :: den0,denr,dens,cl,cpv
1241   LOGICAL, INTENT(IN) :: allowed_to_read
1242   REAL :: pi
1243!
1244   pi = 4.*atan(1.)
1245   xlv1 = cl-cpv
1246!
1247   qc0  = 4./3.*pi*denr*r0**3*xncr/den0  ! 0.419e-3 -- .61e-3
1248   qck1 = .104*9.8*peaut/(xncr*denr)**(1./3.)/xmyu*den0**(4./3.) ! 7.03
1249!
1250   bvtr1 = 1.+bvtr
1251   bvtr2 = 2.5+.5*bvtr
1252   bvtr3 = 3.+bvtr
1253   bvtr4 = 4.+bvtr
1254   g1pbr = rgmma(bvtr1)
1255   g3pbr = rgmma(bvtr3)
1256   g4pbr = rgmma(bvtr4)            ! 17.837825
1257   g5pbro2 = rgmma(bvtr2)          ! 1.8273
1258   pvtr = avtr*g4pbr/6.
1259   eacrr = 1.0
1260   pacrr = pi*n0r*avtr*g3pbr*.25*eacrr
1261   precr1 = 2.*pi*n0r*.78
1262   precr2 = 2.*pi*n0r*.31*avtr**.5*g5pbro2
1263   xm0  = (di0/dicon)**2
1264   xmmax = (dimax/dicon)**2
1265   roqimax = 2.08e22*dimax**8
1266!
1267   bvts1 = 1.+bvts
1268   bvts2 = 2.5+.5*bvts
1269   bvts3 = 3.+bvts
1270   bvts4 = 4.+bvts
1271   g1pbs = rgmma(bvts1)    !.8875
1272   g3pbs = rgmma(bvts3)
1273   g4pbs = rgmma(bvts4)    ! 12.0786
1274   g5pbso2 = rgmma(bvts2)
1275   pvts = avts*g4pbs/6.
1276   pacrs = pi*n0s*avts*g3pbs*.25
1277   precs1 = 4.*n0s*.65
1278   precs2 = 4.*n0s*.44*avts**.5*g5pbso2
1279   pidn0r =  pi*denr*n0r
1280   pidn0s =  pi*dens*n0s
1281   pacrc = pi*n0s*avts*g3pbs*.25*eacrc
1282!
1283   rslopermax = 1./lamdarmax
1284   rslopesmax = 1./lamdasmax
1285   rsloperbmax = rslopermax ** bvtr
1286   rslopesbmax = rslopesmax ** bvts
1287   rsloper2max = rslopermax * rslopermax
1288   rslopes2max = rslopesmax * rslopesmax
1289   rsloper3max = rsloper2max * rslopermax
1290   rslopes3max = rslopes2max * rslopesmax
1291!
1292  END SUBROUTINE wsm5init
1293END MODULE module_mp_wsm5
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.