source: trunk/WRF.COMMON/WRFV3/phys/module_sf_slab.F @ 3553

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Line 
1!WRF:MODEL_LAYER:PHYSICS
2!
3MODULE module_sf_slab
4
5   !---SPECIFY CONSTANTS AND LAYERS FOR SOIL MODEL
6   !---SOIL DIFFUSION CONSTANT SET (M^2/S)
7
8   REAL, PARAMETER :: DIFSL=5.e-7
9
10   !---FACTOR TO MAKE SOIL STEP MORE CONSERVATIVE
11
12   REAL , PARAMETER :: SOILFAC=1.25
13
14CONTAINS
15
16!----------------------------------------------------------------
17   SUBROUTINE SLAB(T3D,QV3D,P3D,FLHC,FLQC,                      &
18                   PSFC,XLAND,TMN,HFX,QFX,LH,TSK,QSFC,CHKLOWQ,  &
19                   GSW,GLW,CAPG,THC,SNOWC,EMISS,MAVAIL,         &
20                   DELTSM,ROVCP,XLV,DTMIN,IFSNOW,               &
21                   SVP1,SVP2,SVP3,SVPT0,EP2,                    &
22                   KARMAN,EOMEG,STBOLT,                         &
23                   TSLB,ZS,DZS,num_soil_layers,radiation,       &
24                   P1000mb,                                     &
25                   ids,ide, jds,jde, kds,kde,                   &
26                   ims,ime, jms,jme, kms,kme,                   &
27                   its,ite, jts,jte, kts,kte,                   &
28                   tml,t0ml,hml,h0ml,huml,hvml,ust,u_phy,v_phy, &
29                   f,g,omlcall,oml_gamma                        )
30!----------------------------------------------------------------
31    IMPLICIT NONE
32!----------------------------------------------------------------
33!                                                                       
34!     SUBROUTINE SLAB CALCULATES THE GROUND TEMPERATURE TENDENCY
35!     ACCORDING TO THE RESIDUAL OF THE SURFACE ENERGY BUDGET           
36!     (BLACKADAR, 1978B).                                             
37!                                                                     
38!     CHANGES:                                                         
39!          FOR SOIL SUB-TIMESTEPS UPDATE SURFACE HFX AND QFX AS TG     
40!          CHANGES TO PREVENT POSSIBLE INSTABILITY FOR LONG MODEL     
41!          STEPS (DT > ~200 SEC).                                     
42!                                                                     
43!          PUT SNOW COVER CHECK ON SOIL SUB-TIMESTEPS                 
44!                                                                     
45!          MAKE UPPER LIMIT ON SOIL SUB-STEP LENGTH MORE CONSERVATIVE 
46!                                                                     
47!----------------------------------------------------------------         
48!-- T3D         temperature (K)
49!-- QV3D        3D water vapor mixing ratio (Kg/Kg)
50!-- P3D         3D pressure (Pa)
51!-- FLHC        exchange coefficient for heat (m/s)
52!-- FLQC        exchange coefficient for moisture (m/s)
53!-- PSFC        surface pressure (Pa)
54!-- XLAND       land mask (1 for land, 2 for water)
55!-- TMN         soil temperature at lower boundary (K)
56!-- HFX         upward heat flux at the surface (W/m^2)
57!-- QFX         upward moisture flux at the surface (kg/m^2/s)
58!-- LH          latent heat flux at the surface (W/m^2)
59!-- TSK         surface temperature (K)
60!-- GSW         downward short wave flux at ground surface (W/m^2)     
61!-- GLW         downward long wave flux at ground surface (W/m^2)
62!-- CAPG        heat capacity for soil (J/K/m^3)
63!-- THC         thermal inertia (Cal/cm/K/s^0.5)
64!-- SNOWC       flag indicating snow coverage (1 for snow cover)
65!-- EMISS       surface emissivity (between 0 and 1)
66!-- DELTSM      time step (second)
67!-- ROVCP       R/CP
68!-- XLV         latent heat of melting (J/kg)
69!-- DTMIN       time step (minute)
70!-- IFSNOW      ifsnow=1 for snow-cover effects
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!-- TSLB        soil temperature in 5-layer model
82!-- ZS          depths of centers of soil layers
83!-- DZS         thicknesses of soil layers
84!-- TML         ocean mixed layer temperature (K)
85!-- T0ML        ocean mixed layer temperature (K) at initial time
86!-- HML         ocean mixed layer depth (m)
87!-- H0ML        ocean mixed layer depth (m) at initial time
88!-- HUML        ocean mixed layer u component of wind
89!-- HVML        ocean mixed layer v component of wind
90!-- OML_GAMMA   deep water lapse rate (K m-1)
91!-- OMLCALL     whether to call oml model
92!-- num_soil_layers   the number of soil layers
93!-- ids         start index for i in domain
94!-- ide         end index for i in domain
95!-- jds         start index for j in domain
96!-- jde         end index for j in domain
97!-- kds         start index for k in domain
98!-- kde         end index for k in domain
99!-- ims         start index for i in memory
100!-- ime         end index for i in memory
101!-- jms         start index for j in memory
102!-- jme         end index for j in memory
103!-- kms         start index for k in memory
104!-- kme         end index for k in memory
105!-- its         start index for i in tile
106!-- ite         end index for i in tile
107!-- jts         start index for j in tile
108!-- jte         end index for j in tile
109!-- kts         start index for k in tile
110!-- kte         end index for k in tile
111!----------------------------------------------------------------
112   INTEGER,  INTENT(IN   )   ::     ids,ide, jds,jde, kds,kde,  &
113                                    ims,ime, jms,jme, kms,kme,  &
114                                    its,ite, jts,jte, kts,kte
115
116   INTEGER, INTENT(IN)       ::     num_soil_layers
117   LOGICAL, INTENT(IN)       ::     radiation
118
119   INTEGER,  INTENT(IN   )   ::     IFSNOW
120
121!
122   REAL,     INTENT(IN   )   ::     DTMIN,XLV,ROVCP,DELTSM
123
124   REAL,     INTENT(IN )     ::     SVP1,SVP2,SVP3,SVPT0
125   REAL,     INTENT(IN )     ::     EP2,KARMAN,EOMEG,STBOLT
126   REAL,     INTENT(IN )     ::     P1000mb
127
128   REAL,     DIMENSION( ims:ime , 1:num_soil_layers, jms:jme ), &
129             INTENT(INOUT)   :: TSLB
130
131   REAL,     DIMENSION(1:num_soil_layers), INTENT(IN)::ZS,DZS
132
133   REAL,    DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme )            , &
134            INTENT(IN   )    ::                           QV3D, &
135                                                           P3D, &
136                                                           T3D
137!
138   REAL,    DIMENSION( ims:ime, jms:jme )                     , &
139            INTENT(IN   )    ::                          SNOWC, &
140                                                         XLAND, &
141                                                         EMISS, &
142                                                        MAVAIL, &
143                                                           TMN, &
144                                                           GSW, &
145                                                           GLW, &
146                                                           THC
147
148!CHKLOWQ is declared as memory size
149!
150   REAL,    DIMENSION( ims:ime, jms:jme )                     , &
151            INTENT(INOUT)    ::                            HFX, &
152                                                           QFX, &
153                                                            LH, &
154                                                          CAPG, &
155                                                           TSK, &
156                                                          QSFC, &
157                                                       CHKLOWQ
158
159   REAL,     DIMENSION( ims:ime, jms:jme )                    , &
160             INTENT(IN   )               ::               PSFC
161!
162   REAL,    DIMENSION( ims:ime, jms:jme ), INTENT(INOUT) ::     &
163                                                          FLHC, &
164                                                          FLQC
165
166! Ocean Mixed Layer Vars
167   REAL,    DIMENSION( ims:ime, jms:jme ), OPTIONAL, INTENT(INOUT) ::     &
168                                    TML,T0ML,HML,H0ML,HUML,HVML
169   REAL,    DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), OPTIONAL, INTENT(IN   ) ::     &
170                                             U_PHY,V_PHY
171   REAL,    DIMENSION( ims:ime, jms:jme ), OPTIONAL, INTENT(IN   ) ::     &
172                                             UST, F
173   REAL,     OPTIONAL, INTENT(IN   )   ::     G
174   REAL,     OPTIONAL, INTENT(IN   )   ::     OML_GAMMA
175   INTEGER,  OPTIONAL, INTENT(IN   )   ::     OMLCALL
176
177! LOCAL VARS
178
179   REAL,     DIMENSION( its:ite ) ::                      QV1D, &
180                                                           P1D, &
181                                                           T1D
182   INTEGER ::  I,J
183
184   DO J=jts,jte
185
186      DO i=its,ite
187         T1D(i) =T3D(i,1,j)
188         QV1D(i)=QV3D(i,1,j)
189         P1D(i) =P3D(i,1,j)
190      ENDDO
191
192! the indices to the PSFC argument in the following call look
193! wrong; however, it is correct to call with its (and not ims)
194! because of the way PSFC is defined in SLAB1D. Whether *that*
195! is a good idea or not, this commenter cannot comment. JM
196
197      CALL SLAB1D(J,T1D,QV1D,P1D,FLHC(ims,j),FLQC(ims,j),       &
198           PSFC(its,j),XLAND(ims,j),TMN(ims,j),HFX(ims,j),      &
199           QFX(ims,j),TSK(ims,j),QSFC(ims,j),CHKLOWQ(ims,j),    &
200           LH(ims,j),GSW(ims,j),GLW(ims,j),                     &
201           CAPG(ims,j),THC(ims,j),SNOWC(ims,j),EMISS(ims,j),    &
202           MAVAIL(ims,j),DELTSM,ROVCP,XLV,DTMIN,IFSNOW,         &
203           SVP1,SVP2,SVP3,SVPT0,EP2,KARMAN,EOMEG,STBOLT,        &
204           TSLB(ims,1,j),ZS,DZS,num_soil_layers,radiation,      &
205           P1000mb,                                             &
206           ids,ide, jds,jde, kds,kde,                           &
207           ims,ime, jms,jme, kms,kme,                           &
208           its,ite, jts,jte, kts,kte                            )
209
210      IF (OMLCALL .EQ. 1) THEN
211!         CALL wrf_debug( 1, 'Call OCEANML' )
212          IF (PRESENT(tml)    .AND.   PRESENT(t0ml) &
213                              .AND.        .TRUE. ) THEN
214            DO i=its,ite
215               IF(XLAND(I,J).GT.1.5)THEN
216               CALL OCEANML(I,J,TML(i,j),T0ML(i,j),HML(i,j),H0ML(i,j),&
217                 HUML(i,j),HVML(i,j),TSK(i,j),HFX(i,j),               &
218                 LH(i,j),GSW(i,j),GLW(i,j),                           &
219                 U_PHY(i,kts,j),V_PHY(i,kts,j),UST(i,j),F(i,j),       &
220                 EMISS(i,j),STBOLT,G,DELTSM,OML_GAMMA,                &
221                 ids,ide, jds,jde, kds,kde,                           &
222                 ims,ime, jms,jme, kms,kme,                           &
223                 its,ite, jts,jte, kts,kte                            )
224               ENDIF
225            ENDDO
226          ELSE
227            CALL wrf_error_fatal('Lacking arguments for OCEANML in slab')
228          ENDIF
229      ENDIF
230
231   ENDDO
232
233   END SUBROUTINE SLAB
234
235!----------------------------------------------------------------
236   SUBROUTINE SLAB1D(J,T1D,QV1D,P1D,FLHC,FLQC,                  &
237                   PSFCPA,XLAND,TMN,HFX,QFX,TSK,QSFC,CHKLOWQ,   &
238                   LH,GSW,GLW,CAPG,THC,SNOWC,EMISS,MAVAIL,      &
239                   DELTSM,ROVCP,XLV,DTMIN,IFSNOW,               &
240                   SVP1,SVP2,SVP3,SVPT0,EP2,                    &
241                   KARMAN,EOMEG,STBOLT,                         &
242                   TSLB2D,ZS,DZS,num_soil_layers,radiation,     &
243                   P1000mb,                                     &
244                   ids,ide, jds,jde, kds,kde,                   &
245                   ims,ime, jms,jme, kms,kme,                   &
246                   its,ite, jts,jte, kts,kte                    )
247!----------------------------------------------------------------
248    IMPLICIT NONE
249!----------------------------------------------------------------
250!                                                                       
251!     SUBROUTINE SLAB CALCULATES THE GROUND TEMPERATURE TENDENCY
252!     ACCORDING TO THE RESIDUAL OF THE SURFACE ENERGY BUDGET           
253!     (BLACKADAR, 1978B).                                             
254!                                                                     
255!     CHANGES:                                                         
256!          FOR SOIL SUB-TIMESTEPS UPDATE SURFACE HFX AND QFX AS TG     
257!          CHANGES TO PREVENT POSSIBLE INSTABILITY FOR LONG MODEL     
258!          STEPS (DT > ~200 SEC).                                     
259!                                                                     
260!          PUT SNOW COVER CHECK ON SOIL SUB-TIMESTEPS                 
261!                                                                     
262!          MAKE UPPER LIMIT ON SOIL SUB-STEP LENGTH MORE CONSERVATIVE 
263!                                                                     
264!----------------------------------------------------------------         
265
266   INTEGER,  INTENT(IN   )   ::     ids,ide, jds,jde, kds,kde,  &
267                                    ims,ime, jms,jme, kms,kme,  &
268                                    its,ite, jts,jte, kts,kte,J
269
270   INTEGER , INTENT(IN)      ::     num_soil_layers
271   LOGICAL,  INTENT(IN   )   ::     radiation
272
273   INTEGER,  INTENT(IN   )   ::     IFSNOW
274!
275   REAL,     INTENT(IN   )   ::     DTMIN,XLV,ROVCP,DELTSM
276
277   REAL,     INTENT(IN )     ::     SVP1,SVP2,SVP3,SVPT0
278   REAL,     INTENT(IN )     ::     EP2,KARMAN,EOMEG,STBOLT
279   REAL,     INTENT(IN )     ::     P1000mb
280
281   REAL,     DIMENSION( ims:ime , 1:num_soil_layers ),          &
282             INTENT(INOUT)   :: TSLB2D
283
284   REAL,     DIMENSION(1:num_soil_layers), INTENT(IN)::ZS,DZS
285
286!
287   REAL,    DIMENSION( ims:ime )                              , &
288            INTENT(INOUT)    ::                            HFX, &
289                                                           QFX, &
290                                                            LH, &
291                                                          CAPG, &
292                                                           TSK, &
293                                                          QSFC, &
294                                                       CHKLOWQ
295!
296   REAL,    DIMENSION( ims:ime )                              , &
297            INTENT(IN   )    ::                          SNOWC, &
298                                                         XLAND, &
299                                                         EMISS, &
300                                                        MAVAIL, &
301                                                           TMN, &
302                                                           GSW, &
303                                                           GLW, &
304                                                           THC
305!
306   REAL,    DIMENSION( its:ite )                              , &
307            INTENT(IN   )    ::                           QV1D, &
308                                                           P1D, &
309                                                           T1D
310!
311   REAL,     DIMENSION( its:ite )                             , &
312             INTENT(IN   )               ::             PSFCPA
313
314!
315   REAL,    DIMENSION( ims:ime ), INTENT(INOUT) ::              &
316                                                          FLHC, &
317                                                          FLQC
318! LOCAL VARS
319
320   REAL,    DIMENSION( its:ite )          ::              PSFC
321
322   REAL,    DIMENSION( its:ite )          ::                    &
323                                                           THX, &
324                                                            QX, &
325                                                          SCR3
326
327   REAL,    DIMENSION( its:ite )          ::            DTHGDT, &
328                                                           TG0, &
329                                                         THTMN, &
330                                                          XLD1, &
331                                                         TSCVN, &
332                                                          OLTG, &
333                                                        UPFLUX, &
334                                                            HM, &
335                                                          RNET, &
336                                                         XINET, &
337                                                            QS, &
338                                                         DTSDT
339!
340   REAL, DIMENSION( its:ite, num_soil_layers )        :: FLUX
341!
342   INTEGER :: I,K,NSOIL,ITSOIL,L,NK,RADSWTCH
343   REAL    :: PS,PS1,XLDCOL,TSKX,RNSOIL,RHOG1,RHOG2,RHOG3,LAMDAG
344   REAL    :: THG,ESG,QSG,HFXT,QFXT,CS,CSW,LAMG(4),THCON,PL
345 
346!----------------------------------------------------------------------         
347!-----DETERMINE IF ANY POINTS IN COLUMN ARE LAND (RATHER THAN OCEAN)             
348!       POINTS.  IF NOT, SKIP DOWN TO THE PRINT STATEMENTS SINCE OCEAN           
349!       SURFACE TEMPERATURES ARE NOT ALLOWED TO CHANGE.                         
350!                                                                               
351! from sfcrad   
352!----------------------------------------------------------------------
353   DATA CSW/4.183E6/
354   DATA LAMG/1.407E-8, -1.455E-5, 6.290E-3, 0.16857/
355
356   DO i=its,ite
357! in cmb
358      PSFC(I)=PSFCPA(I)/1000.
359   ENDDO
360
361
362      DO I=its,ite
363! PL cmb
364         PL=P1D(I)/1000.
365         SCR3(I)=T1D(I)
366!         THCON=(100./PL)**ROVCP
367         THCON=(P1000mb*0.001/PL)**ROVCP
368         THX(I)=SCR3(I)*THCON
369         QX(I)=0.
370      ENDDO
371
372!     IF(IDRY.EQ.1) GOTO 81
373      DO I=its,ite
374         QX(I)=QV1D(I)
375      ENDDO
376   81 CONTINUE
377
378!
379!-----THE SLAB THERMAL CAPACITY CAPG(I) ARE DEPENDENT ON:
380!     THC(I) - SOIL THERMAL INERTIAL, ONLY.
381!
382      DO I=its,ite
383         CAPG(I)=3.298E6*THC(I)
384         IF(num_soil_layers .gt. 1)THEN
385
386! CAPG REPRESENTS SOIL HEAT CAPACITY (J/K/M^3) WHEN DIFSL=5.E-7 (M^2/S)
387! TO GIVE A CORRECT THERMAL INERTIA (=CAPG*DIFSL^0.5)
388
389            CAPG(I)=5.9114E7*THC(I)
390         ENDIF
391      ENDDO
392!       
393      XLDCOL=2.0                                                                 
394      DO 10 I=its,ite
395        XLDCOL=AMIN1(XLDCOL,XLAND(I))                                         
396   10 CONTINUE                                                                   
397!                                                                               
398      IF(XLDCOL.GT.1.5)GOTO 90                                                   
399!                                                                               
400!                                                                               
401!-----CONVERT SLAB TEMPERATURE TO POTENTIAL TEMPERATURE AND                     
402!     SET XLD1(I) = 0. FOR OCEAN POINTS:                                         
403!                                                                               
404!                                                                               
405      DO 20 I=its,ite
406        IF((XLAND(I)-1.5).GE.0)THEN                                           
407          XLD1(I)=0.                                                             
408        ELSE                                                                     
409          XLD1(I)=1.                                                             
410        ENDIF                                                                   
411   20 CONTINUE                                                                   
412!                                                                               
413!-----CONVERT 'TSK(THETAG)' TO 'TG' FOR 'IUP' CALCULATION ....                   
414!       IF WE ARE USING THE BLACKADAR MULTI-LEVEL (HIGH-RESOLUTION)             
415!       PBL MODEL                                                               
416!                                                                               
417      DO 50 I=its,ite
418        IF(XLD1(I).LT.0.5)GOTO 50                                               
419
420! PS cmb
421        PS=PSFC(I)
422
423! TSK is Temperature at gound sfc
424!       TG0(I)=TSK(I)*(PS*0.01)**ROVCP                                         
425        TG0(I)=TSK(I)
426   50 CONTINUE                                                                   
427!                                                                               
428!-----COMPUTE THE SURFACE ENERGY BUDGET:                                         
429!                                                                               
430!     IF(ISOIL.EQ.1)NSOIL=1                                                     
431      IF(num_soil_layers .gt. 1)NSOIL=1                                                     
432
433
434      IF (radiation) then
435        RADSWTCH=1
436      ELSE
437        RADSWTCH=0
438      ENDIF
439
440      DO 70 I=its,ite
441        IF(XLD1(I).LT.0.5)GOTO 70
442!        OLTG(I)=TSK(I)*(100./PSFC(I))**ROVCP
443        OLTG(I)=TSK(I)*(P1000mb*0.001/PSFC(I))**ROVCP
444        UPFLUX(I)=RADSWTCH*STBOLT*TG0(I)**4                           
445        XINET(I)=EMISS(I)*(GLW(I)-UPFLUX(I))   
446        RNET(I)=GSW(I)+XINET(I)                                               
447        HM(I)=1.18*EOMEG*(TG0(I)-TMN(I))                                       
448!       MOISTURE FLUX CALCULATED HERE (OVERWRITES SFC LAYER VALUE FOR LAND)
449                ESG=SVP1*EXP(SVP2*(TG0(I)-SVPT0)/(TG0(I)-SVP3))
450                QSG=EP2*ESG/(PSFC(I)-ESG)
451                THG=TSK(I)*(100./PSFC(I))**ROVCP
452                HFX(I)=FLHC(I)*(THG-THX(I))
453                QFX(I)=FLQC(I)*(QSG-QX(I))
454                LH(I)=QFX(I)*XLV
455        QS(I)=HFX(I)+QFX(I)*XLV                               
456!       IF(ISOIL.EQ.0)THEN                                                       
457        IF(num_soil_layers .EQ. 1)THEN                                                       
458          DTHGDT(I)=(RNET(I)-QS(I))/CAPG(I)-HM(I)                             
459        ELSE
460          DTHGDT(I)=0.                                                           
461        ENDIF                                                                   
462   70 CONTINUE                                                                   
463!     IF(ISOIL.EQ.1)THEN                                                         
464      IF(num_soil_layers .gt. 1)THEN                                                         
465        NSOIL=1+IFIX(SOILFAC*4*DIFSL/DZS(1)*DELTSM/DZS(1))   
466        RNSOIL=1./FLOAT(NSOIL)                                                   
467!                                                                               
468!     SOIL SUB-TIMESTEP                                                         
469!                                                                               
470        DO ITSOIL=1,NSOIL                                                       
471          DO I=its,ite
472             DO L=1,num_soil_layers-1
473              IF(XLD1(I).LT.0.5)GOTO 75                                         
474              IF(L.EQ.1.AND.ITSOIL.GT.1)THEN                                     
475!                PS1=(PSFC(I)*0.01)**ROVCP   
476                PS1=(PSFCPA(I)/P1000mb)**ROVCP   
477
478! for rk scheme A and B are the same
479                PS=PSFC(I)
480                THG=TSLB2D(I,1)/PS1                                             
481                ESG=SVP1*EXP(SVP2*(TSLB2D(I,1)-SVPT0)/(TSLB2D(I,1) &
482                    -SVP3))                                                     
483                QSG=EP2*ESG/(PS-ESG)                                             
484!     UPDATE FLUXES FOR NEW GROUND TEMPERATURE                                   
485                HFXT=FLHC(I)*(THG-THX(I))                                     
486                QFXT=FLQC(I)*(QSG-QX(I))
487                QS(I)=HFXT+QFXT*XLV                               
488!     SUM HFX AND QFX OVER SOIL TIMESTEPS                                       
489                HFX(I)=HFX(I)+HFXT                                           
490                QFX(I)=QFX(I)+QFXT                                           
491              ENDIF                                                             
492              FLUX(I,1)=RNET(I)-QS(I)                                           
493              FLUX(I,L+1)=-DIFSL*CAPG(I)*(TSLB2D(I,L+1)-TSLB2D(I,L))/( &
494                          ZS(L+1)-ZS(L))                                         
495              DTSDT(I)=-(FLUX(I,L+1)-FLUX(I,L))/(DZS(L)*CAPG(I))               
496              TSLB2D(I,L)=TSLB2D(I,L)+DTSDT(I)*DELTSM*RNSOIL                     
497              IF(IFSNOW.EQ.1.AND.L.EQ.1)THEN                             
498                IF((SNOWC(I).GT.0..AND.TSLB2D(I,1).GT.273.16))THEN             
499                  TSLB2D(I,1)=273.16                                             
500                ENDIF                                                           
501              ENDIF                                                             
502              IF(L.EQ.1)DTHGDT(I)=DTHGDT(I)+RNSOIL*DTSDT(I)                     
503              IF(ITSOIL.EQ.NSOIL.AND.L.EQ.1)THEN                                 
504!     AVERAGE HFX AND QFX OVER SOIL TIMESTEPS FOR OUTPUT TO PBL                 
505                HFX(I)=HFX(I)*RNSOIL                                         
506                QFX(I)=QFX(I)*RNSOIL                                         
507                LH(I)=QFX(I)*XLV
508              ENDIF                                                             
509   75         CONTINUE                                                           
510            ENDDO                                                               
511          ENDDO                                                                 
512        ENDDO                                                                   
513      ENDIF                                                                     
514!                                                                               
515      DO 80 I=its,ite
516        IF(XLD1(I).LT.0.5) GOTO 80                                               
517        TSKX=TG0(I)+DELTSM*DTHGDT(I)                                             
518
519! TSK is temperature
520!       TSK(I)=TSKX*(100./PS1)**ROVCP                                         
521        TSK(I)=TSKX
522   80 CONTINUE                                                                   
523
524!                                                                               
525!-----MODIFY THE THE GROUND TEMPERATURE IF THE SNOW COVER EFFECTS ARE           
526!     CONSIDERED: LIMIT THE GROUND TEMPERATURE UNDER 0 C.                       
527!                                                                               
528      IF(IFSNOW.EQ.0)GOTO 90                                             
529      DO 85 I=its,ite
530        IF(XLD1(I).LT.0.5)GOTO 85                                               
531!       PS1=(PSFC(I)*0.01)**ROVCP             
532!       TSCVN(I)=TSK(I)*PS1                                           
533        TSCVN(I)=TSK(I)
534        IF((SNOWC(I).GT.0..AND.TSCVN(I).GT.273.16))THEN                       
535          TSCVN(I)=273.16                                                       
536        ELSE                                                                     
537          TSCVN(I)=TSCVN(I)                                                     
538        ENDIF                                                                   
539!       TSK(I)=TSCVN(I)/PS1                                                   
540        TSK(I)=TSCVN(I)
541   85 CONTINUE                                                                   
542!                                                                               
543   90 CONTINUE                                                                   
544      DO I=its,ite
545! QSFC and CHKLOWQ needed by Eta PBL
546        QSFC(I)=QX(I)+QFX(I)/FLQC(I)
547        CHKLOWQ(I)=MAVAIL(I)
548      ENDDO
549!                                                                               
550  140 CONTINUE                                                                   
551
552   END SUBROUTINE SLAB1D
553
554!================================================================
555   SUBROUTINE slabinit(TSK,TMN,                                 &
556                       TSLB,ZS,DZS,num_soil_layers,             &
557                       allowed_to_read, start_of_simulation,    &
558                       ids,ide, jds,jde, kds,kde,               &
559                       ims,ime, jms,jme, kms,kme,               &
560                       its,ite, jts,jte, kts,kte,               &
561                       oml_hml0, omlcall,                       &
562                       tml,t0ml,hml,h0ml,huml,hvml              )
563!----------------------------------------------------------------
564   IMPLICIT NONE
565!----------------------------------------------------------------
566   LOGICAL , INTENT(IN)      ::      allowed_to_read
567   LOGICAL , INTENT(IN)      ::      start_of_simulation
568   INTEGER, INTENT(IN   )    ::      ids,ide, jds,jde, kds,kde, &
569                                     ims,ime, jms,jme, kms,kme, &
570                                     its,ite, jts,jte, kts,kte
571
572   INTEGER, INTENT(IN   )    ::      num_soil_layers
573!   
574   REAL,     DIMENSION( ims:ime , 1:num_soil_layers , jms:jme ), INTENT(INOUT) :: TSLB
575
576   REAL,     DIMENSION(1:num_soil_layers), INTENT(IN)  ::  ZS,DZS
577
578   REAL,    DIMENSION( ims:ime, jms:jme )                     , &
579            INTENT(IN)    ::                               TSK, &
580                                                           TMN
581   REAL,    DIMENSION( ims:ime, jms:jme ) , OPTIONAL          , &
582            INTENT(INOUT)    ::     TML, T0ML, HML, H0ML, HUML, HVML
583   REAL   , OPTIONAL, INTENT(IN   )    ::     oml_hml0
584   INTEGER, OPTIONAL, INTENT(IN   )    ::     omlcall
585
586!  LOCAR VAR
587
588   INTEGER                   ::      L,J,I,itf,jtf
589   CHARACTER*1024 message
590
591!----------------------------------------------------------------
592 
593   itf=min0(ite,ide-1)
594   jtf=min0(jte,jde-1)
595
596   IF ( PRESENT(omlcall) .AND. omlcall .EQ. 1) THEN
597   WRITE(message,*)'Initializing OML with HML0 = ', oml_hml0
598   CALL wrf_debug (1, TRIM(message))
599
600   IF(start_of_simulation .AND. &
601      PRESENT(tml) .AND. PRESENT(t0ml) ) THEN
602     DO J=jts,jtf
603     DO I=its,itf
604       TML(I,J)=TSK(I,J)
605       T0ML(I,J)=TSK(I,J)
606! MAY HAVE INPUT OF HML BUT FOR NOW SET HERE
607       HML(I,J)=oml_hml0
608       H0ML(I,J)=HML(I,J)
609       HUML(I,J)=0.
610       HVML(I,J)=0.
611     ENDDO
612     ENDDO
613   ENDIF
614   ENDIF
615
616   END SUBROUTINE slabinit
617
618!-------------------------------------------------------------------         
619
620   SUBROUTINE OCEANML(I,J,TML,T0ML,H,H0,HUML,                   &
621           HVML,TSK,HFX,                                        &
622           LH,GSW,GLW,                                          &
623           UAIR,VAIR,UST,F,EMISS,STBOLT,G,DT,OML_GAMMA,         &
624           ids,ide, jds,jde, kds,kde,                           &
625           ims,ime, jms,jme, kms,kme,                           &
626           its,ite, jts,jte, kts,kte                            )
627
628!----------------------------------------------------------------
629   IMPLICIT NONE
630!----------------------------------------------------------------
631   INTEGER, INTENT(IN   )    ::      I, J
632   INTEGER, INTENT(IN   )    ::      ids,ide, jds,jde, kds,kde, &
633                                     ims,ime, jms,jme, kms,kme, &
634                                     its,ite, jts,jte, kts,kte
635
636   REAL,    INTENT(INOUT)    :: TML, H, H0, HUML, HVML, TSK
637
638   REAL,    INTENT(IN   )    :: T0ML, HFX, LH, GSW, GLW,        &
639                                UAIR, VAIR, UST, F, EMISS
640
641   REAL,    INTENT(IN) :: STBOLT, G, DT, OML_GAMMA
642
643! Local
644   REAL :: rhoair, rhowater, Gam, alp, BV2, A1, A2, B2, u, v, wspd, &
645           hu1, hv1, hu2, hv2, taux, tauy, tauxair, tauyair, q, hold, &
646           hsqrd, thp, cwater
647   CHARACTER(LEN=120) :: time_series
648
649      hu1=huml
650      hv1=hvml
651      rhoair=1.
652      rhowater=1000.
653      cwater=4200.
654! Deep ocean lapse rate (K/m) - from Rich
655      Gam=oml_gamma
656!     if(i.eq.1 .and. j.eq.1 .or. i.eq.105.and.j.eq.105) print *, 'gamma = ', gam
657!     Gam=0.14
658!     Gam=5.6/40.
659!     if(i.eq.1 .and. j.eq.1 ) print *, 'gamma = ', gam
660!     Gam=5./100.
661! Thermal expansion coeff (/K)
662!      alp=.0002
663!     temp dependence (/K)
664      alp=max((tml-273.15)*1.e-5, 1.e-6)
665      BV2=alp*g*Gam
666      thp=t0ml-Gam*(h-h0)
667      A1=(tml-thp)*h - 0.5*Gam*h*h
668      if(h.ne.0.)then
669        u=hu1/h
670        v=hv1/h
671      else
672        u=0.
673        v=0.
674      endif
675
676!  time step
677
678!       q=(-hfx-lh+gsw+glw-stbolt*emiss*tml*tml*tml*tml)/(rhowater*cwater)
679!       wspd=max(sqrt(uair*uair+vair*vair),0.1)
680        wspd=sqrt(uair*uair+vair*vair)
681        if (wspd .lt. 1.e-10 ) then
682!          print *, 'i,j,wspd are ', i,j,wspd
683           wspd = 1.e-10
684        endif
685        tauxair=ust*ust*uair/wspd
686        taux=rhoair/rhowater*tauxair
687        tauyair=ust*ust*vair/wspd
688        tauy=rhoair/rhowater*tauyair
689! note: forward-backward coriolis force for effective time-centering
690        hu2=hu1+dt*( f*hv1 + taux)
691        hv2=hv1+dt*(-f*hu2 + tauy)
692!       A2=A1+q*dt
693        A2=A1
694
695        huml=hu2
696        hvml=hv2
697
698        hold=h
699        B2=hu2*hu2+hv2*hv2
700        hsqrd=-A2/Gam + sqrt(A2*A2/(Gam*Gam) + 2.*B2/BV2)
701        h=sqrt(max(hsqrd,0.0))
702! limit to positive h change
703        if(h.lt.hold)h=hold
704
705        if(h.ne.0.)then
706          tml=max(t0ml - Gam*(h-h0) + 0.5*Gam*h + A2/h, 273.15)
707          u=hu2/h
708          v=hv2/h
709        else
710          tml=t0ml
711          u=0.
712          v=0.
713        endif
714        tsk=tml
715!        if(h.gt.100.)print *,i,j,h,tml,' h,tml'
716
717! ww: output point data
718!     if( (i.eq.190 .and. j.eq.115) .or. (i.eq.170 .and. j.eq.125) ) then
719!        write(jtime,fmt='("TS ",f10.0)') float(itimestep)
720!        CALL wrf_message ( TRIM(jtime) )
721!        write(time_series,fmt='("OML",2I4,2F9.5,2F8.2,2E15.5,F8.3)') &
722!              i,j,u,v,tml,h,taux,tauy,a2
723!        CALL wrf_message ( TRIM(time_series) )
724!     end if
725
726   END SUBROUTINE OCEANML
727!-------------------------------------------------------------------         
728
729END MODULE module_sf_slab
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.