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Jan 30, 2020, 10:36:35 AM (5 years ago)
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aboissinot
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The thermal plume model is able to manage several plumes in the same column and
work without the convective adjustment.

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  • trunk/LMDZ.GENERIC/libf/phystd/thermcell_main.F90

    r2229 r2232  
    66                          pu,pv,pt,pq,                                        &
    77                          pduadj,pdvadj,pdtadj,pdqadj,                        &
    8                           f0,fm0,entr0,detr0,zw2,fraca,                       &
    9                           zqta,zqla,ztv,ztva,zhla,zhl,zqsa,                   &
    10                           lmin,lmix,lmax)
     8                          fm_tot,entr_tot,detr_tot,zw2_tot,fraca)
    119     
    1210     
    … …  
    4341!    lmin can be greater than 1
    4442!    Mix every tracer
     43!    Can stack verticaly multiple plumes (it makes thermcell_dv2 unusable for the moment)
    4544!
    4645!===============================================================================
    … …  
    6766      REAL, INTENT(in) :: pplev(ngrid,nlay+1)         ! Level pressure
    6867      REAL, INTENT(in) :: pphi(ngrid,nlay)            ! Geopotential
     68      REAL, INTENT(in) :: zpopsk(ngrid,nlay)          ! Exner function
    6969     
    7070      REAL, INTENT(in) :: pu(ngrid,nlay)              ! Zonal wind
    … …  
    7878!     --------
    7979     
    80       INTEGER, INTENT(out) :: lmax(ngrid)             ! Highest layer reached by the plume
    81       INTEGER, INTENT(out) :: lmix(ngrid)             ! Layer in which plume vertical speed is maximal
    82       INTEGER, INTENT(out) :: lmin(ngrid)             ! First unstable layer
    83      
    8480      REAL, INTENT(out) :: pduadj(ngrid,nlay)         ! u convective variations
    8581      REAL, INTENT(out) :: pdvadj(ngrid,nlay)         ! v convective variations
    … …  
    8783      REAL, INTENT(out) :: pdqadj(ngrid,nlay,nq)      ! q convective variations
    8884     
    89       REAL, INTENT(inout) :: f0(ngrid)                ! mass flux norm (after possible time relaxation)
    90       REAL, INTENT(inout) :: fm0(ngrid,nlay+1)        ! mass flux      (after possible time relaxation)
    91       REAL, INTENT(inout) :: entr0(ngrid,nlay)        ! entrainment    (after possible time relaxation)
    92       REAL, INTENT(inout) :: detr0(ngrid,nlay)        ! detrainment    (after possible time relaxation)
     85      REAL, INTENT(inout) :: fm_tot(ngrid,nlay+1)     ! Total mass flux
     86      REAL, INTENT(inout) :: entr_tot(ngrid,nlay)     ! Total entrainment
     87      REAL, INTENT(inout) :: detr_tot(ngrid,nlay)     ! Total detrainment
     88     
     89      REAL, INTENT(out) :: fraca(ngrid,nlay+1)        ! Updraft fraction
     90      REAL, INTENT(out) :: zw2_tot(ngrid,nlay+1)      ! Total plume vertical speed
    9391     
    9492!     Local:
    … …  
    9694     
    9795      INTEGER ig, k, l, iq
     96      INTEGER lmax(ngrid)                             ! Highest layer reached by the plume
     97      INTEGER lmix(ngrid)                             ! Layer in which plume vertical speed is maximal
     98      INTEGER lmin(ngrid)                             ! First unstable layer
    9899     
    99100      REAL zmix(ngrid)                                ! Altitude of maximal vertical speed
    … …  
    106107      REAL rhobarz(ngrid,nlay)                        ! Levels densities
    107108      REAL masse(ngrid,nlay)                          ! Layers masses
    108       REAL zpopsk(ngrid,nlay)                         ! Exner function
    109109     
    110110      REAL zu(ngrid,nlay)                             ! u    environment
    … …  
    128128     
    129129      REAL f_star(ngrid,nlay+1)                       ! Normalized mass flux
    130       REAL entr_star(ngrid,nlay)                      ! Normalized entrainment (E* = e* dz)
    131       REAL detr_star(ngrid,nlay)                      ! Normalized detrainment (D* = d* dz)
    132      
     130      REAL entr_star(ngrid,nlay)                      ! Normalized entrainment
     131      REAL detr_star(ngrid,nlay)                      ! Normalized detrainment
     132     
     133      REAL f(ngrid)                                   ! Mass flux norm
    133134      REAL fm(ngrid,nlay+1)                           ! Mass flux
    134       REAL entr(ngrid,nlay)                           ! Entrainment (E = e dz)
    135       REAL detr(ngrid,nlay)                           ! Detrainment (D = d dz)
    136      
    137       REAL f(ngrid)                                   ! Mass flux norm
    138       REAL lambda                                     ! Time relaxation coefficent
    139       REAL fraca(ngrid,nlay+1)                        ! Updraft fraction
     135      REAL entr(ngrid,nlay)                           ! Entrainment
     136      REAL detr(ngrid,nlay)                           ! Detrainment
     137     
     138      REAL zw2(ngrid,nlay+1)                          ! Plume vertical speed
    140139      REAL wmax(ngrid)                                ! Maximal vertical speed
    141       REAL zw2(ngrid,nlay+1)                          ! Plume vertical speed
    142140      REAL zdthladj(ngrid,nlay)                       ! Potential temperature variations
    143141      REAL dummy(ngrid,nlay)                          ! Dummy argument for thermcell_dq()
    144142     
     143!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
     144      INTEGER lbot(ngrid)
     145      LOGICAL re_tpm
     146      INTEGER while_loop_counter
     147!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
     148     
    145149!===============================================================================
    146150! Initialization
    147151!===============================================================================
    148152     
    149       IF (firstcall) THEN
    150          fm0(:,:) = 0.
    151          entr0(:,:) = 0.
    152          detr0(:,:) = 0.
    153       ENDIF
    154      
    155       DO ig=1,ngrid
    156 ! AB: Minimal f0 value is set to 0. (instead of 1.e-2 in Earth version)
    157          f0(ig) = MAX(f0(ig), 0.)
    158       ENDDO
     153      fm_tot(:,:) = 0.
     154      entr_tot(:,:) = 0.
     155      detr_tot(:,:) = 0.
     156      zw2_tot(:,:) = 0.
    159157     
    160158      pduadj(:,:) = 0.0
    … …  
    164162     
    165163      zdthladj(:,:) = 0.0
     164     
     165!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
     166      re_tpm = .true.
     167      lbot(:) = linf
     168      while_loop_counter = 0.
     169!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
    166170     
    167171!===============================================================================
    … …  
    243247!     ---------------------------         |
    244248!                                         |
    245 !     --------------------------- rhobarz, f_star, fm, fm0, zw2, fraca
     249!     --------------------------- rhobarz, f_star, fm, zw2, fraca
    246250!         zt, zu, zv, zo, rho             |
    247251!     ---------------------------         |
    … …  
    287291!===============================================================================
    288292     
    289 !-------------------------------------------------------------------------------
    290 ! Thermal plumes speeds, fluxes, tracers and temperatures
    291 !-------------------------------------------------------------------------------
    292      
    293       CALL thermcell_plume(ngrid,nlay,nq,ptimestep,                           &
    294       &                    ztv,zhl,zqt,zql,zlev,pplev,zpopsk,                 &
    295       &                    detr_star,entr_star,f_star,                        &
    296       &                    ztva,zhla,zqta,zqla,zqsa,                          &
    297       &                    zw2,lmin)
    298      
     293      DO WHILE (re_tpm.and.(while_loop_counter<nlay))
     294         while_loop_counter = while_loop_counter + 1
     295         
     296!-------------------------------------------------------------------------------
     297! Thermal plumes speeds, normalized fluxes, tracers and temperatures
     298!-------------------------------------------------------------------------------
     299         
     300         CALL thermcell_plume(ngrid,nlay,nq,ptimestep,                        &
     301         &                    ztv,zhl,zqt,zql,zlev,pplev,zpopsk,              &
     302         &                    detr_star,entr_star,f_star,                     &
     303         &                    ztva,zhla,zqta,zqla,zqsa,                       &
     304         &                    zw2,lbot,lmin)
     305         
    299306!-------------------------------------------------------------------------------
    300307! Thermal plumes characteristics: zmax, zmix, wmax
    301308!-------------------------------------------------------------------------------
    302      
     309         
    303310! AB: Careful, zw2 became its square root in thermcell_height!
    304       CALL thermcell_height(ngrid,nlay,lmin,lmix,lmax,zlev,                   &
    305       &                     zmin,zmix,zmax,zw2,wmax,f_star)
    306      
    307 !===============================================================================
    308 ! Closure and mass fluxes computation
    309 !===============================================================================
    310      
     311         CALL thermcell_height(ngrid,nlay,lmin,lmix,lmax,                     &
     312         &                     zlev,zmin,zmix,zmax,zw2,wmax,f_star)
     313         
    311314!-------------------------------------------------------------------------------
    312315! Closure
    313316!-------------------------------------------------------------------------------
    314      
    315       CALL thermcell_closure(ngrid,nlay,ptimestep,rho,zlev,                   &
    316       &                      lmax,entr_star,zmin,zmax,wmax,f)
    317      
    318       IF (tau_thermals>1.) THEN
    319          lambda = exp(-ptimestep/tau_thermals)
    320          f0(:) = (1.-lambda) * f(:) + lambda * f0(:)
    321       ELSE
    322          f0(:) = f(:)
    323       ENDIF
    324      
     317         
     318         CALL thermcell_closure(ngrid,nlay,ptimestep,rho,zlev,                &
     319         &                      lmax,entr_star,zmin,zmax,wmax,f)
     320         
    325321! FH: Test valable seulement en 1D mais pas genant
    326       IF (.not. (f0(1).ge.0.) ) THEN
    327          print *, 'ERROR: mass flux norm is not positive!'
    328          print *, 'f0 =', f0(1)
    329          CALL abort
    330       ENDIF
    331      
     322         IF (.not. (f(1).ge.0.) ) THEN
     323            print *, 'ERROR: mass flux norm is not positive!'
     324            print *, 'f =', f(1)
     325            CALL abort
     326         ENDIF
     327         
    332328!-------------------------------------------------------------------------------
    333329! Mass fluxes
    334330!-------------------------------------------------------------------------------
    335      
    336       CALL thermcell_flux(ngrid,nlay,ptimestep,masse,                         &
    337       &                   lmin,lmax,entr_star,detr_star,                      &
    338       &                   f,rhobarz,zlev,zw2,fm,entr,detr,zqla)
    339      
    340 !~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
    341 ! On ne prend pas directement les profils issus des calculs precedents mais on
    342 ! s'autorise genereusement une relaxation vers ceci avec une constante de temps
    343 ! tau_thermals (typiquement 1800s sur Terre).
    344 !~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
    345      
    346       IF (tau_thermals>1.) THEN
    347          lambda = exp(-ptimestep/tau_thermals)
    348          fm0   = (1.-lambda) * fm   + lambda * fm0
    349          entr0 = (1.-lambda) * entr + lambda * entr0
    350          detr0 = (1.-lambda) * detr + lambda * detr0
    351       ELSE
    352          fm0(:,:)   = fm(:,:)
    353          entr0(:,:) = entr(:,:)
    354          detr0(:,:) = detr(:,:)
    355       ENDIF
    356      
    357 !-------------------------------------------------------------------------------
     331         
     332         CALL thermcell_flux(ngrid,nlay,ptimestep,masse,                      &
     333         &                   lmin,lmax,entr_star,detr_star,                   &
     334         &                   f,rhobarz,zlev,zw2,fm,entr,detr)
     335         
     336!-------------------------------------------------------------------------------
     337!
     338!-------------------------------------------------------------------------------
     339         
     340         re_tpm = .false.
     341         DO ig=1,ngrid
     342            IF(lmax(ig) > lmin(ig)) THEN
     343               lbot(ig) = lmax(ig)
     344               re_tpm = .true.
     345            ELSE
     346               lbot(ig) = nlay
     347            ENDIF
     348         ENDDO
     349         
     350!-------------------------------------------------------------------------------
     351! Thermal plumes stacking
     352!-------------------------------------------------------------------------------
     353         
     354         zw2_tot(:,:)  = zw2_tot(:,:)  + zw2(:,:)
     355         entr_tot(:,:) = entr_tot(:,:) + entr(:,:)
     356         detr_tot(:,:) = detr_tot(:,:) + detr(:,:)
     357         fm_tot(:,:)   = fm_tot(:,:)   + fm(:,:)
     358         
     359      ENDDO
     360     
     361!===============================================================================
    358362! Updraft fraction
    359 !-------------------------------------------------------------------------------
     363!===============================================================================
    360364     
    361365      DO ig=1,ngrid
    … …  
    366370      DO l=2,nlay
    367371         DO ig=1,ngrid
    368             IF (zw2(ig,l) > 0.) THEN
    369                fraca(ig,l) = fm(ig,l) / (rhobarz(ig,l) * zw2(ig,l))
     372            IF (zw2_tot(ig,l) > 0.) THEN
     373               fraca(ig,l) = fm_tot(ig,l) / (rhobarz(ig,l) * zw2_tot(ig,l))
    370374            ELSE
    371375               fraca(ig,l) = 0.
    … …  
    375379     
    376380!===============================================================================
    377 ! Transport vertical
     381! Vertical transport
    378382!===============================================================================
    379383     
    … …  
    382386!-------------------------------------------------------------------------------
    383387     
    384       CALL thermcell_dq(ngrid,nlay,ptimestep,fm0,entr0,detr0,masse,           &
    385       &                 zhl,zdthladj,dummy)
     388      CALL thermcell_dq(ngrid,nlay,ptimestep,fm_tot,entr_tot,detr_tot,        &
     389      &                 masse,zhl,zdthladj,dummy)
    386390     
    387391      DO l=1,nlay
    … …  
    396400     
    397401      DO iq=1,nq
    398          CALL thermcell_dq(ngrid,nlay,ptimestep,fm0,entr0,detr0,masse,        &
    399          &                 pq(:,:,iq),pdqadj(:,:,iq),zqa(:,:,iq))
     402         CALL thermcell_dq(ngrid,nlay,ptimestep,fm_tot,entr_tot,detr_tot,     &
     403         &                 masse,pq(:,:,iq),pdqadj(:,:,iq),zqa(:,:,iq))
    400404      ENDDO
    401405     
    … …  
    404408!-------------------------------------------------------------------------------
    405409     
     410! AB: Careful, thermcell_dv2 wasn't checked! It is not sure that it works
     411!     correctly with the plumes stacking (zmin, wmax doesn't make sense).
    406412      IF (dvimpl) THEN
    407          CALL thermcell_dv2(ngrid,nlay,ptimestep,fm0,entr0,detr0,masse,fraca,    &
    408          &                  zmax,zmin,pu,pv,pduadj,pdvadj,zua,zva)
     413         CALL thermcell_dv2(ngrid,nlay,ptimestep,fm_tot,entr_tot,detr_tot,    &
     414         &                  masse,fraca,zmax,zmin,pu,pv,pduadj,pdvadj,zua,zva)
    409415      ELSE
    410          CALL thermcell_dq(ngrid,nlay,ptimestep,fm0,entr0,detr0,masse,           &
    411          &                 zu,pduadj,zua)
    412          CALL thermcell_dq(ngrid,nlay,ptimestep,fm0,entr0,detr0,masse,           &
    413          &                 zv,pdvadj,zva)
     416         CALL thermcell_dq(ngrid,nlay,ptimestep,fm_tot,entr_tot,detr_tot,     &
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    414420      ENDIF
    415421     
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