Changeset 2407 for trunk


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Sep 1, 2020, 11:23:30 AM (4 years ago)
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mvals
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Mars GCM:
Implementation of HDO in the microphysics of water ice clouds:

  • improvedclouds_mod.F: calculation of the HDO flux
  • growthrate.F, microphys.h: addings to take into account the effect of diffusion kinetics on fractionation
  • callsedim_mod.F: sedimentation of HDO as an isotope of water in the microphysics case

MV

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trunk/LMDZ.MARS
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  • trunk/LMDZ.MARS/README

    r2404 r2407  
    31343134a MCS variable among temp (default), dust and water ice, serving as reference for the binning.
    31353135More details in the preface of simu_MCS.F90 and in simu_MCS.def
     3136
     3137== 01/09/2020 == MV
     3138Implementation of HDO in the microphysics of water ice clouds:
     3139- improvedclouds_mod.F: calculation of the HDO flux
     3140- growthrate.F, microphys.h: addings to take into account the effect of diffusion kinetics on fractionation
     3141- callsedim_mod.F: sedimentation of HDO as an isotope of water in the microphysics case
  • trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/callsedim_mod.F

    r2332 r2407  
    516516     &        ptimestep,pplev,masse,epaisseur,zt,rsedcloud,rhocloud,
    517517     &        zqi(1,1,iq),wq,beta)
    518 c             Surface Tendencies
    519 c             ~~~~~~~~~~
    520               do ig=1,ngrid
    521                 pdqs_sed(ig,iq)=wq(ig,1)/ptimestep
    522               end do
    523518            else
    524519c             water ice sedimentation
     
    527522     &        ptimestep,pplev,masse,epaisseur,zt,rsedcloud,rho_q(iq),
    528523     &        zqi(1,1,iq),wq,beta)
    529 c             Surface tendencies
    530 c             ~~~~~~~~~~
    531               do ig=1,ngrid
    532                 pdqs_sed(ig,iq)=wq(ig,1)/ptimestep
     524            endif ! of if (microphys)
     525c           Surface tendencies
     526c           ~~~~~~~~~~
     527            do ig=1,ngrid
     528              pdqs_sed(ig,iq)=wq(ig,1)/ptimestep
     529            end do
     530c           Special case of isotopes
     531c           ~~~~~~~~~~
     532            !MVals: for now only water can have an isotope, a son ("fils"), and it has to be hdo
     533            if (nqfils(iq).gt.0) then
     534              if (iq.eq.igcm_h2o_ice) then
     535               iq2=igcm_hdo_ice
     536              else
     537               call abort_physic("callsedim_mod","invalid isotope",1)
     538              endif
     539              !MVals: input parameters in vlz_fi for hdo
     540              do l=1,nlay
     541               do ig=1,ngrid
     542                if (zq0(ig,l,iq).gt.qperemin) then
     543                 Ratio0(ig,l)=zq0(ig,l,iq2)/zq0(ig,l,iq)
     544                else
     545                 Ratio0(ig,l)=0.
     546                endif
     547                Ratio(ig,l)=Ratio0(ig,l)
     548                masseq(ig,l)=max(masse(ig,l)*zq0(ig,l,iq),masseqmin)
     549                w(ig,l)=wq(ig,l) !MVals: very important: hdo is transported by h2o (see vlsplt_p.F: correction bugg 15 mai 2015)
     550               enddo !ig=1,ngrid
     551              enddo !l=1,nlay
     552              !MVals: no need to enter newsedim as the transporting mass w has been already calculated
     553              call vlz_fi(ngrid,nlay,Ratio,2.,masseq,w,wq)
     554              zqi(:,nlay,iq2)=zqi(:,nlay,iq)*Ratio0(:,nlay)
     555              do l=1,nlay-1
     556               do ig=1,ngrid
     557                newmasse=max(masseq(ig,l)+w(ig,l+1)-w(ig,l),masseqmin)
     558                Ratio(ig,l)=(Ratio0(ig,l)*masseq(ig,l)
     559     &                       +wq(ig,l+1)-wq(ig,l))/newmasse               
     560                zqi(ig,l,iq2)=zqi(ig,l,iq)*Ratio(ig,l)   
     561               enddo
     562              enddo !l=1,nlay-1
     563              !MVals: hdo surface tendency
     564              do ig=1,ngrid
     565               if (w(ig,1).gt.masseqmin) then
     566                 pdqs_sed(ig,iq2)=pdqs_sed(ig,iq)*(wq(ig,1)/w(ig,1))
     567               else
     568                 pdqs_sed(ig,iq2)=pdqs_sed(ig,iq)*Ratio0(ig,1)
     569               endif
    533570              end do
    534 c             Special case of isotopes
    535 c             ~~~~~~~~~~
    536               !MVals: Loop over the sons ("fils")
    537               if (nqfils(iq).gt.0) then
    538                 if (iq.eq.igcm_h2o_ice) then
    539                  iq2=igcm_hdo_ice
    540                 else
    541                  call abort_physic("callsedim_mod","invalid isotope",1)
    542                 endif
    543                 !MVals: input paramters in vlz_fi for hdo
    544                 do l=1,nlay
    545                  do ig=1,ngrid
    546                   if (zq0(ig,l,iq).gt.qperemin) then
    547                    Ratio0(ig,l)=zq0(ig,l,iq2)/zq0(ig,l,iq)
    548                   else
    549                    Ratio0(ig,l)=0.
    550                   endif
    551                   Ratio(ig,l)=Ratio0(ig,l)
    552                   masseq(ig,l)=max(masse(ig,l)*zq0(ig,l,iq),masseqmin)
    553                   w(ig,l)=wq(ig,l) !MVals: very important: hdo is transported by h2o (see vlsplt_p.F: correction bugg 15 mai 2015)
    554                  enddo !ig=1,ngrid
    555                 enddo !l=1,nlay
    556                 !MVals: no need to enter newsedim as the transporting mass w has been already calculated
    557                 call vlz_fi(ngrid,nlay,Ratio,2.,masseq,w,wq)
    558                 zqi(:,nlay,iq2)=zqi(:,nlay,iq)*Ratio0(:,nlay)
    559                 do l=1,nlay-1
    560                  do ig=1,ngrid
    561                   newmasse=max(masseq(ig,l)+w(ig,l+1)-w(ig,l),masseqmin)
    562                   Ratio(ig,l)=(Ratio0(ig,l)*masseq(ig,l)
    563      &                         +wq(ig,l+1)-wq(ig,l))/newmasse               
    564                   zqi(ig,l,iq2)=zqi(ig,l,iq)*Ratio(ig,l)   
    565                  enddo
    566                 enddo !l=1,nlay-1
    567                 !MVals: hdo surface tendency
    568                 do ig=1,ngrid
    569                  if (w(ig,1).gt.masseqmin) then
    570                    pdqs_sed(ig,iq2)=pdqs_sed(ig,iq)*(wq(ig,1)/w(ig,1))
    571                  else
    572                    pdqs_sed(ig,iq2)=pdqs_sed(ig,iq)*Ratio0(ig,1)
    573                  endif
    574                 end do
    575               endif !(nqfils(iq).gt.0)
    576             endif ! of if (microphys)
    577 
     571            endif !(nqfils(iq).gt.0)
    578572c -----------------------------------------------------------------
    579573c         GENERAL CASE
  • trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/growthrate.F

    r1266 r2407  
    1       subroutine growthrate(temp,pmid,psat,rcrystal,res)
     1      subroutine growthrate(temp,pmid,psat,rcrystal,res,Dv)
    22
    33      use tracer_mod, only: rho_ice
     
    3434c     Output
    3535      REAL res      ! growth resistance (res=Rk+Rd)
    36 
     36      REAL Dv       ! water vapor diffusion coefficient
    3737
    3838c   local:
     
    4141      REAL k,Lv                 
    4242      REAL knudsen           ! Knudsen number (gas mean free path/particle radius)
    43       REAL afactor,Dv,lambda       ! Intermediate computations for growth rate
     43      REAL afactor,lambda       ! Intermediate computations for growth rate
    4444      REAL Rk,Rd
    4545     
  • trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/improvedclouds_mod.F

    r2304 r2407  
    1414     &                      igcm_h2o_ice, igcm_dust_mass,
    1515     &                      igcm_dust_number, igcm_ccn_mass,
    16      &                      igcm_ccn_number
     16     &                      igcm_ccn_number,
     17     &                      igcm_hdo_vap,igcm_hdo_ice,
     18     &                      qperemin
    1719      use conc_mod, only: mmean
    1820      use comcstfi_h, only: pi, cpp
     
    8284      REAL cste
    8385      REAL dMice           ! mass of condensed ice
     86      REAL dMice_hdo       ! mass of condensed HDO ice
     87      REAL alpha(ngrid,nlay) ! HDO equilibrium fractionation coefficient (Saturation=1)
     88      REAL alpha_c(ngrid,nlay) ! HDO real fractionation coefficient
    8489!      REAL sumcheck
    8590      REAL*8 ph2o          ! Water vapor partial pressure (Pa)
     
    103108
    104109      REAL res      ! Resistance growth
     110      REAL Dv,Dv_hdo ! Water/HDO vapor diffusion coefficient
    105111     
    106112
     
    364370c       get resistance growth
    365371        call growthrate(zt(ig,l),pplay(ig,l),
    366      &             real(ph2o/satu),rice(ig,l),res)
     372     &             real(ph2o/satu),rice(ig,l),res,Dv)
    367373
    368374        res_out(ig,l) = res
     
    391397       subpdtcloud(ig,l)= dMice*lw/cpp/microtimestep
    392398         
    393          
     399c Special case of the isotope of water HDO   
     400       if (hdo) then
     401         !! condensation
     402         if (dMice.gt.0.0) then
     403         !! do we use fractionation?
     404           if (hdofrac) then
     405             !! Calculation of the HDO vapor coefficient
     406             Dv_hdo = 1./3. * sqrt( 8*kbz*zt(ig,l)/(pi*mhdo/nav) )
     407     &          * kbz * zt(ig,l) /
     408     &          ( pi * pplay(ig,l) * (molco2+molhdo)*(molco2+molhdo)
     409     &          * sqrt(1.+mhdo/mco2) )
     410             !! Calculation of the fractionnation coefficient at equilibrium
     411             alpha(ig,l) = exp(16288./zt(ig,l)**2.-9.34d-2)
     412c             alpha = exp(13525./zt(ig,l)**2.-5.59d-2)  !Lamb
     413             !! Calculation of the 'real' fractionnation coefficient
     414             alpha_c(ig,l) = (alpha(ig,l)*satu)/
     415     &          ( (alpha(ig,l)*(Dv/Dv_hdo)*(satu-1.)) + 1.)
     416c             alpha_c(ig,l) = alpha(ig,l) ! to test without the effect of cinetics
     417           else
     418             alpha_c(ig,l) = 1.d0
     419           endif
     420           if (zq0(ig,l,igcm_h2o_vap).gt.qperemin) then
     421              dMice_hdo=
     422     &          dMice*alpha_c(ig,l)*
     423     &     ( zq0(ig,l,igcm_hdo_vap)
     424     &             /zq0(ig,l,igcm_h2o_vap) )
     425           else
     426             dMice_hdo=0.
     427           endif
     428         !! sublimation
     429         else
     430           if (zq0(ig,l,igcm_h2o_ice).gt.qperemin) then
     431             dMice_hdo=
     432     &            dMice*
     433     &     ( zq0(ig,l,igcm_hdo_ice)
     434     &             /zq0(ig,l,igcm_h2o_ice) )
     435           else
     436             dMice_hdo=0.
     437           endif
     438         endif !if (dMice.gt.0.0)
     439
     440       dMice_hdo = max(dMice_hdo,-zq(ig,l,igcm_hdo_ice))
     441       dMice_hdo = min(dMice_hdo,zq(ig,l,igcm_hdo_vap))
     442
     443       zq(ig,l,igcm_hdo_ice) = zq(ig,l,igcm_hdo_ice)+dMice_hdo
     444       zq(ig,l,igcm_hdo_vap) = zq(ig,l,igcm_hdo_vap)-dMice_hdo
     445
     446       endif ! if (hdo)       
    394447     
    395448!=============================================================
     
    405458     &                            + zq(ig,l,igcm_h2o_ice)
    406459            zq(ig,l,igcm_h2o_ice) = 0.
     460            if (hdo) then
     461              zq(ig,l,igcm_hdo_vap) = zq(ig,l,igcm_hdo_vap)
     462     &                            + zq(ig,l,igcm_hdo_ice)
     463              zq(ig,l,igcm_hdo_ice) = 0.
     464            endif
    407465c           Dust particles
    408466            zq(ig,l,igcm_dust_mass) = zq(ig,l,igcm_dust_mass)
     
    429487     &   (zq(1:ngrid,1:nlay,igcm_h2o_ice) -
    430488     &    zq0(1:ngrid,1:nlay,igcm_h2o_ice))/microtimestep
     489        if (hdo) then
     490          subpdqcloud(1:ngrid,1:nlay,igcm_hdo_vap) =
     491     &     (zq(1:ngrid,1:nlay,igcm_hdo_vap) -
     492     &      zq0(1:ngrid,1:nlay,igcm_hdo_vap))/microtimestep
     493          subpdqcloud(1:ngrid,1:nlay,igcm_hdo_ice) =
     494     &     (zq(1:ngrid,1:nlay,igcm_hdo_ice) -
     495     &      zq0(1:ngrid,1:nlay,igcm_hdo_ice))/microtimestep
     496        endif
    431497        subpdqcloud(1:ngrid,1:nlay,igcm_ccn_mass) =
    432498     &   (zq(1:ngrid,1:nlay,igcm_ccn_mass) -
  • trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/microphys.h

    r1816 r2407  
    1818!     Molecular weight of H2O (kg.mol-1)
    1919      DOUBLE PRECISION, PARAMETER :: mh2o = 18.d-3
     20!     Molecular weight of HDO (kg.mol-1)
     21      DOUBLE PRECISION, PARAMETER :: mhdo = 19.d-3
    2022!     Molecular weight of CO2 (kg.mol-1)
    2123      DOUBLE PRECISION, PARAMETER :: mco2 = 44.d-3
     
    2729!     Effective H2O gas molecular radius (m)
    2830      DOUBLE PRECISION, PARAMETER :: molh2o = 1.2d-10
     31!     Effective HDO gas molecular radius (m)
     32      DOUBLE PRECISION, PARAMETER :: molhdo = 1.2d-10
    2933!     Surface tension of ice/vapor (N.m)
    3034      DOUBLE PRECISION, PARAMETER :: sigh2o = 0.12
Note: See TracChangeset for help on using the changeset viewer.