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tnavarro
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  • trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/watercloud.F

    r459 r522  
    1        SUBROUTINE watercloud(ngrid,nlay, ptimestep,
     1       SUBROUTINE watercloud(ngrid,nlay,ptimestep,
    22     &                pplev,pplay,pdpsrf,pzlev,pzlay,pt,pdt,
    33     &                pq,pdq,pdqcloud,pdqscloud,pdtcloud,
    44     &                nq,tau,tauscaling,rdust,rice,nuice,
    55     &                rsedcloud,rhocloud)
     6! to use  'getin'
     7      USE ioipsl_getincom
    68      IMPLICIT NONE
    79
     
    1315c    - An improved microphysical scheme (see improvedclouds.F)
    1416c
     17c  There is a time loop specific to cloud formation and sedimentation
     18c  due to timescales smaller than the GCM integration timestep.
     19c
    1520c  Authors: Franck Montmessin, Francois Forget, Ehouarn Millour,
    16 c           J.-B. Madeleine
     21c           J.-B. Madeleine, Thomas Navarro
    1722c
    18 c  2004 - Oct. 2011
     23c  2004 - 2012
    1924c=======================================================================
    2025
     
    3540
    3641      INTEGER ngrid,nlay
    37       integer nq                 ! nombre de traceurs
     42      INTEGER nq                 ! nombre de traceurs
    3843      REAL ptimestep             ! pas de temps physique (s)
    3944      REAL pplev(ngrid,nlay+1)   ! pression aux inter-couches (Pa)
    4045      REAL pplay(ngrid,nlay)     ! pression au milieu des couches (Pa)
    41       REAL pdpsrf(ngrid)         ! tendance surf pressure
     46      REAL pdpsrf(ngrid)         ! tendence surf pressure
    4247      REAL pzlev(ngrid,nlay+1)   ! altitude at layer boundaries
    4348      REAL pzlay(ngrid,nlay)     ! altitude at the middle of the layers
    4449      REAL pt(ngrid,nlay)        ! temperature at the middle of the layers (K)
    45       REAL pdt(ngrid,nlay)       ! tendance temperature des autres param.
     50      REAL pdt(ngrid,nlay)       ! tendence temperature des autres param.
    4651
    4752      real pq(ngrid,nlay,nq)     ! traceur (kg/kg)
    48       real pdq(ngrid,nlay,nq)    ! tendance avant condensation  (kg/kg.s-1)
    49 
    50       REAL tau(ngridmx,naerkind)   ! Column dust optical depth at each point
    51       REAL tauscaling(ngridmx)     ! Convertion factor for dust amount
    52       real rdust(ngridmx,nlayermx) ! Dust geometric mean radius (m)
     53      real pdq(ngrid,nlay,nq)    ! tendence avant condensation  (kg/kg.s-1)
     54
     55      REAL tau(ngridmx,naerkind) ! Column dust optical depth at each point
     56      REAL tauscaling(ngridmx)   ! Convertion factor for dust amount
     57      real rdust(ngridmx,nlay ! Dust geometric mean radius (m)
    5358
    5459c   Outputs:
    5560c   -------
    5661
    57       real pdqcloud(ngrid,nlay,nq) ! tendance de la condensation H2O(kg/kg.s-1)
     62      real pdqcloud(ngrid,nlay,nq) ! tendence de la condensation H2O(kg/kg.s-1)
    5863      real pdqscloud(ngrid,nq)     ! flux en surface (kg.m-2.s-1)
    59       REAL pdtcloud(ngrid,nlay)    ! tendance temperature due
    60                                    !   a la chaleur latente
     64      REAL pdtcloud(ngrid,nlay)    ! tendence temperature due
     65                                   ! a la chaleur latente
    6166
    6267      REAL rice(ngrid,nlay)    ! Ice mass mean radius (m)
     
    6469      REAL nuice(ngrid,nlay)   ! Estimated effective variance
    6570                               !   of the size distribution
    66       real rsedcloud(ngridmx,nlayermx) ! Cloud sedimentation radius
    67       real rhocloud(ngridmx,nlayermx)  ! Cloud density (kg.m-3)
     71      real rsedcloud(ngridmx,nlay) ! Cloud sedimentation radius
     72      real rhocloud(ngridmx,nlay)  ! Cloud density (kg.m-3)
    6873
    6974c   local:
    7075c   ------
    7176
    72       INTEGER ig,l
     77      ! for sedimentation
     78      REAL zq(ngridmx,nlay,nqmx)    ! local value of tracers
     79      real masse (ngridmx,nlay)     ! Layer mass (kg.m-2)
     80      real epaisseur (ngridmx,nlay) ! Layer thickness (m)
     81      real wq(ngridmx,nlay+1)       ! displaced tracer mass (kg.m-2)
     82     
     83      ! for ice radius computation
     84      REAL Mo,No
     85      REAl ccntyp
     86      real beta      ! correction for the shape of the ice particles (cf. newsedim)
     87      save beta
     88     
     89      ! for time loop
     90      INTEGER microstep  ! time subsampling step variable
     91      INTEGER imicro     ! time subsampling for coupled water microphysics & sedimentation
     92      SAVE imicro
     93      REAL microtimestep ! integration timestep for coupled water microphysics & sedimentation
     94      SAVE microtimestep
     95     
     96      ! tendency given by clouds (inside the micro loop)
     97      REAL subpdqcloud(ngrid,nlay,nq) ! cf. pdqcloud
     98      REAL subpdtcloud(ngrid,nlay)    ! cf. pdtcloud
     99
     100      ! global tendency (clouds+sedim+physics)
     101      REAL subpdq(ngrid,nlay,nq)      ! cf. pdqcloud
     102      REAL subpdt(ngrid,nlay)         ! cf. pdtcloud
     103     
     104      REAL CBRT
     105      EXTERNAL CBRT
     106
     107     
     108      INTEGER iq,ig,l
    73109      LOGICAL,SAVE :: firstcall=.true.
    74110
     
    93129        write(*,*) "watercloud: igcm_h2o_vap=",igcm_h2o_vap
    94130        write(*,*) "            igcm_h2o_ice=",igcm_h2o_ice
     131               
     132
     133        write(*,*) "correction for the shape of the ice particles ?"
     134        beta=0.75 ! default value
     135        call getin("ice_shape",beta)
     136        write(*,*) " ice_shape = ",beta
     137       
     138        write(*,*) "time subsampling for microphysic ?"
     139        imicro = 1
     140        call getin("imicro",imicro)
     141        write(*,*)"imicro = ",imicro
     142       
     143        microtimestep = ptimestep/float(imicro)
     144        write(*,*)"Physical timestep is",ptimestep
     145        write(*,*)"Microphysics timestep is",microtimestep
    95146
    96147        firstcall=.false.
    97148      ENDIF ! of IF (firstcall)
    98 
    99 c     Main call to the different cloud schemes:
    100       IF (microphys) THEN
    101         CALL improvedclouds(ngrid,nlay,ptimestep,
    102      &             pplev,pplay,pt,pdt,
    103      &             pq,pdq,pdqcloud,pdqscloud,pdtcloud,
     149     
     150c-----Initialization
     151      subpdq(1:ngrid,1:nlay,1:nq) = 0
     152      subpdt(1:ngrid,1:nlay)      = 0
     153      pdqscloud(1:ngrid,1:nq)     = 0
     154      zq(1:ngrid,1:nlay,1:nq)     = 0
     155
     156c-----Computing the different layer properties for clouds sedimentation     
     157      do l=1,nlay
     158        do ig=1, ngrid
     159          masse(ig,l)=(pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1)) /g
     160          epaisseur(ig,l)= pzlev(ig,l+1) - pzlev(ig,l)
     161         enddo
     162      enddo
     163
     164c------------------------------------------------------------------
     165c Time subsampling for coupled microphysics and sedimentation
     166c------------------------------------------------------------------
     167      DO microstep=1,imicro
     168     
     169c-------------------------------------------------------------------
     170c   1.  Tendencies:
     171c------------------
     172
     173
     174c------ Temperature tendency subpdt
     175        ! Each microtimestep we give the cloud scheme a stepped entry subpdt instead of pdt
     176        ! If imicro=1 subpdt is the same as pdt
     177        DO l=1,nlay
     178          DO ig=1,ngrid
     179             subpdt(ig,l) = subpdt(ig,l)
     180     &        + pdt(ig,l) ! At each micro timestep we add pdt in order to have a stepped entry
     181          ENDDO
     182        ENDDO
     183c------ Traceurs tendencies subpdq
     184c------ At each micro timestep we add pdq in order to have a stepped entry
     185        IF (microphys) THEN
     186          DO l=1,nlay
     187            DO ig=1,ngrid
     188              subpdq(ig,l,igcm_dust_mass) =
     189     &            subpdq(ig,l,igcm_dust_mass)
     190     &          + pdq(ig,l,igcm_dust_mass)
     191              subpdq(ig,l,igcm_dust_number) =
     192     &            subpdq(ig,l,igcm_dust_number)
     193     &          + pdq(ig,l,igcm_dust_number)
     194              subpdq(ig,l,igcm_ccn_mass) =
     195     &            subpdq(ig,l,igcm_ccn_mass)
     196     &          + pdq(ig,l,igcm_ccn_mass)
     197              subpdq(ig,l,igcm_ccn_number) =
     198     &            subpdq(ig,l,igcm_ccn_number)
     199     &          + pdq(ig,l,igcm_ccn_number)
     200            ENDDO
     201          ENDDO
     202        ENDIF
     203        DO l=1,nlay
     204          DO ig=1,ngrid
     205            subpdq(ig,l,igcm_h2o_ice) =
     206     &          subpdq(ig,l,igcm_h2o_ice)
     207     &        + pdq(ig,l,igcm_h2o_ice)
     208            subpdq(ig,l,igcm_h2o_vap) =
     209     &          subpdq(ig,l,igcm_h2o_vap)
     210     &        + pdq(ig,l,igcm_h2o_vap)
     211          ENDDO
     212        ENDDO
     213       
     214       
     215c-------------------------------------------------------------------
     216c   2.  Main call to the different cloud schemes:
     217c------------------------------------------------
     218        IF (microphys) THEN
     219           CALL improvedclouds(ngrid,nlay,microtimestep,
     220     &             pplev,pplay,pzlev,pt,subpdt,
     221     &             pq,subpdq,subpdqcloud,subpdtcloud,
    104222     &             nq,tauscaling,rdust,rice,nuice,
    105223     &             rsedcloud,rhocloud)
    106       ELSE
    107         CALL simpleclouds(ngrid,nlay,ptimestep,
    108      &             pplev,pplay,pzlev,pzlay,pt,pdt,
    109      &             pq,pdq,pdqcloud,pdqscloud,pdtcloud,
     224        ELSE
     225           CALL simpleclouds(ngrid,nlay,microtimestep,
     226     &             pplev,pplay,pzlev,pzlay,pt,subpdt,
     227     &             pq,subpdq,subpdqcloud,subpdtcloud,
    110228     &             nq,tau,rice,nuice,rsedcloud)
    111       ENDIF
     229        ENDIF
     230     
     231c--------------------------------------------------------------------
     232c    3.  CCN & ice sedimentation:
     233c--------------------------------
     234! Sedimentation is done here for water ice and its CCN only
     235! callsedim in physics is done for dust (and others species if any)           
     236                   
     237        DO l=1,nlay
     238         DO ig=1,ngrid
     239          subpdt(ig,l) =
     240     &      subpdt(ig,l) + subpdtcloud(ig,l)
     241         ENDDO
     242        ENDDO
     243       
     244c------- water ice update before sedimentation (radius is done in the cloud scheme routine)   
     245         DO l=1,nlay
     246          DO ig=1, ngrid
     247          zq(ig,l,igcm_h2o_ice)= max(1e-30,
     248     &       pq(ig,l,igcm_h2o_ice) + (subpdq(ig,l,igcm_h2o_ice)
     249     &       + subpdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice))*microtimestep)
     250!          zq(ig,l,igcm_h2o_vap)= max(1e-30,
     251!     &       pq(ig,l,igcm_h2o_vap) + (subpdq(ig,l,igcm_h2o_vap)
     252!     &       + subpdqcloud(ig,l,igcm_h2o_vap))*microtimestep)
     253          ENDDO
     254         ENDDO
     255       
     256     
     257c------- CCN update before sedimentation 
     258        IF (microphys) THEN
     259         DO l=1,nlay
     260          DO ig=1,ngrid
     261           zq(ig,l,igcm_ccn_number)=
     262     &       pq(ig,l,igcm_ccn_number) + (subpdq(ig,l,igcm_ccn_number)
     263     &       + subpdqcloud(ig,l,igcm_ccn_number))*microtimestep
     264           zq(ig,l,igcm_ccn_number)=  max(1e-30,
     265     &       zq(ig,l,igcm_ccn_number))!*tauscaling(ig)) ! OU pas tauscaling ?
     266           zq(ig,l,igcm_ccn_mass)=
     267     &       pq(ig,l,igcm_ccn_mass) + (subpdq(ig,l,igcm_ccn_mass)
     268     &       + subpdqcloud(ig,l,igcm_ccn_mass))*microtimestep
     269           zq(ig,l,igcm_ccn_mass)=max(1e-30,
     270     &       zq(ig,l,igcm_ccn_mass))!*tauscaling(ig)) ! OU pas tauscaling ?
     271          ENDDO
     272         ENDDO
     273        ENDIF
     274       
     275
     276       
     277        IF (microphys) THEN
     278       
     279c------- CCN number sedimentation
     280          call newsedim(ngrid,nlay,ngrid*nlay,ngrid*nlay,
     281     &        microtimestep,pplev,masse,epaisseur,pt,rsedcloud,
     282     &        rhocloud,zq(1,1,igcm_ccn_number),wq,beta)
     283          do ig=1,ngrid
     284            ! matters if one would like to know ccn surface deposition
     285            pdqscloud(ig,igcm_ccn_number)=
     286     &          pdqscloud(ig,igcm_ccn_number) + wq(ig,1)
     287          enddo
     288         
     289c------- CCN mass sedimentation
     290          call newsedim(ngrid,nlay,ngrid*nlay,ngrid*nlay,
     291     &        microtimestep,pplev,masse,epaisseur,pt,rsedcloud,
     292     &        rhocloud,zq(1,1,igcm_ccn_mass),wq,beta)
     293          do ig=1,ngrid
     294            ! matters if one would like to know ccn surface deposition
     295            pdqscloud(ig,igcm_ccn_mass)=
     296     &          pdqscloud(ig,igcm_ccn_mass) + wq(ig,1)
     297          enddo
     298         
     299c------- Water ice sedimentation -- improved microphys
     300          call newsedim(ngrid,nlay,ngrid*nlay,ngrid*nlay,
     301     &        microtimestep,pplev,masse,epaisseur,pt,rsedcloud,
     302     &        rhocloud,zq(1,1,igcm_h2o_ice),wq,beta)
     303        ELSE
     304       
     305c------- Water ice sedimentation -- simple microphys
     306          call newsedim(ngrid,nlay,ngrid*nlay,1,
     307     &        microtimestep,pplev,masse,epaisseur,pt,rsedcloud,
     308     &        rho_q(igcm_h2o_ice),zq(1,1,igcm_h2o_ice),wq,beta)
     309     
     310        ENDIF
     311
     312
     313c------- Surface ice tendency update
     314        DO ig=1,ngrid
     315          pdqscloud(ig,igcm_h2o_ice)=
     316     &          pdqscloud(ig,igcm_h2o_ice) + wq(ig,1)
     317        ENDDO
     318     
     319
     320c-------------------------------------------------------------------
     321c   5.  Updating tendencies after sedimentation:
     322c-----------------------------------------------
     323
     324        DO l=1,nlay
     325         DO ig=1,ngrid
     326           
     327           subpdq(ig,l,igcm_h2o_ice) =
     328     &     (zq(ig,l,igcm_h2o_ice) - pq(ig,l,igcm_h2o_ice))
     329     &      /microtimestep
     330
     331     
     332           subpdq(ig,l,igcm_h2o_vap)=subpdq(ig,l,igcm_h2o_vap)
     333     &        +subpdqcloud(ig,l,igcm_h2o_vap)
     334     
     335         ENDDO
     336        ENDDO
     337     
     338     
     339        IF (microphys) then
     340         DO l=1,nlay
     341          DO ig=1,ngrid
     342           subpdq(ig,l,igcm_ccn_number)=(zq(ig,l,igcm_ccn_number)
     343     &        -pq(ig,l,igcm_ccn_number))/microtimestep
     344           subpdq(ig,l,igcm_ccn_mass)=(zq(ig,l,igcm_ccn_mass)
     345     &        -pq(ig,l,igcm_ccn_mass))/microtimestep
     346          ENDDO
     347         ENDDO
     348        ENDIF
     349       
     350
     351
     352      ENDDO ! of DO microstep=1,imicro
     353     
     354c-------------------------------------------------------------------
     355c   6.  Compute final tendencies after time loop:
     356c------------------------------------------------
     357
     358c------ Whole temperature tendency pdtcloud
     359       DO l=1,nlay
     360         DO ig=1,ngrid
     361             pdtcloud(ig,l) =
     362     &         subpdt(ig,l)/imicro-pdt(ig,l)
     363          ENDDO
     364       ENDDO
     365c------ Traceurs tendencies pdqcloud
     366       DO iq=1,nq
     367        DO l=1,nlay
     368         DO ig=1,ngrid
     369            pdqcloud(ig,l,iq) = subpdq(ig,l,iq)/imicro
     370     &       - pdq(ig,l,iq)
     371         ENDDO
     372        ENDDO
     373       ENDDO
     374c------ Traceurs surface tendencies pdqscloud
     375       DO iq=1,nq
     376        DO ig=1,ngrid
     377           pdqscloud(ig,iq) =
     378     &         pdqscloud(ig,iq)/ptimestep
     379        ENDDO
     380       ENDDO
     381       
     382
     383         
     384c------Update the ice particle size "rice" for output or photochemistry.
     385c------It is not used again in the water cycle.
     386       IF(scavenging) THEN
     387        DO l=1, nlay
     388         DO ig=1,ngrid
     389          Mo = pq(ig,l,igcm_h2o_ice)
     390     &         + pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice)*ptimestep
     391     &         + (pq(ig,l,igcm_ccn_mass)
     392     &          + pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_mass)*ptimestep)
     393     &         *tauscaling(ig) + 1.e-30
     394          No = (pq(ig,l,igcm_ccn_number)
     395     &          + pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_number)*ptimestep)
     396     &         *tauscaling(ig) + 1.e-30
     397          rhocloud(ig,l) = (pq(ig,l,igcm_h2o_ice) + 
     398     &                   pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice)*ptimestep)
     399     &                   / Mo * rho_ice
     400     &                  + (pq(ig,l,igcm_ccn_mass)
     401     &                  + pdqcloud(ig,l,igcm_ccn_mass)*ptimestep)
     402     &                   *tauscaling(ig)/ Mo * rho_dust
     403          rhocloud(ig,l) = min(max(rhocloud(ig,l),rho_ice),rho_dust)
     404          rice(ig,l)=(Mo / No * 0.75 / pi / rhocloud(ig,l))**(1./3.)
     405           if ((Mo.lt.1.e-15) .or. (No.le.50)) rice(ig,l) = 1.e-8
     406         ENDDO
     407        ENDDO
     408       ELSE
     409        DO l=1,nlay
     410          DO ig=1,ngrid
     411            ccntyp =
     412     &     1.3e+8*max(tau(ig,1),0.001)/0.1*exp(-pzlay(ig,l)/10000.)
     413            ccntyp = ccntyp /ccn_factor
     414            rice(ig,l)=max( CBRT ( ((pq(ig,l,igcm_h2o_ice)
     415     &       + pdqcloud(ig,l,igcm_h2o_ice)*ptimestep)/rho_ice
     416     &      +ccntyp*(4./3.)*pi*rdust(ig,l)**3.)
     417     &      /(ccntyp*4./3.*pi) ), rdust(ig,l))
     418          ENDDO
     419        ENDDO
     420       ENDIF ! of IF(scavenging)
     421               
     422!--------------------------------------------------------------
     423!--------------------------------------------------------------
     424     
    112425
    113426c     A correction if a lot of subliming CO2 fills the 1st layer FF04/2005
     
    122435      end do
    123436
     437c=======================================================================
     438
     439!!!!!!!!!! FOR PHOTOCHEMISTRY, REIMPLEMENT output of surfdust/surfice
     440!!      if (photochem) then
     441!!c        computation of dust and ice surface area (micron2/cm3)
     442!!c        for heterogeneous chemistry
     443!!
     444!!         do l = 1,nlay
     445!!            do ig = 1,ngrid
     446!!c                                                                     
     447!!c              npart: number density of ccn in #/cm3   
     448!!c                                                     
     449!!               npart(ig,l) = 1.e-6*ccn(ig,l) 
     450!!     $                       *masse(ig,l)/epaisseur(ig,l)
     451!!c
     452!!c              dust and ice surface area
     453!!c                                                                 
     454!!               surfdust(ig,l) = npart(ig,l)*4.*pi*1.e12*rdust(ig,l)**2
     455!!c                                                                 
     456!!               if (rice(ig,l) .ge. rdust(ig,l)) then                   
     457!!                  surfice(ig,l)  = npart(ig,l)*4.*pi*1.e12*rice(ig,l)**2
     458!!                  surfdust(ig,l) = 0.
     459!!               else                                                   
     460!!                  surfice(ig,l) = 0.                                 
     461!!               end if                                             
     462!!            end do      ! of do ig=1,ngrid
     463!!         end do         ! of do l=1,nlay
     464!!      end if            ! of photochem
     465
    124466      RETURN
    125467      END
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