SUBROUTINE vdif_kc(ngrid,nlay,nq,dt,g, & zlev,zlay,u,v,teta,cd,q2,km,kn,zq) use tracer_mod, only: noms IMPLICIT NONE c....................................................................... #include "callkeys.h" c....................................................................... c c dt : pas de temps c g : g c zlev : altitude a chaque niveau (interface inferieure de la couche c de meme indice) c zlay : altitude au centre de chaque couche c u,v : vitesse au centre de chaque couche c (en entree : la valeur au debut du pas de temps) c teta : temperature potentielle au centre de chaque couche c (en entree : la valeur au debut du pas de temps) c cd : cdrag c (en entree : la valeur au debut du pas de temps) c q2 : $q^2$ au bas de chaque couche c (en entree : la valeur au debut du pas de temps) c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) c km : diffusivite turbulente de quantite de mouvement (au bas de chaque c couche) c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) c kn : diffusivite turbulente des scalaires (au bas de chaque couche) c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) c c....................................................................... REAL,INTENT(IN) :: dt,g REAL,INTENT(IN) :: zlev(ngrid,nlay+1) REAL,INTENT(IN) :: zlay(ngrid,nlay) REAL,INTENT(IN) :: u(ngrid,nlay) REAL,INTENT(IN) :: v(ngrid,nlay) REAL,INTENT(IN) :: teta(ngrid,nlay) REAL,INTENT(IN) :: cd(ngrid) REAL,INTENT(INOUT) :: q2(ngrid,nlay+1) REAL,INTENT(OUT) :: km(ngrid,nlay+1) REAL,INTENT(OUT) :: kn(ngrid,nlay+1) REAL,INTENT(IN) :: zq(ngrid,nlay,nq) c....................................................................... c c nlay : nombre de couches c nlev : nombre de niveaux c ngrid : nombre de points de grille c unsdz : 1 sur l'epaisseur de couche c unsdzdec : 1 sur la distance entre le centre de la couche et le c centre de la couche inferieure c q : echelle de vitesse au bas de chaque couche c (valeur a la fin du pas de temps) c c....................................................................... INTEGER,INTENT(IN) :: nlay,ngrid,nq INTEGER nlev REAL unsdz(ngrid,nlay) REAL unsdzdec(ngrid,nlay+1) REAL q(ngrid,nlay+1) c....................................................................... c c kmpre : km au debut du pas de temps c qcstat : q : solution stationnaire du probleme couple c (valeur a la fin du pas de temps) c q2cstat : q2 : solution stationnaire du probleme couple c (valeur a la fin du pas de temps) c c....................................................................... REAL kmpre(ngrid,nlay+1) REAL qcstat REAL q2cstat c....................................................................... c c long : longueur de melange calculee selon Blackadar c c....................................................................... REAL long(ngrid,nlay+1) c....................................................................... c c kmq3 : terme en q^3 dans le developpement de km c (valeur au debut du pas de temps) c kmcstat : valeur de km solution stationnaire du systeme {q2 ; du/dz} c (valeur a la fin du pas de temps) c knq3 : terme en q^3 dans le developpement de kn c mcstat : valeur de m solution stationnaire du systeme {q2 ; du/dz} c (valeur a la fin du pas de temps) c m2cstat : valeur de m2 solution stationnaire du systeme {q2 ; du/dz} c (valeur a la fin du pas de temps) c m : valeur a la fin du pas de temps c mpre : valeur au debut du pas de temps c m2 : valeur a la fin du pas de temps c n2 : valeur a la fin du pas de temps c c....................................................................... REAL kmq3 REAL kmcstat REAL knq3 REAL mcstat REAL m2cstat REAL m(ngrid,nlay+1) REAL mpre(ngrid,nlay+1) REAL m2(ngrid,nlay+1) REAL n2(ngrid,nlay+1) c....................................................................... c c gn : intermediaire pour les coefficients de stabilite c gnmin : borne inferieure de gn (-0.23 ou -0.28) c gnmax : borne superieure de gn (0.0233) c gninf : vrai si gn est en dessous de sa borne inferieure c gnsup : vrai si gn est en dessus de sa borne superieure c gm : drole d'objet bien utile c ri : nombre de Richardson c sn : coefficient de stabilite pour n c snq2 : premier terme du developement limite de sn en q2 c sm : coefficient de stabilite pour m c smq2 : premier terme du developement limite de sm en q2 c c....................................................................... REAL gn REAL gnmin REAL gnmax LOGICAL gninf LOGICAL gnsup REAL gm c REAL ri(ngrid,nlay+1) REAL sn(ngrid,nlay+1) REAL snq2(ngrid,nlay+1) REAL sm(ngrid,nlay+1) REAL smq2(ngrid,nlay+1) c....................................................................... c c kappa : consatnte de Von Karman (0.4) c long0 : longueur de reference pour le calcul de long (160) c a1,a2,b1,b2,c1 : constantes d'origine pour les coefficients c de stabilite (0.92/0.74/16.6/10.1/0.08) c cn1,cn2 : constantes pour sn c cm1,cm2,cm3,cm4 : constantes pour sm c c....................................................................... REAL kappa REAL long0 REAL a1,a2,b1,b2,c1 REAL cn1,cn2 REAL cm1,cm2,cm3,cm4 c....................................................................... c c termq : termes en $q$ dans l'equation de q2 c termq3 : termes en $q^3$ dans l'equation de q2 c termqm2 : termes en $q*m^2$ dans l'equation de q2 c termq3m2 : termes en $q^3*m^2$ dans l'equation de q2 c c....................................................................... REAL termq REAL termq3 REAL termqm2 REAL termq3m2 c....................................................................... c c q2min : borne inferieure de q2 c q2max : borne superieure de q2 c c....................................................................... REAL q2min REAL q2max c....................................................................... c knmin : borne inferieure de kn c kmmin : borne inferieure de km c....................................................................... REAL knmin REAL kmmin c....................................................................... INTEGER ilay,ilev,igrid REAL tmp1,tmp2 c....................................................................... PARAMETER (kappa=0.4E+0) PARAMETER (long0=160.E+0) PARAMETER (gnmin=-10.E+0) PARAMETER (gnmax=0.0233E+0) PARAMETER (a1=0.92E+0) PARAMETER (a2=0.74E+0) PARAMETER (b1=16.6E+0) PARAMETER (b2=10.1E+0) PARAMETER (c1=0.08E+0) PARAMETER (knmin=1.E-5) PARAMETER (kmmin=1.E-5) PARAMETER (q2min=1.E-3) PARAMETER (q2max=1.E+2) c PARAMETER ( & cn1=a2*(1.E+0 -6.E+0 *a1/b1) & ) PARAMETER ( & cn2=-3.E+0 *a2*(6.E+0 *a1+b2) & ) PARAMETER ( & cm1=a1*(1.E+0 -3.E+0 *c1-6.E+0 *a1/b1) & ) PARAMETER ( & cm2=a1*(-3.E+0 *a2*((b2-3.E+0 *a2)*(1.E+0 -6.E+0 *a1/b1) & -3.E+0 *c1*(b2+6.E+0 *a1))) & ) PARAMETER ( & cm3=-3.E+0 *a2*(6.E+0 *a1+b2) & ) PARAMETER ( & cm4=-9.E+0 *a1*a2 & ) c AC: variables for theta_m computation INTEGER ico2,iq SAVE ico2 REAL m_co2, m_noco2, A , B SAVE A, B LOGICAL firstcall save firstcall data firstcall/.true./ REAL zhc(ngrid,nlay) c....................................................................... c Initialization c....................................................................... ! AS: OK firstcall absolute if(firstcall) then ico2=0 if (tracer) then ! Prepare Special treatment if one of the tracers is CO2 gas do iq=1,nq if (noms(iq).eq."co2") then ico2=iq m_co2 = 44.01E-3 ! CO2 molecular mass (kg/mol) m_noco2 = 33.37E-3 ! Non condensible mol mass (kg/mol) ! Compute A and B coefficient use to compute ! mean molecular mass Mair defined by ! 1/Mair = q(ico2)/m_co2 + (1-q(ico2))/m_noco2 ! 1/Mair = A*q(ico2) + B A =(1/m_co2 - 1/m_noco2) B=1/m_noco2 end if enddo endif firstcall=.false. endif !of if firstcall nlev=nlay+1 ! Other initializations of local variables (to be clean) long(:,:)=0. n2(:,:)=0. sn(:,:)=0. snq2(:,:)=0. sm(:,:)=0. smq2(:,:)=0. c....................................................................... c Special treatment for co2 c....................................................................... if (ico2.ne.0) then ! Special case if one of the tracers is CO2 gas DO ilay=1,nlay DO igrid=1,ngrid zhc(igrid,ilay) = teta(igrid,ilay)*(A*zq(igrid,ilay,ico2)+B) ENDDO ENDDO else zhc(:,:)=teta(:,:) end if c....................................................................... c traitment des valeur de q2 en entree c....................................................................... c DO ilev=1,nlev DO igrid=1,ngrid q2(igrid,ilev)=amax1(q2(igrid,ilev),q2min) q(igrid,ilev)=sqrt(q2(igrid,ilev)) ENDDO ENDDO c DO igrid=1,ngrid tmp1=cd(igrid)*(u(igrid,1)**2+v(igrid,1)**2) q2(igrid,1)=b1**(2.E+0/3.E+0)*tmp1 q2(igrid,1)=amax1(q2(igrid,1),q2min) q(igrid,1)=sqrt(q2(igrid,1)) ENDDO c c....................................................................... c les increments verticaux c....................................................................... c c!!!!! allerte !!!!!c c!!!!! zlev n'est pas declare a nlev !!!!!c c!!!!! ----> c DO igrid=1,ngrid c zlev(igrid,nlev)=zlay(igrid,nlay) c & +( zlay(igrid,nlay) - zlev(igrid,nlev-1) ) c ENDDO c!!!!! <---- c!!!!! allerte !!!!!c c DO ilay=1,nlay DO igrid=1,ngrid unsdz(igrid,ilay)=1.E+0/(zlev(igrid,ilay+1)-zlev(igrid,ilay)) ENDDO ENDDO DO igrid=1,ngrid unsdzdec(igrid,1)=1.E+0/(zlay(igrid,1)-zlev(igrid,1)) ENDDO DO ilay=2,nlay DO igrid=1,ngrid unsdzdec(igrid,ilay)=1.E+0/(zlay(igrid,ilay)-zlay(igrid,ilay-1)) ENDDO ENDDO DO igrid=1,ngrid unsdzdec(igrid,nlay+1)=1.E+0/(zlev(igrid,nlay+1)-zlay(igrid,nlay)) ENDDO c c....................................................................... c le cisaillement et le gradient de temperature c....................................................................... c DO igrid=1,ngrid m2(igrid,1)=(unsdzdec(igrid,1) & *u(igrid,1))**2 & +(unsdzdec(igrid,1) & *v(igrid,1))**2 m(igrid,1)=sqrt(m2(igrid,1)) mpre(igrid,1)=m(igrid,1) ENDDO c c----------------------------------------------------------------------- DO ilev=2,nlev-1 DO igrid=1,ngrid c----------------------------------------------------------------------- c n2(igrid,ilev)=g*unsdzdec(igrid,ilev) & *(zhc(igrid,ilev)-zhc(igrid,ilev-1)) & /(zhc(igrid,ilev)+zhc(igrid,ilev-1)) *2.E+0 c c ---> c on ne sais traiter que les cas stratifies. et l'ajustement c convectif est cense faire en sorte que seul des configurations c stratifiees soient rencontrees en entree de cette routine. c mais, bon ... on sait jamais (meme on sait que n2 prends c quelques valeurs negatives ... parfois) alors : c<--- c IF (n2(igrid,ilev).lt.0.E+0) THEN n2(igrid,ilev)=0.E+0 ENDIF c m2(igrid,ilev)=(unsdzdec(igrid,ilev) & *(u(igrid,ilev)-u(igrid,ilev-1)))**2 & +(unsdzdec(igrid,ilev) & *(v(igrid,ilev)-v(igrid,ilev-1)))**2 m(igrid,ilev)=sqrt(m2(igrid,ilev)) mpre(igrid,ilev)=m(igrid,ilev) c c----------------------------------------------------------------------- ENDDO ENDDO c----------------------------------------------------------------------- c DO igrid=1,ngrid m2(igrid,nlev)=m2(igrid,nlev-1) m(igrid,nlev)=m(igrid,nlev-1) mpre(igrid,nlev)=m(igrid,nlev) ENDDO c c....................................................................... c calcul des fonctions de stabilite c....................................................................... c c----------------------------------------------------------------------- DO ilev=2,nlev-1 DO igrid=1,ngrid c----------------------------------------------------------------------- c tmp1=kappa*(zlev(igrid,ilev)-zlev(igrid,1)) long(igrid,ilev)=tmp1/(1.E+0 + tmp1/long0) gn=-long(igrid,ilev)**2 / q2(igrid,ilev) & * n2(igrid,ilev) gm=long(igrid,ilev)**2 / q2(igrid,ilev) & * m2(igrid,ilev) c gninf=.false. gnsup=.false. long(igrid,ilev)=long(igrid,ilev) ! not very useful... long(igrid,ilev)=long(igrid,ilev) ! not very useful... c IF (gn.lt.gnmin) THEN gninf=.true. gn=gnmin ENDIF c IF (gn.gt.gnmax) THEN gnsup=.true. gn=gnmax ENDIF c sn(igrid,ilev)=cn1/(1.E+0 +cn2*gn) sm(igrid,ilev)= & (cm1+cm2*gn) & /( (1.E+0 +cm3*gn) & *(1.E+0 +cm4*gn) ) c IF ((gninf).or.(gnsup)) THEN snq2(igrid,ilev)=0.E+0 smq2(igrid,ilev)=0.E+0 ELSE snq2(igrid,ilev)= & -gn & *(-cn1*cn2/(1.E+0 +cn2*gn)**2 ) smq2(igrid,ilev)= & -gn & *( cm2*(1.E+0 +cm3*gn) & *(1.E+0 +cm4*gn) & -( cm3*(1.E+0 +cm4*gn) & +cm4*(1.E+0 +cm3*gn) ) & *(cm1+cm2*gn) ) & /( (1.E+0 +cm3*gn) & *(1.E+0 +cm4*gn) )**2 ENDIF c c ---> c la decomposition de Taylor en q2 n'a de sens que c dans les cas stratifies ou sn et sm sont quasi c proportionnels a q2. ailleurs on laisse le meme c algorithme car l'ajustement convectif fait le travail. c mais c'est delirant quand sn et snq2 n'ont pas le meme c signe : dans ces cas, on ne fait pas la decomposition. c<--- c IF (snq2(igrid,ilev)*sn(igrid,ilev).le.0.E+0) & snq2(igrid,ilev)=0.E+0 IF (smq2(igrid,ilev)*sm(igrid,ilev).le.0.E+0) & smq2(igrid,ilev)=0.E+0 c c----------------------------------------------------------------------- ENDDO ENDDO c----------------------------------------------------------------------- c c....................................................................... c calcul de km et kn au debut du pas de temps c....................................................................... c DO igrid=1,ngrid kn(igrid,1)=knmin km(igrid,1)=kmmin kmpre(igrid,1)=km(igrid,1) ENDDO c c----------------------------------------------------------------------- DO ilev=2,nlev-1 DO igrid=1,ngrid c----------------------------------------------------------------------- c kn(igrid,ilev)=long(igrid,ilev)*q(igrid,ilev) & *sn(igrid,ilev) km(igrid,ilev)=long(igrid,ilev)*q(igrid,ilev) & *sm(igrid,ilev) kmpre(igrid,ilev)=km(igrid,ilev) c c----------------------------------------------------------------------- ENDDO ENDDO c----------------------------------------------------------------------- c DO igrid=1,ngrid kn(igrid,nlev)=kn(igrid,nlev-1) km(igrid,nlev)=km(igrid,nlev-1) kmpre(igrid,nlev)=km(igrid,nlev) ENDDO c c....................................................................... c boucle sur les niveaux 2 a nlev-1 c....................................................................... c c----> DO 10001 ilev=2,nlev-1 c----> DO 10002 igrid=1,ngrid c c....................................................................... c c calcul des termes sources et puits de l'equation de q2 c ------------------------------------------------------ c knq3=kn(igrid,ilev)*snq2(igrid,ilev) & /sn(igrid,ilev) kmq3=km(igrid,ilev)*smq2(igrid,ilev) & /sm(igrid,ilev) c termq=0.E+0 termq3=0.E+0 termqm2=0.E+0 termq3m2=0.E+0 c tmp1=dt*2.E+0 *km(igrid,ilev)*m2(igrid,ilev) tmp2=dt*2.E+0 *kmq3*m2(igrid,ilev) termqm2=termqm2 & +dt*2.E+0 *km(igrid,ilev)*m2(igrid,ilev) & -dt*2.E+0 *kmq3*m2(igrid,ilev) termq3m2=termq3m2 & +dt*2.E+0 *kmq3*m2(igrid,ilev) c termq=termq & -dt*2.E+0 *kn(igrid,ilev)*n2(igrid,ilev) & +dt*2.E+0 *knq3*n2(igrid,ilev) termq3=termq3 & -dt*2.E+0 *knq3*n2(igrid,ilev) c termq3=termq3 & -dt*2.E+0 *q(igrid,ilev)**3 / (b1*long(igrid,ilev)) c c....................................................................... c c resolution stationnaire couplee avec le gradient de vitesse local c ----------------------------------------------------------------- c c -----{on cherche le cisaillement qui annule l'equation de q^2 c supposee en q3} c tmp1=termq+termq3 tmp2=termqm2+termq3m2 m2cstat=m2(igrid,ilev) & -(tmp1+tmp2)/(dt*2.E+0*km(igrid,ilev)) mcstat=sqrt(m2cstat) c c -----{puis on ecrit la valeur de q qui annule l'equation de m c supposee en q3} c IF (ilev.eq.2) THEN kmcstat=1.E+0 / mcstat & *( unsdz(igrid,ilev)*kmpre(igrid,ilev+1) & *mpre(igrid,ilev+1) & +unsdz(igrid,ilev-1) & *cd(igrid) & *( sqrt(u(igrid,3)**2+v(igrid,3)**2) & -mcstat/unsdzdec(igrid,ilev) & -mpre(igrid,ilev+1)/unsdzdec(igrid,ilev+1) )**2) & /( unsdz(igrid,ilev)+unsdz(igrid,ilev-1) ) ELSE kmcstat=1.E+0 / mcstat & *( unsdz(igrid,ilev)*kmpre(igrid,ilev+1) & *mpre(igrid,ilev+1) & +unsdz(igrid,ilev-1)*kmpre(igrid,ilev-1) & *mpre(igrid,ilev-1) ) & /( unsdz(igrid,ilev)+unsdz(igrid,ilev-1) ) ENDIF tmp2=kmcstat & /( sm(igrid,ilev)/q2(igrid,ilev) ) & /long(igrid,ilev) qcstat=tmp2**(1.E+0/3.E+0) q2cstat=qcstat**2 c c....................................................................... c c choix de la solution finale c --------------------------- c q(igrid,ilev)=qcstat q2(igrid,ilev)=q2cstat m(igrid,ilev)=mcstat m2(igrid,ilev)=m2cstat c c ---> c pour des raisons simples q2 est minore c<--- c IF (q2(igrid,ilev).lt.q2min) THEN q2(igrid,ilev)=q2min q(igrid,ilev)=sqrt(q2min) ENDIF c c....................................................................... c c calcul final de kn et km c ------------------------ c gn=-long(igrid,ilev)**2 / q2(igrid,ilev) & * n2(igrid,ilev) IF (gn.lt.gnmin) gn=gnmin IF (gn.gt.gnmax) gn=gnmax sn(igrid,ilev)=cn1/(1.E+0 +cn2*gn) sm(igrid,ilev)= & (cm1+cm2*gn) & /( (1.E+0 +cm3*gn)*(1.E+0 +cm4*gn) ) kn(igrid,ilev)=long(igrid,ilev)*q(igrid,ilev) & *sn(igrid,ilev) km(igrid,ilev)=long(igrid,ilev)*q(igrid,ilev) & *sm(igrid,ilev) c c....................................................................... c 10002 CONTINUE c 10001 CONTINUE c c....................................................................... c c DO igrid=1,ngrid kn(igrid,1)=knmin km(igrid,1)=kmmin q2(igrid,nlev)=q2(igrid,nlev-1) q(igrid,nlev)=q(igrid,nlev-1) kn(igrid,nlev)=kn(igrid,nlev-1) km(igrid,nlev)=km(igrid,nlev-1) ENDDO c c....................................................................... c ! call writediagfi(ngrid,'vdif_kc_q2','','',3,q2(:,1:nlay)) ! call writediagfi(ngrid,'vdif_kc_km','','',3,km(:,1:nlay)) ! call writediagfi(ngrid,'vdif_kc_kn','','',3,kn(:,1:nlay)) ! call writediagfi(ngrid,'vdif_kc_unsdz','','',3,unsdz(:,1:nlay)) ! call writediagfi(ngrid,'vdif_kc_unsddecz','','',3, ! & unsdzdec(:,1:nlay)) ! call writediagfi(ngrid,'vdif_kc_q','','',3,q(:,1:nlay)) ! call writediagfi(ngrid,'vdif_kc_kmpre','','',3, ! & kmpre(:,1:nlay)) ! call writediagfi(ngrid,'vdif_kc_long','','',3,long(:,1:nlay)) ! call writediagfi(ngrid,'vdif_kc_sn','','',3,sn(:,1:nlay)) ! call writediagfi(ngrid,'vdif_kc_sm','','',3,sm(:,1:nlay)) RETURN END