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Revision 188 - (hide annotations)
Tue Mar 22 16:31:39 2016 UTC (8 years, 2 months ago) by guez
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Removed argument ncum of cv30_unsat, arguments nloc, ncum, nd, na of cv30_yield.

1 guez 37 module HBTM_m
2 guez 3
3 guez 37 IMPLICIT none
4 guez 3
5 guez 37 contains
6 guez 3
7 guez 186 SUBROUTINE HBTM(knon, paprs, pplay, t2m, q2m, ustar, flux_t, flux_q, u, v, &
8     t, q, pblh, cape, EauLiq, ctei, pblT, therm, trmb1, trmb2, trmb3, plcl)
9 guez 3
10 guez 149 ! D'apr\'es Holstag et Boville et Troen et Mahrt
11 guez 37 ! JAS 47 BLM
12 guez 3
13 guez 186 ! Algorithme th\'ese Anne Mathieu. Crit\'ere d'entra\^inement
14     ! Peter Duynkerke (JAS 50). Written by: Anne MATHIEU and Alain
15     ! LAHELLEC, 22nd November 1999.
16 guez 3
17 guez 186 ! Modifications : d\'ecembre 99 passage th \`a niveau plus bas. Voir fixer
18     ! la prise du th \`a z/Lambda = -.2 (max Ray)
19     ! Autre algorithme : entra\^inement ~ Theta + v =constante
20     ! mais comment ? The ?
21     ! On peut fixer q \`a 0.7 qsat (cf. non adiabatique) d'où T2 et The2.
22     ! Voir aussi KE pblh = niveau The_e ou l = env.
23 guez 3
24 guez 186 ! Adaptation \`a LMDZ version coupl\'ee. Pour le moment on fait
25     ! passer en argument les grandeurs de surface : flux, t, q2m. On
26     ! va utiliser syst\'ematiquement les grandeurs \`a 2 m mais on
27     ! garde la possibilit\'e de changer si besoin (jusqu'\`a pr\'esent
28     ! la forme de HB avec le premier niveau mod\`ele \'etait
29     ! conserv\'ee).
30 guez 3
31 guez 71 USE dimphy, ONLY: klev, klon
32 guez 178 USE suphec_m, ONLY: rcpd, rd, retv, rg, rkappa, rtt
33 guez 49 USE yoethf_m, ONLY: r2es, rvtmp2
34     USE fcttre, ONLY: foeew
35    
36 guez 37 ! Arguments:
37 guez 3
38 guez 37 ! nombre de points a calculer
39     INTEGER, intent(in):: knon
40 guez 3
41 guez 186 ! pression a inter-couche (Pa)
42     REAL, intent(in):: paprs(klon, klev+1)
43     ! pression au milieu de couche (Pa)
44     REAL, intent(in):: pplay(klon, klev)
45 guez 37 REAL, intent(in):: t2m(klon) ! temperature a 2 m
46     ! q a 2 et 10m
47 guez 186 REAL, intent(in):: q2m(klon)
48     REAL, intent(in):: ustar(klon)
49 guez 37 ! Flux
50 guez 186 REAL, intent(in):: flux_t(klon, klev), flux_q(klon, klev)
51 guez 37 ! vitesse U (m/s)
52 guez 186 REAL, intent(in):: u(klon, klev)
53 guez 37 ! vitesse V (m/s)
54 guez 186 REAL, intent(in):: v(klon, klev)
55 guez 37 ! temperature (K)
56 guez 186 REAL, intent(in):: t(klon, klev)
57 guez 37 ! vapeur d'eau (kg/kg)
58 guez 186 REAL, intent(in):: q(klon, klev)
59 guez 3
60 guez 186 REAL, intent(out):: pblh(:) ! (knon)
61     ! Cape du thermique
62     REAL Cape(klon)
63     ! Eau liqu integr du thermique
64     REAL EauLiq(klon)
65     ! Critere d'instab d'entrainmt des nuages de
66     REAL ctei(klon)
67     REAL pblT(klon)
68     ! thermal virtual temperature excess
69     REAL therm(klon)
70     REAL trmb1(klon), trmb2(klon), trmb3(klon)
71     REAL plcl(klon)
72    
73     ! Local:
74    
75 guez 37 INTEGER isommet
76     ! limite max sommet pbl
77     PARAMETER (isommet=klev)
78     REAL vk
79     ! Von Karman => passer a .41 ! cf U.Olgstrom
80     PARAMETER (vk=0.35)
81     REAL ricr
82     PARAMETER (ricr=0.4)
83     ! a
84     REAL onet
85     PARAMETER (onet=1.0/3.0)
86     REAL zkmin
87     PARAMETER (zkmin=0.01)
88     REAL betam
89     ! pour Phim / h dans la S.L stable
90     PARAMETER (betam=15.0)
91     ! z/OBL<>1
92     REAL sffrac
93     ! S.L. = z/h < .1
94     PARAMETER (sffrac=0.1)
95     REAL binm
96     PARAMETER (binm=betam*sffrac)
97    
98     REAL q_star, t_star
99     ! Lambert correlations T' q' avec T* q*
100     REAL b1, b2, b212, b2sr
101     PARAMETER (b1=70., b2=20.)
102    
103     REAL z(klon, klev)
104    
105     REAL zref
106     ! Niveau de ref a 2m peut eventuellement
107     PARAMETER (zref=2.)
108     ! etre choisi a 10m
109    
110     INTEGER i, k
111     REAL zxt
112     ! surface kinematic heat flux [mK/s]
113     REAL khfs(klon)
114     ! sfc kinematic constituent flux [m/s]
115     REAL kqfs(klon)
116     ! surface virtual heat flux
117     REAL heatv(klon)
118     ! bulk Richardon no. mais en Theta_v
119     REAL rhino(klon, klev)
120     ! pts w/unstbl pbl (positive virtual ht flx)
121     LOGICAL unstbl(klon)
122     LOGICAL check(klon) ! Richardson number > critical
123     ! flag de prolongerment cape pour pt Omega
124     LOGICAL omegafl(klon)
125    
126     ! Monin-Obukhov lengh
127     REAL obklen(klon)
128    
129     REAL zdu2
130     ! Algorithme thermique
131     REAL s(klon, klev) ! [P/Po]^Kappa milieux couches
132     ! total water of thermal
133     REAL qT_th(klon)
134     ! T thermique niveau precedent
135     REAL qsatbef(klon)
136     ! le thermique est sature
137     LOGICAL Zsat(klon)
138 guez 178 REAL zthvd, zthvu, qqsat
139 guez 149 REAL t2
140 guez 37
141     ! inverse phi function for momentum
142     REAL phiminv(klon)
143     ! turbulent velocity scale for momentum
144     REAL wm(klon)
145     ! current level height + one level up
146     REAL zp(klon)
147 guez 149 REAL zcor
148 guez 37
149 guez 178 REAL pblmin
150 guez 37
151     !-----------------------------------------------------------------
152    
153     ! initialisations
154     q_star = 0
155     t_star = 0
156    
157     b212=sqrt(b1*b2)
158     b2sr=sqrt(b2)
159    
160     ! Calculer les hauteurs de chaque couche
161     ! (geopotentielle Int_dp/ro = Int_[Rd.T.dp/p] z = geop/g)
162     ! pourquoi ne pas utiliser Phi/RG ?
163     DO i = 1, knon
164     z(i, 1) = RD * t(i, 1) / (0.5*(paprs(i, 1)+pplay(i, 1))) &
165     * (paprs(i, 1)-pplay(i, 1)) / RG
166     s(i, 1) = (pplay(i, 1)/paprs(i, 1))**RKappa
167     ENDDO
168     ! s(k) = [pplay(k)/ps]^kappa
169     ! + + + + + + + + + pplay <-> s(k) t dp=pplay(k-1)-pplay(k)
170     ! ----------------- paprs <-> sig(k)
171     ! + + + + + + + + + pplay <-> s(k-1)
172     ! + + + + + + + + + pplay <-> s(1) t dp=paprs-pplay z(1)
173     ! ----------------- paprs <-> sig(1)
174    
175     DO k = 2, klev
176     DO i = 1, knon
177     z(i, k) = z(i, k-1) &
178     + RD * 0.5*(t(i, k-1)+t(i, k)) / paprs(i, k) &
179     * (pplay(i, k-1)-pplay(i, k)) / RG
180     s(i, k) = (pplay(i, k) / paprs(i, 1))**RKappa
181     ENDDO
182     ENDDO
183    
184     ! Determination des grandeurs de surface
185     DO i = 1, knon
186     ! Niveau de ref choisi a 2m
187     zxt = t2m(i)
188    
189     ! convention >0 vers le bas ds lmdz
190     khfs(i) = - flux_t(i, 1)*zxt*Rd / (RCPD*paprs(i, 1))
191 guez 186 kqfs(i) = - flux_q(i, 1)*zxt*Rd / paprs(i, 1)
192 guez 37 ! verifier que khfs et kqfs sont bien de la forme w'l'
193     heatv(i) = khfs(i) + 0.608*zxt*kqfs(i)
194     ! a comparer aussi aux sorties de clqh : flux_T/RoCp et flux_q/RoLv
195     ! Theta et qT du thermique sans exces (interpolin vers surf)
196     ! chgt de niveau du thermique (jeudi 30/12/1999)
197     ! (interpolation lineaire avant integration phi_h)
198     qT_th(i) = q2m(i)
199     ENDDO
200    
201     DO i = 1, knon
202     ! Global Richardson
203     rhino(i, 1) = 0.0
204     check(i) = .TRUE.
205     ! on initialise pblh a l'altitude du 1er niv
206     pblh(i) = z(i, 1)
207     plcl(i) = 6000.
208     ! Lambda = -u*^3 / (alpha.g.kvon.<w'Theta'v>
209     obklen(i) = -t(i, 1)*ustar(i)**3/(RG*vk*heatv(i))
210     trmb1(i) = 0.
211     trmb2(i) = 0.
212     trmb3(i) = 0.
213     ENDDO
214    
215     ! PBL height calculation: Search for level of pbl. Scan upward
216     ! until the Richardson number between the first level and the
217     ! current level exceeds the "critical" value. (bonne idee Nu de
218     ! separer le Ric et l'exces de temp du thermique)
219     DO k = 2, isommet
220     DO i = 1, knon
221     IF (check(i)) THEN
222     ! pourquoi / niveau 1 (au lieu du sol) et le terme en u*^2 ?
223     zdu2 = u(i, k)**2+v(i, k)**2
224     zdu2 = max(zdu2, 1.0e-20)
225     ! Theta_v environnement
226     zthvd=t(i, k)/s(i, k)*(1.+RETV*q(i, k))
227    
228     ! therm Theta_v sans exces (avec hypothese fausse de H&B, sinon,
229     ! passer par Theta_e et virpot)
230     zthvu = T2m(i)*(1.+RETV*qT_th(i))
231     ! Le Ri par Theta_v
232     ! On a nveau de ref a 2m ???
233     rhino(i, k) = (z(i, k)-zref)*RG*(zthvd-zthvu) &
234     /(zdu2*0.5*(zthvd+zthvu))
235    
236     IF (rhino(i, k).GE.ricr) THEN
237     pblh(i) = z(i, k-1) + (z(i, k-1)-z(i, k)) * &
238     (ricr-rhino(i, k-1))/(rhino(i, k-1)-rhino(i, k))
239     ! test04
240     pblh(i) = pblh(i) + 100.
241     pblT(i) = t(i, k-1) + (t(i, k)-t(i, k-1)) * &
242     (pblh(i)-z(i, k-1))/(z(i, k)-z(i, k-1))
243     check(i) = .FALSE.
244     ENDIF
245     ENDIF
246     ENDDO
247     ENDDO
248    
249     ! Set pbl height to maximum value where computation exceeds number of
250     ! layers allowed
251     DO i = 1, knon
252     if (check(i)) pblh(i) = z(i, isommet)
253     ENDDO
254    
255     ! Improve estimate of pbl height for the unstable points.
256     ! Find unstable points (sensible heat flux is upward):
257     DO i = 1, knon
258     IF (heatv(i) > 0.) THEN
259     unstbl(i) = .TRUE.
260     check(i) = .TRUE.
261     ELSE
262     unstbl(i) = .FALSE.
263     check(i) = .FALSE.
264     ENDIF
265     ENDDO
266    
267     ! For the unstable case, compute velocity scale and the
268     ! convective temperature excess:
269     DO i = 1, knon
270     IF (check(i)) THEN
271     phiminv(i) = (1.-binm*pblh(i)/obklen(i))**onet
272    
273     ! CALCUL DE wm
274     ! Ici on considerera que l'on est dans la couche de surf jusqu'a 100
275     ! On prend svt couche de surface=0.1*h mais on ne connait pas h
276     ! Dans la couche de surface
277     wm(i)= ustar(i)*phiminv(i)
278    
279     ! forme Mathieu :
280     q_star = kqfs(i)/wm(i)
281     t_star = khfs(i)/wm(i)
282    
283     therm(i) = sqrt( b1*(1.+2.*RETV*qT_th(i))*t_star**2 &
284     + (RETV*T2m(i))**2*b2*q_star**2 &
285     + max(0., 2.*RETV*T2m(i)*b212*q_star*t_star))
286    
287     ! Theta et qT du thermique (forme H&B) avec exces
288     ! (attention, on ajoute therm(i) qui est virtuelle ...)
289     ! pourquoi pas sqrt(b1)*t_star ?
290     qT_th(i) = qT_th(i) + b2sr*q_star
291     ! new on differre le calcul de Theta_e
292     rhino(i, 1) = 0.
293     ENDIF
294     ENDDO
295    
296     ! Improve pblh estimate for unstable conditions using the
297     ! convective temperature excess :
298     DO k = 2, isommet
299     DO i = 1, knon
300     IF (check(i)) THEN
301     zdu2 = u(i, k)**2 + v(i, k)**2
302     zdu2 = max(zdu2, 1e-20)
303     ! Theta_v environnement
304     zthvd=t(i, k)/s(i, k)*(1.+RETV*q(i, k))
305    
306     ! et therm Theta_v (avec hypothese de constance de H&B,
307     zthvu = T2m(i)*(1.+RETV*qT_th(i)) + therm(i)
308    
309     ! Le Ri par Theta_v
310     ! Niveau de ref 2m
311     rhino(i, k) = (z(i, k)-zref)*RG*(zthvd-zthvu) &
312     /(zdu2*0.5*(zthvd+zthvu))
313    
314     IF (rhino(i, k).GE.ricr) THEN
315     pblh(i) = z(i, k-1) + (z(i, k-1)-z(i, k)) * &
316     (ricr-rhino(i, k-1))/(rhino(i, k-1)-rhino(i, k))
317     ! test04
318     pblh(i) = pblh(i) + 100.
319     pblT(i) = t(i, k-1) + (t(i, k)-t(i, k-1)) * &
320     (pblh(i)-z(i, k-1))/(z(i, k)-z(i, k-1))
321     check(i) = .FALSE.
322     ENDIF
323     ENDIF
324     ENDDO
325     ENDDO
326    
327     ! Set pbl height to maximum value where computation exceeds number of
328     ! layers allowed
329     DO i = 1, knon
330     if (check(i)) pblh(i) = z(i, isommet)
331     ENDDO
332    
333     ! PBL height must be greater than some minimum mechanical mixing depth
334     ! Several investigators have proposed minimum mechanical mixing depth
335     ! relationships as a function of the local friction velocity, u*. We
336     ! make use of a linear relationship of the form h = c u* where c=700.
337     ! The scaling arguments that give rise to this relationship most often
338     ! represent the coefficient c as some constant over the local coriolis
339     ! parameter. Here we make use of the experimental results of Koracin
340     ! and Berkowicz (1988) [BLM, Vol 43] for wich they recommend 0.07/f
341     ! where f was evaluated at 39.5 N and 52 N. Thus we use a typical mid
342     ! latitude value for f so that c = 0.07/f = 700.
343     DO i = 1, knon
344     pblmin = 700. * ustar(i)
345     pblh(i) = MAX(pblh(i), pblmin)
346     ! par exemple :
347     pblT(i) = t(i, 2) + (t(i, 3)-t(i, 2)) * &
348     (pblh(i)-z(i, 2))/(z(i, 3)-z(i, 2))
349     ENDDO
350    
351     ! pblh is now available; do preparation for diffusivity calculation:
352     DO i = 1, knon
353     check(i) = .TRUE.
354     Zsat(i) = .FALSE.
355     ! omegafl utilise pour prolongement CAPE
356     omegafl(i) = .FALSE.
357     Cape(i) = 0.
358     EauLiq(i) = 0.
359     CTEI(i) = 0.
360    
361     ! Do additional preparation for unstable cases only, set temperature
362     ! and moisture perturbations depending on stability.
363     ! Remarque : les formule sont prises dans leur forme CS
364     IF (unstbl(i)) THEN
365     ! Niveau de ref du thermique
366     zxt=(T2m(i)-zref*0.5*RG/RCPD/(1.+RVTMP2*qT_th(i))) &
367     *(1.+RETV*qT_th(i))
368 guez 3 phiminv(i) = (1. - binm*pblh(i)/obklen(i))**onet
369 guez 37 wm(i) = ustar(i)*phiminv(i)
370     ENDIF
371     ENDDO
372 guez 3
373 guez 37 ! Main level loop to compute the diffusivities and
374     ! counter-gradient terms:
375 guez 49 loop_level: DO k = 2, isommet
376 guez 37 ! Find levels within boundary layer:
377     DO i = 1, knon
378     zp(i) = z(i, k)
379     IF (zkmin == 0. .AND. zp(i) > pblh(i)) zp(i) = pblh(i)
380     ENDDO
381    
382     ! For all layers, compute integral info and CTEI
383     DO i = 1, knon
384 guez 49 if (check(i) .or. omegafl(i)) then
385     if (.not. Zsat(i)) then
386 guez 37 T2 = T2m(i) * s(i, k)
387     ! thermodyn functions
388 guez 103 qqsat= r2es * FOEEW(T2, RTT >= T2) / pplay(i, k)
389 guez 37 qqsat=MIN(0.5, qqsat)
390     zcor=1./(1.-retv*qqsat)
391     qqsat=qqsat*zcor
392    
393     if (qqsat < qT_th(i)) then
394     ! on calcule lcl
395     if (k == 2) then
396     plcl(i) = z(i, k)
397     else
398     plcl(i) = z(i, k-1) + (z(i, k-1)-z(i, k)) &
399     * (qT_th(i)-qsatbef(i)) / (qsatbef(i)-qqsat)
400     endif
401     Zsat(i) = .true.
402     endif
403     endif
404     qsatbef(i) = qqsat
405     ! cette ligne a deja ete faite normalement ?
406 guez 3 endif
407 guez 37 ENDDO
408 guez 49 end DO loop_level
409 guez 37
410     END SUBROUTINE HBTM
411    
412     end module HBTM_m

Properties

Name Value
svn:executable

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