1 |
module yamada4_m |
2 |
|
3 |
IMPLICIT NONE |
4 |
|
5 |
real, parameter:: kap = 0.4 |
6 |
private |
7 |
public yamada4 |
8 |
|
9 |
contains |
10 |
|
11 |
SUBROUTINE yamada4(ngrid, dt, g, zlev, zlay, u, v, teta, cd, q2, km, kn, & |
12 |
kq, ustar, iflag_pbl) |
13 |
|
14 |
! From LMDZ4/libf/phylmd/yamada4.F, version 1.1 2004/06/22 11:45:36 |
15 |
|
16 |
USE dimphy, ONLY : klev, klon |
17 |
|
18 |
integer ngrid |
19 |
REAL, intent(in):: dt ! pas de temps |
20 |
real, intent(in):: g |
21 |
|
22 |
REAL zlev(klon, klev+1) |
23 |
! altitude à chaque niveau (interface inférieure de la couche de |
24 |
! même indice) |
25 |
|
26 |
REAL zlay(klon, klev) ! altitude au centre de chaque couche |
27 |
|
28 |
REAL u(klon, klev), v(klon, klev) |
29 |
! vitesse au centre de chaque couche (en entrée : la valeur au |
30 |
! début du pas de temps) |
31 |
|
32 |
REAL teta(klon, klev) |
33 |
! température potentielle au centre de chaque couche (en entrée : |
34 |
! la valeur au début du pas de temps) |
35 |
|
36 |
REAL, intent(in):: cd(:) ! (ngrid) cdrag, valeur au début du pas de temps |
37 |
|
38 |
REAL, intent(inout):: q2(klon, klev+1) |
39 |
! $q^2$ au bas de chaque couche |
40 |
! En entrée : la valeur au début du pas de temps ; en sortie : la |
41 |
! valeur à la fin du pas de temps. |
42 |
|
43 |
REAL km(klon, klev+1) |
44 |
! diffusivité turbulente de quantité de mouvement (au bas de |
45 |
! chaque couche) (en sortie : la valeur à la fin du pas de temps) |
46 |
|
47 |
REAL kn(klon, klev+1) |
48 |
! diffusivité turbulente des scalaires (au bas de chaque couche) |
49 |
! (en sortie : la valeur à la fin du pas de temps) |
50 |
|
51 |
REAL kq(klon, klev+1) |
52 |
real ustar(klon) |
53 |
|
54 |
integer iflag_pbl |
55 |
! iflag_pbl doit valoir entre 6 et 9 |
56 |
! l = 6, on prend systématiquement une longueur d'équilibre |
57 |
! iflag_pbl = 6 : MY 2.0 |
58 |
! iflag_pbl = 7 : MY 2.0.Fournier |
59 |
! iflag_pbl = 8 : MY 2.5 |
60 |
! iflag_pbl = 9 : un test ? |
61 |
|
62 |
! Local: |
63 |
|
64 |
real kmin, qmin, pblhmin(klon), coriol(klon) |
65 |
real qpre |
66 |
REAL unsdz(klon, klev) |
67 |
REAL unsdzdec(klon, klev+1) |
68 |
REAL kmpre(klon, klev+1), tmp2 |
69 |
REAL mpre(klon, klev+1) |
70 |
real delta(klon, klev+1) |
71 |
real aa(klon, klev+1), aa0, aa1 |
72 |
integer, PARAMETER:: nlay = klev |
73 |
integer, PARAMETER:: nlev = klev+1 |
74 |
logical:: first = .true. |
75 |
integer:: ipas = 0 |
76 |
integer ig, k |
77 |
real ri |
78 |
real rif(klon, klev+1), sm(klon, klev+1), alpha(klon, klev) |
79 |
real m2(klon, klev+1), dz(klon, klev+1), zq, n2(klon, klev+1) |
80 |
real dtetadz(klon, klev+1) |
81 |
real m2cstat, mcstat, kmcstat |
82 |
real l(klon, klev+1) |
83 |
real, save:: l0(klon) |
84 |
real sq(klon), sqz(klon), zz(klon, klev+1) |
85 |
integer iter |
86 |
real:: ric = 0.195, rifc = 0.191, b1 = 16.6, kap = 0.4 |
87 |
real rino(klon, klev+1), smyam(klon, klev), styam(klon, klev) |
88 |
real lyam(klon, klev), knyam(klon, klev) |
89 |
|
90 |
!----------------------------------------------------------------------- |
91 |
|
92 |
if (.not. (iflag_pbl >= 6 .and. iflag_pbl <= 9)) then |
93 |
print *, 'probleme de coherence dans appel a MY' |
94 |
stop 1 |
95 |
endif |
96 |
|
97 |
ipas = ipas+1 |
98 |
|
99 |
! les increments verticaux |
100 |
DO ig = 1, ngrid |
101 |
! alerte: zlev n'est pas declare a nlev |
102 |
zlev(ig, nlev) = zlay(ig, nlay) +(zlay(ig, nlay) - zlev(ig, nlev-1)) |
103 |
ENDDO |
104 |
|
105 |
DO k = 1, nlay |
106 |
DO ig = 1, ngrid |
107 |
unsdz(ig, k) = 1.E+0/(zlev(ig, k+1)-zlev(ig, k)) |
108 |
ENDDO |
109 |
ENDDO |
110 |
DO ig = 1, ngrid |
111 |
unsdzdec(ig, 1) = 1.E+0/(zlay(ig, 1)-zlev(ig, 1)) |
112 |
ENDDO |
113 |
DO k = 2, nlay |
114 |
DO ig = 1, ngrid |
115 |
unsdzdec(ig, k) = 1.E+0/(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1)) |
116 |
ENDDO |
117 |
ENDDO |
118 |
DO ig = 1, ngrid |
119 |
unsdzdec(ig, nlay+1) = 1.E+0/(zlev(ig, nlay+1)-zlay(ig, nlay)) |
120 |
ENDDO |
121 |
|
122 |
do k = 2, klev |
123 |
do ig = 1, ngrid |
124 |
dz(ig, k) = zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1) |
125 |
m2(ig, k) = ((u(ig, k)-u(ig, k-1))**2+(v(ig, k)-v(ig, k-1))**2) & |
126 |
/(dz(ig, k)*dz(ig, k)) |
127 |
dtetadz(ig, k) = (teta(ig, k)-teta(ig, k-1))/dz(ig, k) |
128 |
n2(ig, k) = g*2.*dtetadz(ig, k)/(teta(ig, k-1)+teta(ig, k)) |
129 |
ri = n2(ig, k)/max(m2(ig, k), 1.e-10) |
130 |
if (ri.lt.ric) then |
131 |
rif(ig, k) = frif(ri) |
132 |
else |
133 |
rif(ig, k) = rifc |
134 |
endif |
135 |
if(rif(ig, k).lt.0.16) then |
136 |
alpha(ig, k) = falpha(rif(ig, k)) |
137 |
sm(ig, k) = fsm(rif(ig, k)) |
138 |
else |
139 |
alpha(ig, k) = 1.12 |
140 |
sm(ig, k) = 0.085 |
141 |
endif |
142 |
zz(ig, k) = b1*m2(ig, k)*(1.-rif(ig, k))*sm(ig, k) |
143 |
enddo |
144 |
enddo |
145 |
|
146 |
! Au premier appel, on détermine l et q2 de façon itérative. |
147 |
! Itération pour déterminer la longueur de mélange |
148 |
|
149 |
if (first .or. iflag_pbl == 6) then |
150 |
do ig = 1, ngrid |
151 |
l0(ig) = 10. |
152 |
enddo |
153 |
do k = 2, klev-1 |
154 |
do ig = 1, ngrid |
155 |
l(ig, k) = l0(ig) * kap * zlev(ig, k) & |
156 |
/ (kap * zlev(ig, k) + l0(ig)) |
157 |
enddo |
158 |
enddo |
159 |
|
160 |
do iter = 1, 10 |
161 |
do ig = 1, ngrid |
162 |
sq(ig) = 1e-10 |
163 |
sqz(ig) = 1e-10 |
164 |
enddo |
165 |
do k = 2, klev-1 |
166 |
do ig = 1, ngrid |
167 |
q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k) |
168 |
l(ig, k) = fl(zlev(ig, k), l0(ig), q2(ig, k), n2(ig, k)) |
169 |
zq = sqrt(q2(ig, k)) |
170 |
sqz(ig) = sqz(ig) + zq * zlev(ig, k) & |
171 |
* (zlay(ig, k) - zlay(ig, k-1)) |
172 |
sq(ig) = sq(ig) + zq * (zlay(ig, k) - zlay(ig, k-1)) |
173 |
enddo |
174 |
enddo |
175 |
do ig = 1, ngrid |
176 |
l0(ig) = 0.2 * sqz(ig) / sq(ig) |
177 |
enddo |
178 |
enddo |
179 |
endif |
180 |
|
181 |
! Calcul de la longueur de melange. |
182 |
|
183 |
! Mise a jour de l0 |
184 |
do ig = 1, ngrid |
185 |
sq(ig) = 1.e-10 |
186 |
sqz(ig) = 1.e-10 |
187 |
enddo |
188 |
do k = 2, klev-1 |
189 |
do ig = 1, ngrid |
190 |
zq = sqrt(q2(ig, k)) |
191 |
sqz(ig) = sqz(ig)+zq*zlev(ig, k)*(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1)) |
192 |
sq(ig) = sq(ig)+zq*(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1)) |
193 |
enddo |
194 |
enddo |
195 |
do ig = 1, ngrid |
196 |
l0(ig) = 0.2*sqz(ig)/sq(ig) |
197 |
enddo |
198 |
! calcul de l(z) |
199 |
do k = 2, klev |
200 |
do ig = 1, ngrid |
201 |
l(ig, k) = fl(zlev(ig, k), l0(ig), q2(ig, k), n2(ig, k)) |
202 |
if(first) then |
203 |
q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k) |
204 |
endif |
205 |
enddo |
206 |
enddo |
207 |
|
208 |
! Yamada 2.0 |
209 |
if (iflag_pbl == 6) then |
210 |
do k = 2, klev |
211 |
do ig = 1, ngrid |
212 |
q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k) |
213 |
enddo |
214 |
enddo |
215 |
else if (iflag_pbl == 7) then |
216 |
! Yamada 2.Fournier |
217 |
|
218 |
! Calcul de l, km, au pas precedent |
219 |
do k = 2, klev |
220 |
do ig = 1, ngrid |
221 |
delta(ig, k) = q2(ig, k) / (l(ig, k)**2 * sm(ig, k)) |
222 |
kmpre(ig, k) = l(ig, k) * sqrt(q2(ig, k)) * sm(ig, k) |
223 |
mpre(ig, k) = sqrt(m2(ig, k)) |
224 |
enddo |
225 |
enddo |
226 |
|
227 |
do k = 2, klev-1 |
228 |
do ig = 1, ngrid |
229 |
m2cstat = max(alpha(ig, k)*n2(ig, k)+delta(ig, k)/b1, 1.e-12) |
230 |
mcstat = sqrt(m2cstat) |
231 |
|
232 |
! puis on ecrit la valeur de q qui annule l'equation de m |
233 |
! supposee en q3 |
234 |
|
235 |
IF (k == 2) THEN |
236 |
kmcstat = 1.E+0 / mcstat & |
237 |
*(unsdz(ig, k)*kmpre(ig, k+1) & |
238 |
*mpre(ig, k+1) & |
239 |
+unsdz(ig, k-1) & |
240 |
*cd(ig) & |
241 |
*(sqrt(u(ig, 3)**2+v(ig, 3)**2) & |
242 |
-mcstat/unsdzdec(ig, k) & |
243 |
-mpre(ig, k+1)/unsdzdec(ig, k+1))**2) & |
244 |
/(unsdz(ig, k)+unsdz(ig, k-1)) |
245 |
ELSE |
246 |
kmcstat = 1.E+0 / mcstat & |
247 |
*(unsdz(ig, k)*kmpre(ig, k+1) & |
248 |
*mpre(ig, k+1) & |
249 |
+unsdz(ig, k-1)*kmpre(ig, k-1) & |
250 |
*mpre(ig, k-1)) & |
251 |
/(unsdz(ig, k)+unsdz(ig, k-1)) |
252 |
ENDIF |
253 |
tmp2 = kmcstat / (sm(ig, k) / q2(ig, k)) /l(ig, k) |
254 |
q2(ig, k) = max(tmp2, 1.e-12)**(2./3.) |
255 |
enddo |
256 |
enddo |
257 |
else if (iflag_pbl >= 8) then |
258 |
! Yamada 2.5 a la Didi |
259 |
|
260 |
! Calcul de l, km, au pas precedent |
261 |
do k = 2, klev |
262 |
do ig = 1, ngrid |
263 |
delta(ig, k) = q2(ig, k)/(l(ig, k)**2*sm(ig, k)) |
264 |
if (delta(ig, k).lt.1.e-20) then |
265 |
delta(ig, k) = 1.e-20 |
266 |
endif |
267 |
km(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig, k))*sm(ig, k) |
268 |
aa0 = (m2(ig, k)-alpha(ig, k)*n2(ig, k)-delta(ig, k)/b1) |
269 |
aa1 = (m2(ig, k)*(1.-rif(ig, k))-delta(ig, k)/b1) |
270 |
aa(ig, k) = aa1*dt/(delta(ig, k)*l(ig, k)) |
271 |
qpre = sqrt(q2(ig, k)) |
272 |
if (iflag_pbl == 8) then |
273 |
if (aa(ig, k).gt.0.) then |
274 |
q2(ig, k) = (qpre+aa(ig, k)*qpre*qpre)**2 |
275 |
else |
276 |
q2(ig, k) = (qpre/(1.-aa(ig, k)*qpre))**2 |
277 |
endif |
278 |
else |
279 |
! iflag_pbl = 9 |
280 |
if (aa(ig, k)*qpre.gt.0.9) then |
281 |
q2(ig, k) = (qpre*10.)**2 |
282 |
else |
283 |
q2(ig, k) = (qpre/(1.-aa(ig, k)*qpre))**2 |
284 |
endif |
285 |
endif |
286 |
q2(ig, k) = min(max(q2(ig, k), 1.e-10), 1.e4) |
287 |
enddo |
288 |
enddo |
289 |
endif |
290 |
|
291 |
! Calcul des coefficients de mélange |
292 |
do k = 2, klev |
293 |
do ig = 1, ngrid |
294 |
zq = sqrt(q2(ig, k)) |
295 |
km(ig, k) = l(ig, k)*zq*sm(ig, k) |
296 |
kn(ig, k) = km(ig, k)*alpha(ig, k) |
297 |
kq(ig, k) = l(ig, k)*zq*0.2 |
298 |
enddo |
299 |
enddo |
300 |
|
301 |
! Traitement des cas noctrunes avec l'introduction d'une longueur |
302 |
! minilale. |
303 |
|
304 |
! Traitement particulier pour les cas tres stables. |
305 |
! D'apres Holtslag Boville. |
306 |
|
307 |
do ig = 1, ngrid |
308 |
coriol(ig) = 1.e-4 |
309 |
pblhmin(ig) = 0.07*ustar(ig)/max(abs(coriol(ig)), 2.546e-5) |
310 |
enddo |
311 |
|
312 |
print *, 'pblhmin ', pblhmin |
313 |
do k = 2, klev |
314 |
do ig = 1, klon |
315 |
if (teta(ig, 2).gt.teta(ig, 1)) then |
316 |
qmin = ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig, k)/pblhmin(ig), 0.))**2 |
317 |
kmin = kap*zlev(ig, k)*qmin |
318 |
else |
319 |
kmin = -1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables. |
320 |
endif |
321 |
if (kn(ig, k).lt.kmin.or.km(ig, k).lt.kmin) then |
322 |
kn(ig, k) = kmin |
323 |
km(ig, k) = kmin |
324 |
kq(ig, k) = kmin |
325 |
! la longueur de melange est suposee etre l = kap z |
326 |
! K = l q Sm d'ou q2 = (K/l Sm)**2 |
327 |
q2(ig, k) = (qmin/sm(ig, k))**2 |
328 |
endif |
329 |
enddo |
330 |
enddo |
331 |
|
332 |
! Diagnostique pour stokage |
333 |
|
334 |
rino = rif |
335 |
smyam(:, 1:klev) = sm(:, 1:klev) |
336 |
styam = sm(:, 1:klev)*alpha(:, 1:klev) |
337 |
lyam(1:klon, 1:klev) = l(:, 1:klev) |
338 |
knyam(1:klon, 1:klev) = kn(:, 1:klev) |
339 |
|
340 |
first = .false. |
341 |
|
342 |
end SUBROUTINE yamada4 |
343 |
|
344 |
!******************************************************************* |
345 |
|
346 |
real function frif(ri) |
347 |
|
348 |
real, intent(in):: ri |
349 |
|
350 |
frif = 0.6588*(ri+0.1776-sqrt(ri*ri-0.3221*ri+0.03156)) |
351 |
|
352 |
end function frif |
353 |
|
354 |
!******************************************************************* |
355 |
|
356 |
real function falpha(ri) |
357 |
|
358 |
real, intent(in):: ri |
359 |
|
360 |
falpha = 1.318*(0.2231-ri)/(0.2341-ri) |
361 |
|
362 |
end function falpha |
363 |
|
364 |
!******************************************************************* |
365 |
|
366 |
real function fsm(ri) |
367 |
|
368 |
real, intent(in):: ri |
369 |
|
370 |
fsm = 1.96*(0.1912-ri)*(0.2341-ri)/((1.-ri)*(0.2231-ri)) |
371 |
|
372 |
end function fsm |
373 |
|
374 |
!******************************************************************* |
375 |
|
376 |
real function fl(zzz, zl0, zq2, zn2) |
377 |
|
378 |
real, intent(in):: zzz, zl0, zq2, zn2 |
379 |
|
380 |
fl = max(min(zl0 * kap * zzz / (kap * zzz + zl0), & |
381 |
0.5 * sqrt(zq2) / sqrt(max(zn2, 1e-10))), 1.) |
382 |
|
383 |
end function fl |
384 |
|
385 |
end module yamada4_m |