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trunk/libf/phylmd/yamada4.f90 revision 62 by guez, Thu Jul 26 14:37:37 2012 UTC trunk/Sources/phylmd/yamada4.f revision 228 by guez, Fri Nov 3 12:38:47 2017 UTC
# Line 2  module yamada4_m Line 2  module yamada4_m
2    
3    IMPLICIT NONE    IMPLICIT NONE
4    
   real, parameter:: kap = 0.4  
5    private    private
6    public yamada4    public yamada4
7      real, parameter:: kap = 0.4
8    
9  contains  contains
10    
11    SUBROUTINE yamada4(ngrid, dt, g, zlev, zlay, u, v, teta, cd, q2, km, kn, &    SUBROUTINE yamada4(dt, g, zlev, zlay, u, v, teta, cd, q2, km, kn, kq, &
12         kq, ustar, iflag_pbl)         ustar, iflag_pbl)
13    
14      ! From LMDZ4/libf/phylmd/yamada4.F, version 1.1 2004/06/22 11:45:36      ! From LMDZ4/libf/phylmd/yamada4.F, version 1.1 2004/06/22 11:45:36
15    
16      USE dimphy, ONLY : klev, klon      use nr_util, only: assert, assert_eq
17        USE dimphy, ONLY: klev
18    
     integer ngrid  
19      REAL, intent(in):: dt ! pas de temps      REAL, intent(in):: dt ! pas de temps
20      real, intent(in):: g      real, intent(in):: g
21    
22      REAL zlev(klon, klev+1)      REAL zlev(:, :) ! (knon, klev + 1)
23      ! altitude à chaque niveau (interface inférieure de la couche de      ! altitude \`a chaque niveau (interface inf\'erieure de la couche de
24      ! même indice)      ! m\^eme indice)
25    
26      REAL zlay(klon, klev) ! altitude au centre de chaque couche      REAL, intent(in):: zlay(:, :) ! (knon, klev) altitude au centre de
27                                      ! chaque couche
28    
29      REAL u(klon, klev), v(klon, klev)      REAL, intent(in):: u(:, :), v(:, :) ! (knon, klev)
30      ! vitesse au centre de chaque couche (en entrée : la valeur au      ! vitesse au centre de chaque couche (en entr\'ee : la valeur au
31      ! début du pas de temps)      ! d\'ebut du pas de temps)
32    
33      REAL teta(klon, klev)      REAL, intent(in):: teta(:, :) ! (knon, klev)
34      ! température potentielle au centre de chaque couche (en entrée :      ! temp\'erature potentielle au centre de chaque couche (en entr\'ee :
35      ! la valeur au début du pas de temps)      ! la valeur au d\'ebut du pas de temps)
36    
37      REAL, intent(in):: cd(:) ! (ngrid) cdrag, valeur au début du pas de temps      REAL, intent(in):: cd(:) ! (knon) cdrag, valeur au d\'ebut du pas de temps
38    
39      REAL, intent(inout):: q2(klon, klev+1)      REAL, intent(inout):: q2(:, :) ! (knon, klev + 1)
40      ! $q^2$ au bas de chaque couche      ! $q^2$ au bas de chaque couche
41      ! En entrée : la valeur au début du pas de temps ; en sortie : la      ! En entr\'ee : la valeur au d\'ebut du pas de temps ; en sortie : la
42      ! valeur à la fin du pas de temps.      ! valeur \`a la fin du pas de temps.
43    
44      REAL km(klon, klev+1)      REAL km(:, :) ! (knon, klev + 1)
45      ! diffusivité turbulente de quantité de mouvement (au bas de      ! diffusivit\'e turbulente de quantit\'e de mouvement (au bas de
46      ! chaque couche) (en sortie : la valeur à la fin du pas de temps)      ! chaque couche) (en sortie : la valeur \`a la fin du pas de temps)
47    
48      REAL kn(klon, klev+1)      REAL kn(:, :) ! (knon, klev + 1)
49      ! diffusivité turbulente des scalaires (au bas de chaque couche)      ! diffusivit\'e turbulente des scalaires (au bas de chaque couche)
50      ! (en sortie : la valeur à la fin du pas de temps)      ! (en sortie : la valeur \`a la fin du pas de temps)
51    
52      REAL kq(klon, klev+1)      REAL kq(:, :) ! (knon, klev + 1)
53      real ustar(klon)      real, intent(in):: ustar(:) ! (knon)
54    
55      integer iflag_pbl      integer, intent(in):: iflag_pbl
56      ! iflag_pbl doit valoir entre 6 et 9      ! iflag_pbl doit valoir 6, 8 ou 9
57      ! l = 6, on prend systématiquement une longueur d'équilibre      ! l = 6, on prend syst\'ematiquement une longueur d'\'equilibre
58      ! iflag_pbl = 6 : MY 2.0      ! iflag_pbl = 6 : Mellor and Yamada 2.0
59      ! iflag_pbl = 7 : MY 2.0.Fournier      ! iflag_pbl = 8 : Mellor and Yamada 2.5
     ! iflag_pbl = 8 : MY 2.5  
60      ! iflag_pbl = 9 : un test ?      ! iflag_pbl = 9 : un test ?
61    
62      ! Local:      ! Local:
63        integer knon
64      real kmin, qmin, pblhmin(klon), coriol(klon)      real kmin, qmin
65        real pblhmin(size(cd)), coriol(size(cd)) ! (knon)
66      real qpre      real qpre
67      REAL unsdz(klon, klev)      REAL unsdz(size(zlay, 1), size(zlay, 2)) ! (knon, klev)
68      REAL unsdzdec(klon, klev+1)      REAL unsdzdec(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
69      REAL kmpre(klon, klev+1), tmp2      real delta(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
70      REAL mpre(klon, klev+1)      real aa(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
71      real delta(klon, klev+1)      real aa1
     real aa(klon, klev+1), aa0, aa1  
     integer, PARAMETER:: nlay = klev  
     integer, PARAMETER:: nlev = klev+1  
72      logical:: first = .true.      logical:: first = .true.
73      integer:: ipas = 0      integer:: ipas = 0
74      integer ig, k      integer ig, k
75      real ri      real ri
76      real rif(klon, klev+1), sm(klon, klev+1), alpha(klon, klev)      real, dimension(size(zlev, 1), size(zlev, 2)):: rif, sm ! (knon, klev + 1)
77      real m2(klon, klev+1), dz(klon, klev+1), zq, n2(klon, klev+1)      real alpha(size(zlay, 1), size(zlay, 2)) ! (knon, klev)
78      real dtetadz(klon, klev+1)  
79      real m2cstat, mcstat, kmcstat      real, dimension(size(zlev, 1), size(zlev, 2)):: m2, dz, n2
80      real l(klon, klev+1)      ! (knon, klev + 1)
81      real, save:: l0(klon)      
82      real sq(klon), sqz(klon), zz(klon, klev+1)      real zq
83        real dtetadz(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
84        real l(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
85        real l0(size(cd)) ! (knon)
86        real sq(size(cd)), sqz(size(cd)) ! (knon)
87        real zz(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
88      integer iter      integer iter
89      real:: ric = 0.195, rifc = 0.191, b1 = 16.6, kap = 0.4      real:: ric = 0.195, rifc = 0.191, b1 = 16.6
     real rino(klon, klev+1), smyam(klon, klev), styam(klon, klev)  
     real lyam(klon, klev), knyam(klon, klev)  
90    
91      !-----------------------------------------------------------------------      !-----------------------------------------------------------------------
92    
93      if (.not. (iflag_pbl >= 6 .and. iflag_pbl <= 9)) then      call assert(any(iflag_pbl == [6, 8, 9]), "yamada4 iflag_pbl")
94         print *, 'probleme de coherence dans appel a MY'      knon = assert_eq([size(zlev, 1), size(zlay, 1), size(u, 1), size(v, 1), &
95         stop 1           size(teta, 1), size(cd), size(q2, 1), size(km, 1), size(kn, 1), &
96      endif           size(kq, 1)], "yamada4 knon")
97        call assert(klev == [size(zlev, 2) - 1, size(zlay, 2), size(u, 2), &
98             size(v, 2), size(teta, 2), size(q2, 2) - 1, size(km, 2) - 1, &
99             size(kn, 2) - 1, size(kq, 2) - 1], "yamada4 klev")
100    
101      ipas = ipas+1      ipas = ipas + 1
102    
103      ! les increments verticaux      ! les increments verticaux
104      DO ig = 1, ngrid      DO ig = 1, knon
105         ! alerte: zlev n'est pas declare a nlev         ! alerte: zlev n'est pas declare a klev + 1
106         zlev(ig, nlev) = zlay(ig, nlay) +(zlay(ig, nlay) - zlev(ig, nlev-1))         zlev(ig, klev + 1) = zlay(ig, klev) + (zlay(ig, klev) - zlev(ig, klev))
107      ENDDO      ENDDO
108    
109      DO k = 1, nlay      DO k = 1, klev
110         DO ig = 1, ngrid         DO ig = 1, knon
111            unsdz(ig, k) = 1.E+0/(zlev(ig, k+1)-zlev(ig, k))            unsdz(ig, k) = 1.E+0/(zlev(ig, k + 1)-zlev(ig, k))
112         ENDDO         ENDDO
113      ENDDO      ENDDO
114      DO ig = 1, ngrid  
115        DO ig = 1, knon
116         unsdzdec(ig, 1) = 1.E+0/(zlay(ig, 1)-zlev(ig, 1))         unsdzdec(ig, 1) = 1.E+0/(zlay(ig, 1)-zlev(ig, 1))
117      ENDDO      ENDDO
118      DO k = 2, nlay  
119         DO ig = 1, ngrid      DO k = 2, klev
120           DO ig = 1, knon
121            unsdzdec(ig, k) = 1.E+0/(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))            unsdzdec(ig, k) = 1.E+0/(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))
122         ENDDO         ENDDO
123      ENDDO      ENDDO
124      DO ig = 1, ngrid  
125         unsdzdec(ig, nlay+1) = 1.E+0/(zlev(ig, nlay+1)-zlay(ig, nlay))      DO ig = 1, knon
126           unsdzdec(ig, klev + 1) = 1.E+0/(zlev(ig, klev + 1)-zlay(ig, klev))
127      ENDDO      ENDDO
128    
129      do k = 2, klev      do k = 2, klev
130         do ig = 1, ngrid         do ig = 1, knon
131            dz(ig, k) = zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1)            dz(ig, k) = zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1)
132            m2(ig, k) = ((u(ig, k)-u(ig, k-1))**2+(v(ig, k)-v(ig, k-1))**2) &            m2(ig, k) = ((u(ig, k)-u(ig, k-1))**2 + (v(ig, k)-v(ig, k-1))**2) &
133                 /(dz(ig, k)*dz(ig, k))                 /(dz(ig, k)*dz(ig, k))
134            dtetadz(ig, k) = (teta(ig, k)-teta(ig, k-1))/dz(ig, k)            dtetadz(ig, k) = (teta(ig, k)-teta(ig, k-1))/dz(ig, k)
135            n2(ig, k) = g*2.*dtetadz(ig, k)/(teta(ig, k-1)+teta(ig, k))            n2(ig, k) = g*2.*dtetadz(ig, k)/(teta(ig, k-1) + teta(ig, k))
136            ri = n2(ig, k)/max(m2(ig, k), 1.e-10)            ri = n2(ig, k)/max(m2(ig, k), 1.e-10)
137            if (ri.lt.ric) then            if (ri.lt.ric) then
138               rif(ig, k) = frif(ri)               rif(ig, k) = frif(ri)
139            else            else
140               rif(ig, k) = rifc               rif(ig, k) = rifc
141            endif            endif
142            if(rif(ig, k).lt.0.16) then            if (rif(ig, k).lt.0.16) then
143               alpha(ig, k) = falpha(rif(ig, k))               alpha(ig, k) = falpha(rif(ig, k))
144               sm(ig, k) = fsm(rif(ig, k))               sm(ig, k) = fsm(rif(ig, k))
145            else            else
# Line 143  contains Line 150  contains
150         enddo         enddo
151      enddo      enddo
152    
153      ! Au premier appel, on détermine l et q2 de façon itérative.      ! Au premier appel, on d\'etermine l et q2 de fa\ccon it\'erative.
154      ! Itération pour déterminer la longueur de mélange      ! It\'eration pour d\'eterminer la longueur de m\'elange
155    
156      if (first .or. iflag_pbl == 6) then      if (first .or. iflag_pbl == 6) then
157         do ig = 1, ngrid         do ig = 1, knon
158            l0(ig) = 10.            l0(ig) = 10.
159         enddo         enddo
160         do k = 2, klev-1         do k = 2, klev-1
161            do ig = 1, ngrid            do ig = 1, knon
162               l(ig, k) = l0(ig) * kap * zlev(ig, k) &               l(ig, k) = l0(ig) * kap * zlev(ig, k) &
163                    / (kap * zlev(ig, k) + l0(ig))                    / (kap * zlev(ig, k) + l0(ig))
164            enddo            enddo
165         enddo         enddo
166    
167         do iter = 1, 10         do iter = 1, 10
168            do ig = 1, ngrid            do ig = 1, knon
169               sq(ig) = 1e-10               sq(ig) = 1e-10
170               sqz(ig) = 1e-10               sqz(ig) = 1e-10
171            enddo            enddo
172            do k = 2, klev-1            do k = 2, klev-1
173               do ig = 1, ngrid               do ig = 1, knon
174                  q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)                  q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)
175                  l(ig, k) = fl(zlev(ig, k), l0(ig), q2(ig, k), n2(ig, k))                  l(ig, k) = fl(zlev(ig, k), l0(ig), q2(ig, k), n2(ig, k))
176                  zq = sqrt(q2(ig, k))                  zq = sqrt(q2(ig, k))
# Line 172  contains Line 179  contains
179                  sq(ig) = sq(ig) + zq * (zlay(ig, k) - zlay(ig, k-1))                  sq(ig) = sq(ig) + zq * (zlay(ig, k) - zlay(ig, k-1))
180               enddo               enddo
181            enddo            enddo
182            do ig = 1, ngrid            do ig = 1, knon
183               l0(ig) = 0.2 * sqz(ig) / sq(ig)               l0(ig) = 0.2 * sqz(ig) / sq(ig)
184            enddo            enddo
185         enddo         enddo
# Line 181  contains Line 188  contains
188      ! Calcul de la longueur de melange.      ! Calcul de la longueur de melange.
189    
190      ! Mise a jour de l0      ! Mise a jour de l0
191      do ig = 1, ngrid      do ig = 1, knon
192         sq(ig) = 1.e-10         sq(ig) = 1.e-10
193         sqz(ig) = 1.e-10         sqz(ig) = 1.e-10
194      enddo      enddo
195      do k = 2, klev-1      do k = 2, klev-1
196         do ig = 1, ngrid         do ig = 1, knon
197            zq = sqrt(q2(ig, k))            zq = sqrt(q2(ig, k))
198            sqz(ig) = sqz(ig)+zq*zlev(ig, k)*(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))            sqz(ig) = sqz(ig) + zq*zlev(ig, k)*(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))
199            sq(ig) = sq(ig)+zq*(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))            sq(ig) = sq(ig) + zq*(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))
200         enddo         enddo
201      enddo      enddo
202      do ig = 1, ngrid      do ig = 1, knon
203         l0(ig) = 0.2*sqz(ig)/sq(ig)         l0(ig) = 0.2*sqz(ig)/sq(ig)
204      enddo      enddo
205      ! calcul de l(z)      ! calcul de l(z)
206      do k = 2, klev      do k = 2, klev
207         do ig = 1, ngrid         do ig = 1, knon
208            l(ig, k) = fl(zlev(ig, k), l0(ig), q2(ig, k), n2(ig, k))            l(ig, k) = fl(zlev(ig, k), l0(ig), q2(ig, k), n2(ig, k))
209            if(first) then            if (first) then
210               q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)               q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)
211            endif            endif
212         enddo         enddo
213      enddo      enddo
214    
     ! Yamada 2.0  
215      if (iflag_pbl == 6) then      if (iflag_pbl == 6) then
216           ! Yamada 2.0
217         do k = 2, klev         do k = 2, klev
218            do ig = 1, ngrid            do ig = 1, knon
219               q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)               q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)
220            enddo            enddo
221         enddo         enddo
     else if (iflag_pbl == 7) then  
        ! Yamada 2.Fournier  
   
        ! Calcul de l, km, au pas precedent  
        do k = 2, klev  
           do ig = 1, ngrid  
              delta(ig, k) = q2(ig, k) / (l(ig, k)**2 * sm(ig, k))  
              kmpre(ig, k) = l(ig, k) * sqrt(q2(ig, k)) * sm(ig, k)  
              mpre(ig, k) = sqrt(m2(ig, k))  
           enddo  
        enddo  
   
        do k = 2, klev-1  
           do ig = 1, ngrid  
              m2cstat = max(alpha(ig, k)*n2(ig, k)+delta(ig, k)/b1, 1.e-12)  
              mcstat = sqrt(m2cstat)  
   
              ! puis on ecrit la valeur de q qui annule l'equation de m  
              ! supposee en q3  
   
              IF (k == 2) THEN  
                 kmcstat = 1.E+0 / mcstat &  
                      *(unsdz(ig, k)*kmpre(ig, k+1) &  
                      *mpre(ig, k+1) &  
                      +unsdz(ig, k-1) &  
                      *cd(ig) &  
                      *(sqrt(u(ig, 3)**2+v(ig, 3)**2) &  
                      -mcstat/unsdzdec(ig, k) &  
                      -mpre(ig, k+1)/unsdzdec(ig, k+1))**2) &  
                      /(unsdz(ig, k)+unsdz(ig, k-1))  
              ELSE  
                 kmcstat = 1.E+0 / mcstat &  
                      *(unsdz(ig, k)*kmpre(ig, k+1) &  
                      *mpre(ig, k+1) &  
                      +unsdz(ig, k-1)*kmpre(ig, k-1) &  
                      *mpre(ig, k-1)) &  
                      /(unsdz(ig, k)+unsdz(ig, k-1))  
              ENDIF  
              tmp2 = kmcstat / (sm(ig, k) / q2(ig, k)) /l(ig, k)  
              q2(ig, k) = max(tmp2, 1.e-12)**(2./3.)  
           enddo  
        enddo  
222      else if (iflag_pbl >= 8) then      else if (iflag_pbl >= 8) then
223         ! Yamada 2.5 a la Didi         ! Yamada 2.5 a la Didi
224    
225         ! Calcul de l, km, au pas precedent         ! Calcul de l, km, au pas precedent
226         do k = 2, klev         do k = 2, klev
227            do ig = 1, ngrid            do ig = 1, knon
228               delta(ig, k) = q2(ig, k)/(l(ig, k)**2*sm(ig, k))               delta(ig, k) = q2(ig, k)/(l(ig, k)**2*sm(ig, k))
229               if (delta(ig, k).lt.1.e-20) then               if (delta(ig, k).lt.1.e-20) then
230                  delta(ig, k) = 1.e-20                  delta(ig, k) = 1.e-20
231               endif               endif
232               km(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig, k))*sm(ig, k)               km(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig, k))*sm(ig, k)
              aa0 = (m2(ig, k)-alpha(ig, k)*n2(ig, k)-delta(ig, k)/b1)  
233               aa1 = (m2(ig, k)*(1.-rif(ig, k))-delta(ig, k)/b1)               aa1 = (m2(ig, k)*(1.-rif(ig, k))-delta(ig, k)/b1)
234               aa(ig, k) = aa1*dt/(delta(ig, k)*l(ig, k))               aa(ig, k) = aa1*dt/(delta(ig, k)*l(ig, k))
235               qpre = sqrt(q2(ig, k))               qpre = sqrt(q2(ig, k))
236               if (iflag_pbl == 8) then               if (iflag_pbl == 8) then
237                  if (aa(ig, k).gt.0.) then                  if (aa(ig, k).gt.0.) then
238                     q2(ig, k) = (qpre+aa(ig, k)*qpre*qpre)**2                     q2(ig, k) = (qpre + aa(ig, k)*qpre*qpre)**2
239                  else                  else
240                     q2(ig, k) = (qpre/(1.-aa(ig, k)*qpre))**2                     q2(ig, k) = (qpre/(1.-aa(ig, k)*qpre))**2
241                  endif                  endif
# Line 288  contains Line 252  contains
252         enddo         enddo
253      endif      endif
254    
255      ! Calcul des coefficients de mélange      ! Calcul des coefficients de m\'elange
256      do k = 2, klev      do k = 2, klev
257         do ig = 1, ngrid         do ig = 1, knon
258            zq = sqrt(q2(ig, k))            zq = sqrt(q2(ig, k))
259            km(ig, k) = l(ig, k)*zq*sm(ig, k)            km(ig, k) = l(ig, k)*zq*sm(ig, k)
260            kn(ig, k) = km(ig, k)*alpha(ig, k)            kn(ig, k) = km(ig, k)*alpha(ig, k)
# Line 304  contains Line 268  contains
268      ! Traitement particulier pour les cas tres stables.      ! Traitement particulier pour les cas tres stables.
269      ! D'apres Holtslag Boville.      ! D'apres Holtslag Boville.
270    
271      do ig = 1, ngrid      do ig = 1, knon
272         coriol(ig) = 1.e-4         coriol(ig) = 1.e-4
273         pblhmin(ig) = 0.07*ustar(ig)/max(abs(coriol(ig)), 2.546e-5)         pblhmin(ig) = 0.07*ustar(ig)/max(abs(coriol(ig)), 2.546e-5)
274      enddo      enddo
275    
     print *, 'pblhmin ', pblhmin  
276      do k = 2, klev      do k = 2, klev
277         do ig = 1, klon         do ig = 1, knon
278            if (teta(ig, 2).gt.teta(ig, 1)) then            if (teta(ig, 2).gt.teta(ig, 1)) then
279               qmin = ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig, k)/pblhmin(ig), 0.))**2               qmin = ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig, k)/pblhmin(ig), 0.))**2
280               kmin = kap*zlev(ig, k)*qmin               kmin = kap*zlev(ig, k)*qmin
# Line 329  contains Line 292  contains
292         enddo         enddo
293      enddo      enddo
294    
     ! Diagnostique pour stokage  
   
     rino = rif  
     smyam(:, 1:klev) = sm(:, 1:klev)  
     styam = sm(:, 1:klev)*alpha(:, 1:klev)  
     lyam(1:klon, 1:klev) = l(:, 1:klev)  
     knyam(1:klon, 1:klev) = kn(:, 1:klev)  
   
295      first = .false.      first = .false.
296    
297    end SUBROUTINE yamada4    end SUBROUTINE yamada4
# Line 347  contains Line 302  contains
302    
303      real, intent(in):: ri      real, intent(in):: ri
304    
305      frif = 0.6588*(ri+0.1776-sqrt(ri*ri-0.3221*ri+0.03156))      frif = 0.6588*(ri + 0.1776-sqrt(ri*ri-0.3221*ri + 0.03156))
306    
307    end function frif    end function frif
308    
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