| 1 |
! |
| 2 |
! $Header: /home/cvsroot/LMDZ4/libf/phylmd/yamada4.F,v 1.1 2004/06/22 11:45:36 lmdzadmin Exp $ |
| 3 |
! |
| 4 |
SUBROUTINE yamada4(ngrid,dt,g,rconst,plev,temp |
| 5 |
s ,zlev,zlay,u,v,teta,cd,q2,km,kn,kq,ustar |
| 6 |
s ,iflag_pbl) |
| 7 |
use dimens_m |
| 8 |
use dimphy |
| 9 |
IMPLICIT NONE |
| 10 |
c....................................................................... |
| 11 |
c....................................................................... |
| 12 |
c |
| 13 |
c dt : pas de temps |
| 14 |
c g : g |
| 15 |
c zlev : altitude a chaque niveau (interface inferieure de la couche |
| 16 |
c de meme indice) |
| 17 |
c zlay : altitude au centre de chaque couche |
| 18 |
c u,v : vitesse au centre de chaque couche |
| 19 |
c (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
| 20 |
c teta : temperature potentielle au centre de chaque couche |
| 21 |
c (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
| 22 |
c cd : cdrag |
| 23 |
c (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
| 24 |
c q2 : $q^2$ au bas de chaque couche |
| 25 |
c (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
| 26 |
c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
| 27 |
c km : diffusivite turbulente de quantite de mouvement (au bas de chaque |
| 28 |
c couche) |
| 29 |
c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
| 30 |
c kn : diffusivite turbulente des scalaires (au bas de chaque couche) |
| 31 |
c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
| 32 |
c |
| 33 |
c iflag_pbl doit valoir entre 6 et 9 |
| 34 |
c l=6, on prend systematiquement une longueur d'equilibre |
| 35 |
c iflag_pbl=6 : MY 2.0 |
| 36 |
c iflag_pbl=7 : MY 2.0.Fournier |
| 37 |
c iflag_pbl=8 : MY 2.5 |
| 38 |
c iflag_pbl=9 : un test ? |
| 39 |
|
| 40 |
c....................................................................... |
| 41 |
REAL, intent(in):: dt |
| 42 |
real g,rconst |
| 43 |
real plev(klon,klev+1),temp(klon,klev) |
| 44 |
real ustar(klon) |
| 45 |
real kmin,qmin,pblhmin(klon),coriol(klon) |
| 46 |
REAL zlev(klon,klev+1) |
| 47 |
REAL zlay(klon,klev) |
| 48 |
REAL u(klon,klev) |
| 49 |
REAL v(klon,klev) |
| 50 |
REAL teta(klon,klev) |
| 51 |
REAL cd(klon) |
| 52 |
REAL q2(klon,klev+1),qpre |
| 53 |
REAL unsdz(klon,klev) |
| 54 |
REAL unsdzdec(klon,klev+1) |
| 55 |
|
| 56 |
REAL km(klon,klev+1) |
| 57 |
REAL kmpre(klon,klev+1),tmp2 |
| 58 |
REAL mpre(klon,klev+1) |
| 59 |
REAL kn(klon,klev+1) |
| 60 |
REAL kq(klon,klev+1) |
| 61 |
real ff(klon,klev+1),delta(klon,klev+1) |
| 62 |
real aa(klon,klev+1),aa0,aa1 |
| 63 |
integer iflag_pbl,ngrid |
| 64 |
|
| 65 |
|
| 66 |
integer nlay,nlev |
| 67 |
PARAMETER (nlay=klev) |
| 68 |
PARAMETER (nlev=klev+1) |
| 69 |
|
| 70 |
logical first |
| 71 |
integer ipas |
| 72 |
save first,ipas |
| 73 |
data first,ipas/.true.,0/ |
| 74 |
|
| 75 |
|
| 76 |
integer ig,k |
| 77 |
|
| 78 |
|
| 79 |
real ri,zrif,zalpha,zsm,zsn |
| 80 |
real rif(klon,klev+1),sm(klon,klev+1),alpha(klon,klev) |
| 81 |
|
| 82 |
real m2(klon,klev+1),dz(klon,klev+1),zq,n2(klon,klev+1) |
| 83 |
real dtetadz(klon,klev+1) |
| 84 |
real m2cstat,mcstat,kmcstat |
| 85 |
real l(klon,klev+1),l0(klon) |
| 86 |
save l0 |
| 87 |
|
| 88 |
real sq(klon),sqz(klon),zz(klon,klev+1) |
| 89 |
integer iter |
| 90 |
|
| 91 |
real ric,rifc,b1,kap |
| 92 |
save ric,rifc,b1,kap |
| 93 |
data ric,rifc,b1,kap/0.195,0.191,16.6,0.4/ |
| 94 |
|
| 95 |
real frif,falpha,fsm |
| 96 |
real fl,zzz,zl0,zq2,zn2 |
| 97 |
|
| 98 |
real rino(klon,klev+1),smyam(klon,klev),styam(klon,klev) |
| 99 |
s ,lyam(klon,klev),knyam(klon,klev) |
| 100 |
s ,w2yam(klon,klev),t2yam(klon,klev) |
| 101 |
common/pbldiag/rino,smyam,styam,lyam,knyam,w2yam,t2yam |
| 102 |
|
| 103 |
frif(ri)=0.6588*(ri+0.1776-sqrt(ri*ri-0.3221*ri+0.03156)) |
| 104 |
falpha(ri)=1.318*(0.2231-ri)/(0.2341-ri) |
| 105 |
fsm(ri)=1.96*(0.1912-ri)*(0.2341-ri)/((1.-ri)*(0.2231-ri)) |
| 106 |
fl(zzz,zl0,zq2,zn2)= |
| 107 |
s max(min(l0(ig)*kap*zlev(ig,k)/(kap*zlev(ig,k)+l0(ig)) |
| 108 |
s ,0.5*sqrt(q2(ig,k))/sqrt(max(n2(ig,k),1.e-10))) ,1.) |
| 109 |
|
| 110 |
if (.not.(iflag_pbl.ge.6.and.iflag_pbl.le.9)) then |
| 111 |
stop'probleme de coherence dans appel a MY' |
| 112 |
endif |
| 113 |
|
| 114 |
ipas=ipas+1 |
| 115 |
if (0.eq.1.and.first) then |
| 116 |
do ig=1,1000 |
| 117 |
ri=(ig-800.)/500. |
| 118 |
if (ri.lt.ric) then |
| 119 |
zrif=frif(ri) |
| 120 |
else |
| 121 |
zrif=rifc |
| 122 |
endif |
| 123 |
if(zrif.lt.0.16) then |
| 124 |
zalpha=falpha(zrif) |
| 125 |
zsm=fsm(zrif) |
| 126 |
else |
| 127 |
zalpha=1.12 |
| 128 |
zsm=0.085 |
| 129 |
endif |
| 130 |
c print*,ri,rif,zalpha,zsm |
| 131 |
enddo |
| 132 |
endif |
| 133 |
|
| 134 |
c....................................................................... |
| 135 |
c les increments verticaux |
| 136 |
c....................................................................... |
| 137 |
c |
| 138 |
c!!!!! allerte !!!!!c |
| 139 |
c!!!!! zlev n'est pas declare a nlev !!!!!c |
| 140 |
c!!!!! ----> |
| 141 |
DO ig=1,ngrid |
| 142 |
zlev(ig,nlev)=zlay(ig,nlay) |
| 143 |
& +( zlay(ig,nlay) - zlev(ig,nlev-1) ) |
| 144 |
ENDDO |
| 145 |
c!!!!! <---- |
| 146 |
c!!!!! allerte !!!!!c |
| 147 |
c |
| 148 |
DO k=1,nlay |
| 149 |
DO ig=1,ngrid |
| 150 |
unsdz(ig,k)=1.E+0/(zlev(ig,k+1)-zlev(ig,k)) |
| 151 |
ENDDO |
| 152 |
ENDDO |
| 153 |
DO ig=1,ngrid |
| 154 |
unsdzdec(ig,1)=1.E+0/(zlay(ig,1)-zlev(ig,1)) |
| 155 |
ENDDO |
| 156 |
DO k=2,nlay |
| 157 |
DO ig=1,ngrid |
| 158 |
unsdzdec(ig,k)=1.E+0/(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) |
| 159 |
ENDDO |
| 160 |
ENDDO |
| 161 |
DO ig=1,ngrid |
| 162 |
unsdzdec(ig,nlay+1)=1.E+0/(zlev(ig,nlay+1)-zlay(ig,nlay)) |
| 163 |
ENDDO |
| 164 |
c |
| 165 |
c....................................................................... |
| 166 |
|
| 167 |
do k=2,klev |
| 168 |
do ig=1,ngrid |
| 169 |
dz(ig,k)=zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1) |
| 170 |
m2(ig,k)=((u(ig,k)-u(ig,k-1))**2+(v(ig,k)-v(ig,k-1))**2) |
| 171 |
s /(dz(ig,k)*dz(ig,k)) |
| 172 |
dtetadz(ig,k)=(teta(ig,k)-teta(ig,k-1))/dz(ig,k) |
| 173 |
n2(ig,k)=g*2.*dtetadz(ig,k)/(teta(ig,k-1)+teta(ig,k)) |
| 174 |
c n2(ig,k)=0. |
| 175 |
ri=n2(ig,k)/max(m2(ig,k),1.e-10) |
| 176 |
if (ri.lt.ric) then |
| 177 |
rif(ig,k)=frif(ri) |
| 178 |
else |
| 179 |
rif(ig,k)=rifc |
| 180 |
endif |
| 181 |
if(rif(ig,k).lt.0.16) then |
| 182 |
alpha(ig,k)=falpha(rif(ig,k)) |
| 183 |
sm(ig,k)=fsm(rif(ig,k)) |
| 184 |
else |
| 185 |
alpha(ig,k)=1.12 |
| 186 |
sm(ig,k)=0.085 |
| 187 |
endif |
| 188 |
zz(ig,k)=b1*m2(ig,k)*(1.-rif(ig,k))*sm(ig,k) |
| 189 |
c print*,'RIF L=',k,rif(ig,k),ri*alpha(ig,k) |
| 190 |
|
| 191 |
|
| 192 |
enddo |
| 193 |
enddo |
| 194 |
|
| 195 |
|
| 196 |
c==================================================================== |
| 197 |
c Au premier appel, on determine l et q2 de facon iterative. |
| 198 |
c iterration pour determiner la longueur de melange |
| 199 |
|
| 200 |
|
| 201 |
if (first.or.iflag_pbl.eq.6) then |
| 202 |
do ig=1,ngrid |
| 203 |
l0(ig)=10. |
| 204 |
enddo |
| 205 |
do k=2,klev-1 |
| 206 |
do ig=1,ngrid |
| 207 |
l(ig,k)=l0(ig)*kap*zlev(ig,k)/(kap*zlev(ig,k)+l0(ig)) |
| 208 |
enddo |
| 209 |
enddo |
| 210 |
|
| 211 |
do iter=1,10 |
| 212 |
do ig=1,ngrid |
| 213 |
sq(ig)=1.e-10 |
| 214 |
sqz(ig)=1.e-10 |
| 215 |
enddo |
| 216 |
do k=2,klev-1 |
| 217 |
do ig=1,ngrid |
| 218 |
q2(ig,k)=l(ig,k)**2*zz(ig,k) |
| 219 |
l(ig,k)=fl(zlev(ig,k),l0(ig),q2(ig,k),n2(ig,k)) |
| 220 |
zq=sqrt(q2(ig,k)) |
| 221 |
sqz(ig)=sqz(ig)+zq*zlev(ig,k)*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) |
| 222 |
sq(ig)=sq(ig)+zq*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) |
| 223 |
enddo |
| 224 |
enddo |
| 225 |
do ig=1,ngrid |
| 226 |
l0(ig)=0.2*sqz(ig)/sq(ig) |
| 227 |
c l0(ig)=30. |
| 228 |
enddo |
| 229 |
c print*,'ITER=',iter,' L0=',l0 |
| 230 |
|
| 231 |
enddo |
| 232 |
|
| 233 |
c print*,'Fin de l initialisation de q2 et l0' |
| 234 |
|
| 235 |
endif ! first |
| 236 |
|
| 237 |
c==================================================================== |
| 238 |
c Calcul de la longueur de melange. |
| 239 |
c==================================================================== |
| 240 |
|
| 241 |
c Mise a jour de l0 |
| 242 |
do ig=1,ngrid |
| 243 |
sq(ig)=1.e-10 |
| 244 |
sqz(ig)=1.e-10 |
| 245 |
enddo |
| 246 |
do k=2,klev-1 |
| 247 |
do ig=1,ngrid |
| 248 |
zq=sqrt(q2(ig,k)) |
| 249 |
sqz(ig)=sqz(ig)+zq*zlev(ig,k)*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) |
| 250 |
sq(ig)=sq(ig)+zq*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) |
| 251 |
enddo |
| 252 |
enddo |
| 253 |
do ig=1,ngrid |
| 254 |
l0(ig)=0.2*sqz(ig)/sq(ig) |
| 255 |
c l0(ig)=30. |
| 256 |
enddo |
| 257 |
c print*,'ITER=',iter,' L0=',l0 |
| 258 |
c calcul de l(z) |
| 259 |
do k=2,klev |
| 260 |
do ig=1,ngrid |
| 261 |
l(ig,k)=fl(zlev(ig,k),l0(ig),q2(ig,k),n2(ig,k)) |
| 262 |
if(first) then |
| 263 |
q2(ig,k)=l(ig,k)**2*zz(ig,k) |
| 264 |
endif |
| 265 |
enddo |
| 266 |
enddo |
| 267 |
|
| 268 |
c==================================================================== |
| 269 |
c Yamada 2.0 |
| 270 |
c==================================================================== |
| 271 |
if (iflag_pbl.eq.6) then |
| 272 |
|
| 273 |
do k=2,klev |
| 274 |
do ig=1,ngrid |
| 275 |
q2(ig,k)=l(ig,k)**2*zz(ig,k) |
| 276 |
enddo |
| 277 |
enddo |
| 278 |
|
| 279 |
|
| 280 |
else if (iflag_pbl.eq.7) then |
| 281 |
c==================================================================== |
| 282 |
c Yamada 2.Fournier |
| 283 |
c==================================================================== |
| 284 |
|
| 285 |
c Calcul de l, km, au pas precedent |
| 286 |
do k=2,klev |
| 287 |
do ig=1,ngrid |
| 288 |
c print*,'SMML=',sm(ig,k),l(ig,k) |
| 289 |
delta(ig,k)=q2(ig,k)/(l(ig,k)**2*sm(ig,k)) |
| 290 |
kmpre(ig,k)=l(ig,k)*sqrt(q2(ig,k))*sm(ig,k) |
| 291 |
mpre(ig,k)=sqrt(m2(ig,k)) |
| 292 |
c print*,'0L=',k,l(ig,k),delta(ig,k),km(ig,k) |
| 293 |
enddo |
| 294 |
enddo |
| 295 |
|
| 296 |
do k=2,klev-1 |
| 297 |
do ig=1,ngrid |
| 298 |
m2cstat=max(alpha(ig,k)*n2(ig,k)+delta(ig,k)/b1,1.e-12) |
| 299 |
mcstat=sqrt(m2cstat) |
| 300 |
|
| 301 |
c print*,'M2 L=',k,mpre(ig,k),mcstat |
| 302 |
c |
| 303 |
c -----{puis on ecrit la valeur de q qui annule l'equation de m |
| 304 |
c supposee en q3} |
| 305 |
c |
| 306 |
IF (k.eq.2) THEN |
| 307 |
kmcstat=1.E+0 / mcstat |
| 308 |
& *( unsdz(ig,k)*kmpre(ig,k+1) |
| 309 |
& *mpre(ig,k+1) |
| 310 |
& +unsdz(ig,k-1) |
| 311 |
& *cd(ig) |
| 312 |
& *( sqrt(u(ig,3)**2+v(ig,3)**2) |
| 313 |
& -mcstat/unsdzdec(ig,k) |
| 314 |
& -mpre(ig,k+1)/unsdzdec(ig,k+1) )**2) |
| 315 |
& /( unsdz(ig,k)+unsdz(ig,k-1) ) |
| 316 |
ELSE |
| 317 |
kmcstat=1.E+0 / mcstat |
| 318 |
& *( unsdz(ig,k)*kmpre(ig,k+1) |
| 319 |
& *mpre(ig,k+1) |
| 320 |
& +unsdz(ig,k-1)*kmpre(ig,k-1) |
| 321 |
& *mpre(ig,k-1) ) |
| 322 |
& /( unsdz(ig,k)+unsdz(ig,k-1) ) |
| 323 |
ENDIF |
| 324 |
c print*,'T2 L=',k,tmp2 |
| 325 |
tmp2=kmcstat |
| 326 |
& /( sm(ig,k)/q2(ig,k) ) |
| 327 |
& /l(ig,k) |
| 328 |
q2(ig,k)=max(tmp2,1.e-12)**(2./3.) |
| 329 |
c print*,'Q2 L=',k,q2(ig,k) |
| 330 |
c |
| 331 |
enddo |
| 332 |
enddo |
| 333 |
|
| 334 |
else if (iflag_pbl.ge.8) then |
| 335 |
c==================================================================== |
| 336 |
c Yamada 2.5 a la Didi |
| 337 |
c==================================================================== |
| 338 |
|
| 339 |
|
| 340 |
c Calcul de l, km, au pas precedent |
| 341 |
do k=2,klev |
| 342 |
do ig=1,ngrid |
| 343 |
c print*,'SMML=',sm(ig,k),l(ig,k) |
| 344 |
delta(ig,k)=q2(ig,k)/(l(ig,k)**2*sm(ig,k)) |
| 345 |
if (delta(ig,k).lt.1.e-20) then |
| 346 |
c print*,'ATTENTION L=',k,' Delta=',delta(ig,k) |
| 347 |
delta(ig,k)=1.e-20 |
| 348 |
endif |
| 349 |
km(ig,k)=l(ig,k)*sqrt(q2(ig,k))*sm(ig,k) |
| 350 |
aa0= |
| 351 |
s (m2(ig,k)-alpha(ig,k)*n2(ig,k)-delta(ig,k)/b1) |
| 352 |
aa1= |
| 353 |
s (m2(ig,k)*(1.-rif(ig,k))-delta(ig,k)/b1) |
| 354 |
c abder print*,'AA L=',k,aa0,aa1,aa1/max(m2(ig,k),1.e-20) |
| 355 |
aa(ig,k)=aa1*dt/(delta(ig,k)*l(ig,k)) |
| 356 |
c print*,'0L=',k,l(ig,k),delta(ig,k),km(ig,k) |
| 357 |
qpre=sqrt(q2(ig,k)) |
| 358 |
if (iflag_pbl.eq.8 ) then |
| 359 |
if (aa(ig,k).gt.0.) then |
| 360 |
q2(ig,k)=(qpre+aa(ig,k)*qpre*qpre)**2 |
| 361 |
else |
| 362 |
q2(ig,k)=(qpre/(1.-aa(ig,k)*qpre))**2 |
| 363 |
endif |
| 364 |
else ! iflag_pbl=9 |
| 365 |
if (aa(ig,k)*qpre.gt.0.9) then |
| 366 |
q2(ig,k)=(qpre*10.)**2 |
| 367 |
else |
| 368 |
q2(ig,k)=(qpre/(1.-aa(ig,k)*qpre))**2 |
| 369 |
endif |
| 370 |
endif |
| 371 |
q2(ig,k)=min(max(q2(ig,k),1.e-10),1.e4) |
| 372 |
c print*,'Q2 L=',k,q2(ig,k),qpre*qpre |
| 373 |
enddo |
| 374 |
enddo |
| 375 |
|
| 376 |
endif ! Fin du cas 8 |
| 377 |
|
| 378 |
c print*,'OK8' |
| 379 |
|
| 380 |
c==================================================================== |
| 381 |
c Calcul des coefficients de mélange |
| 382 |
c==================================================================== |
| 383 |
do k=2,klev |
| 384 |
c print*,'k=',k |
| 385 |
do ig=1,ngrid |
| 386 |
cabde print*,'KML=',l(ig,k),q2(ig,k),sm(ig,k) |
| 387 |
zq=sqrt(q2(ig,k)) |
| 388 |
km(ig,k)=l(ig,k)*zq*sm(ig,k) |
| 389 |
kn(ig,k)=km(ig,k)*alpha(ig,k) |
| 390 |
kq(ig,k)=l(ig,k)*zq*0.2 |
| 391 |
c print*,'KML=',km(ig,k),kn(ig,k) |
| 392 |
enddo |
| 393 |
enddo |
| 394 |
|
| 395 |
c Traitement des cas noctrunes avec l'introduction d'une longueur |
| 396 |
c minilale. |
| 397 |
|
| 398 |
c==================================================================== |
| 399 |
c Traitement particulier pour les cas tres stables. |
| 400 |
c D'apres Holtslag Boville. |
| 401 |
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| 402 |
print*,'YAMADA4 0' |
| 403 |
|
| 404 |
do ig=1,ngrid |
| 405 |
coriol(ig)=1.e-4 |
| 406 |
pblhmin(ig)=0.07*ustar(ig)/max(abs(coriol(ig)),2.546e-5) |
| 407 |
enddo |
| 408 |
|
| 409 |
print*,'pblhmin ',pblhmin |
| 410 |
CTest a remettre 21 11 02 |
| 411 |
c test abd 13 05 02 if(0.eq.1) then |
| 412 |
if(1.eq.1) then |
| 413 |
do k=2,klev |
| 414 |
do ig=1,klon |
| 415 |
if (teta(ig,2).gt.teta(ig,1)) then |
| 416 |
qmin=ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig,k)/pblhmin(ig),0.))**2 |
| 417 |
kmin=kap*zlev(ig,k)*qmin |
| 418 |
else |
| 419 |
kmin=-1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables. |
| 420 |
endif |
| 421 |
if (kn(ig,k).lt.kmin.or.km(ig,k).lt.kmin) then |
| 422 |
c print*,'Seuil min Km K=',k,kmin,km(ig,k),kn(ig,k) |
| 423 |
c s ,sqrt(q2(ig,k)),pblhmin(ig),qmin/sm(ig,k) |
| 424 |
kn(ig,k)=kmin |
| 425 |
km(ig,k)=kmin |
| 426 |
kq(ig,k)=kmin |
| 427 |
c la longueur de melange est suposee etre l= kap z |
| 428 |
c K=l q Sm d'ou q2=(K/l Sm)**2 |
| 429 |
q2(ig,k)=(qmin/sm(ig,k))**2 |
| 430 |
endif |
| 431 |
enddo |
| 432 |
enddo |
| 433 |
endif |
| 434 |
|
| 435 |
print*,'YAMADA4 1' |
| 436 |
c Diagnostique pour stokage |
| 437 |
|
| 438 |
rino=rif |
| 439 |
smyam(:,1:klev)=sm(:,1:klev) |
| 440 |
styam=sm(:,1:klev)*alpha(:,1:klev) |
| 441 |
lyam(1:klon,1:klev)=l(:,1:klev) |
| 442 |
knyam(1:klon,1:klev)=kn(:,1:klev) |
| 443 |
|
| 444 |
c Estimations de w'2 et T'2 d'apres Abdela et McFarlane |
| 445 |
|
| 446 |
if(1.eq.0)then |
| 447 |
w2yam=q2(:,1:klev)*0.24 |
| 448 |
s +lyam(:,1:klev)*5.17*kn(:,1:klev)*n2(:,1:klev) |
| 449 |
s /sqrt(q2(:,1:klev)) |
| 450 |
|
| 451 |
t2yam=9.1*kn(:,1:klev)*dtetadz(:,1:klev)**2/sqrt(q2(:,1:klev)) |
| 452 |
s *lyam(:,1:klev) |
| 453 |
endif |
| 454 |
|
| 455 |
c print*,'OKFIN' |
| 456 |
first=.false. |
| 457 |
return |
| 458 |
end |
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