1 |
SUBROUTINE coefkz(nsrf, knon, paprs, pplay, |
2 |
cIM 261103 |
3 |
. ksta, ksta_ter, |
4 |
cIM 261103 |
5 |
. ts, rugos, |
6 |
. u,v,t,q, |
7 |
. qsurf, |
8 |
. pcfm, pcfh) |
9 |
use dimens_m |
10 |
use indicesol |
11 |
use dimphy |
12 |
use iniprint |
13 |
use SUPHEC_M |
14 |
use yoethf_m |
15 |
use fcttre |
16 |
use conf_phys_m |
17 |
IMPLICIT none |
18 |
c====================================================================== |
19 |
c Auteur(s) F. Hourdin, M. Forichon, Z.X. Li (LMD/CNRS) date: 19930922 |
20 |
c (une version strictement identique a l'ancien modele) |
21 |
c Objet: calculer le coefficient du frottement du sol (Cdrag) et les |
22 |
c coefficients d'echange turbulent dans l'atmosphere. |
23 |
c Arguments: |
24 |
c nsrf-----input-I- indicateur de la nature du sol |
25 |
c knon-----input-I- nombre de points a traiter |
26 |
c paprs----input-R- pression a chaque intercouche (en Pa) |
27 |
c pplay----input-R- pression au milieu de chaque couche (en Pa) |
28 |
c ts-------input-R- temperature du sol (en Kelvin) |
29 |
c rugos----input-R- longeur de rugosite (en m) |
30 |
c u--------input-R- vitesse u |
31 |
c v--------input-R- vitesse v |
32 |
c t--------input-R- temperature (K) |
33 |
c q--------input-R- vapeur d'eau (kg/kg) |
34 |
c |
35 |
c itop-----output-I- numero de couche du sommet de la couche limite |
36 |
c pcfm-----output-R- coefficients a calculer (vitesse) |
37 |
c pcfh-----output-R- coefficients a calculer (chaleur et humidite) |
38 |
c====================================================================== |
39 |
c |
40 |
c Arguments: |
41 |
c |
42 |
INTEGER knon, nsrf |
43 |
REAL ts(klon) |
44 |
REAL paprs(klon,klev+1), pplay(klon,klev) |
45 |
REAL u(klon,klev), v(klon,klev), t(klon,klev), q(klon,klev) |
46 |
REAL rugos(klon) |
47 |
c |
48 |
REAL pcfm(klon,klev), pcfh(klon,klev) |
49 |
INTEGER itop(klon) |
50 |
c |
51 |
c Quelques constantes et options: |
52 |
c |
53 |
REAL cepdu2, ckap, cb, cc, cd, clam |
54 |
PARAMETER (cepdu2 =(0.1)**2) |
55 |
PARAMETER (CKAP=0.4) |
56 |
PARAMETER (cb=5.0) |
57 |
PARAMETER (cc=5.0) |
58 |
PARAMETER (cd=5.0) |
59 |
PARAMETER (clam=160.0) |
60 |
REAL ratqs ! largeur de distribution de vapeur d'eau |
61 |
PARAMETER (ratqs=0.05) |
62 |
LOGICAL richum ! utilise le nombre de Richardson humide |
63 |
PARAMETER (richum=.TRUE.) |
64 |
REAL ric ! nombre de Richardson critique |
65 |
PARAMETER(ric=0.4) |
66 |
REAL prandtl |
67 |
PARAMETER (prandtl=0.4) |
68 |
REAL kstable ! diffusion minimale (situation stable) |
69 |
! GKtest |
70 |
! PARAMETER (kstable=1.0e-10) |
71 |
REAL ksta, ksta_ter |
72 |
cIM: 261103 REAL kstable_ter, kstable_sinon |
73 |
cIM: 211003 cf GK PARAMETER (kstable_ter = 1.0e-6) |
74 |
cIM: 261103 PARAMETER (kstable_ter = 1.0e-8) |
75 |
cIM: 261103 PARAMETER (kstable_ter = 1.0e-10) |
76 |
cIM: 261103 PARAMETER (kstable_sinon = 1.0e-10) |
77 |
! fin GKtest |
78 |
REAL mixlen ! constante controlant longueur de melange |
79 |
PARAMETER (mixlen=35.0) |
80 |
INTEGER isommet ! le sommet de la couche limite |
81 |
PARAMETER (isommet=klev) |
82 |
LOGICAL tvirtu ! calculer Ri d'une maniere plus performante |
83 |
PARAMETER (tvirtu=.TRUE.) |
84 |
LOGICAL opt_ec ! formule du Centre Europeen dans l'atmosphere |
85 |
PARAMETER (opt_ec=.FALSE.) |
86 |
|
87 |
c |
88 |
c Variables locales: |
89 |
c |
90 |
INTEGER i, k, kk !IM 120704 |
91 |
REAL zgeop(klon,klev) |
92 |
REAL zmgeom(klon) |
93 |
REAL zri(klon) |
94 |
REAL zl2(klon) |
95 |
|
96 |
REAL u1(klon), v1(klon), t1(klon), q1(klon), z1(klon) |
97 |
REAL pcfm1(klon), pcfh1(klon) |
98 |
c |
99 |
REAL zdphi, zdu2, ztvd, ztvu, zcdn |
100 |
REAL zscf |
101 |
REAL zt, zq, zdelta, zcvm5, zcor, zqs, zfr, zdqs |
102 |
REAL z2geomf, zalh2, zalm2, zscfh, zscfm |
103 |
REAL t_coup |
104 |
PARAMETER (t_coup=273.15) |
105 |
cIM |
106 |
LOGICAL check |
107 |
PARAMETER (check=.false.) |
108 |
c |
109 |
c contre-gradient pour la chaleur sensible: Kelvin/metre |
110 |
REAL gamt(2:klev) |
111 |
real qsurf(klon) |
112 |
c |
113 |
LOGICAL appel1er |
114 |
SAVE appel1er |
115 |
c |
116 |
c Fonctions thermodynamiques et fonctions d'instabilite |
117 |
REAL fsta, fins, x |
118 |
LOGICAL zxli ! utiliser un jeu de fonctions simples |
119 |
PARAMETER (zxli=.FALSE.) |
120 |
c |
121 |
fsta(x) = 1.0 / (1.0+10.0*x*(1+8.0*x)) |
122 |
fins(x) = SQRT(1.0-18.0*x) |
123 |
c |
124 |
DATA appel1er /.TRUE./ |
125 |
c |
126 |
IF (appel1er) THEN |
127 |
if (prt_level > 9) THEN |
128 |
print *,'coefkz, opt_ec:', opt_ec |
129 |
print *,'coefkz, richum:', richum |
130 |
IF (richum) print *,'coefkz, ratqs:', ratqs |
131 |
print *,'coefkz, isommet:', isommet |
132 |
print *,'coefkz, tvirtu:', tvirtu |
133 |
appel1er = .FALSE. |
134 |
endif |
135 |
ENDIF |
136 |
c |
137 |
c Initialiser les sorties |
138 |
c |
139 |
DO k = 1, klev |
140 |
DO i = 1, knon |
141 |
pcfm(i,k) = 0.0 |
142 |
pcfh(i,k) = 0.0 |
143 |
ENDDO |
144 |
ENDDO |
145 |
DO i = 1, knon |
146 |
itop(i) = 0 |
147 |
ENDDO |
148 |
|
149 |
c |
150 |
c Prescrire la valeur de contre-gradient |
151 |
c |
152 |
if (iflag_pbl.eq.1) then |
153 |
DO k = 3, klev |
154 |
gamt(k) = -1.0E-03 |
155 |
ENDDO |
156 |
gamt(2) = -2.5E-03 |
157 |
else |
158 |
DO k = 2, klev |
159 |
gamt(k) = 0.0 |
160 |
ENDDO |
161 |
ENDIF |
162 |
cIM cf JLD/ GKtest |
163 |
IF ( nsrf .NE. is_oce ) THEN |
164 |
cIM 261103 kstable = kstable_ter |
165 |
kstable = ksta_ter |
166 |
ELSE |
167 |
cIM 261103 kstable = kstable_sinon |
168 |
kstable = ksta |
169 |
ENDIF |
170 |
cIM cf JLD/ GKtest fin |
171 |
c |
172 |
c Calculer les geopotentiels de chaque couche |
173 |
c |
174 |
DO i = 1, knon |
175 |
zgeop(i,1) = RD * t(i,1) / (0.5*(paprs(i,1)+pplay(i,1))) |
176 |
. * (paprs(i,1)-pplay(i,1)) |
177 |
ENDDO |
178 |
DO k = 2, klev |
179 |
DO i = 1, knon |
180 |
zgeop(i,k) = zgeop(i,k-1) |
181 |
. + RD * 0.5*(t(i,k-1)+t(i,k)) / paprs(i,k) |
182 |
. * (pplay(i,k-1)-pplay(i,k)) |
183 |
ENDDO |
184 |
ENDDO |
185 |
c |
186 |
c Calculer le frottement au sol (Cdrag) |
187 |
c |
188 |
DO i = 1, knon |
189 |
u1(i) = u(i,1) |
190 |
v1(i) = v(i,1) |
191 |
t1(i) = t(i,1) |
192 |
q1(i) = q(i,1) |
193 |
z1(i) = zgeop(i,1) |
194 |
ENDDO |
195 |
c |
196 |
CALL clcdrag(klon, knon, nsrf, zxli, |
197 |
$ u1, v1, t1, q1, z1, |
198 |
$ ts, qsurf, rugos, |
199 |
$ pcfm1, pcfh1) |
200 |
cIM $ ts, qsurf, rugos, |
201 |
C |
202 |
DO i = 1, knon |
203 |
pcfm(i,1)=pcfm1(i) |
204 |
pcfh(i,1)=pcfh1(i) |
205 |
ENDDO |
206 |
c |
207 |
c Calculer les coefficients turbulents dans l'atmosphere |
208 |
c |
209 |
DO i = 1, knon |
210 |
itop(i) = isommet |
211 |
ENDDO |
212 |
|
213 |
|
214 |
DO k = 2, isommet |
215 |
DO i = 1, knon |
216 |
zdu2=MAX(cepdu2,(u(i,k)-u(i,k-1))**2 |
217 |
. +(v(i,k)-v(i,k-1))**2) |
218 |
zmgeom(i)=zgeop(i,k)-zgeop(i,k-1) |
219 |
zdphi =zmgeom(i) / 2.0 |
220 |
zt = (t(i,k)+t(i,k-1)) * 0.5 |
221 |
zq = (q(i,k)+q(i,k-1)) * 0.5 |
222 |
c |
223 |
c calculer Qs et dQs/dT: |
224 |
c |
225 |
IF (thermcep) THEN |
226 |
zdelta = MAX(0.,SIGN(1.,RTT-zt)) |
227 |
zcvm5 = R5LES*RLVTT/RCPD/(1.0+RVTMP2*zq)*(1.-zdelta) |
228 |
. + R5IES*RLSTT/RCPD/(1.0+RVTMP2*zq)*zdelta |
229 |
zqs = R2ES * FOEEW(zt,zdelta) / pplay(i,k) |
230 |
zqs = MIN(0.5,zqs) |
231 |
zcor = 1./(1.-RETV*zqs) |
232 |
zqs = zqs*zcor |
233 |
zdqs = FOEDE(zt,zdelta,zcvm5,zqs,zcor) |
234 |
ELSE |
235 |
IF (zt .LT. t_coup) THEN |
236 |
zqs = qsats(zt) / pplay(i,k) |
237 |
zdqs = dqsats(zt,zqs) |
238 |
ELSE |
239 |
zqs = qsatl(zt) / pplay(i,k) |
240 |
zdqs = dqsatl(zt,zqs) |
241 |
ENDIF |
242 |
ENDIF |
243 |
c |
244 |
c calculer la fraction nuageuse (processus humide): |
245 |
c |
246 |
zfr = (zq+ratqs*zq-zqs) / (2.0*ratqs*zq) |
247 |
zfr = MAX(0.0,MIN(1.0,zfr)) |
248 |
IF (.NOT.richum) zfr = 0.0 |
249 |
c |
250 |
c calculer le nombre de Richardson: |
251 |
c |
252 |
IF (tvirtu) THEN |
253 |
ztvd =( t(i,k) |
254 |
. + zdphi/RCPD/(1.+RVTMP2*zq) |
255 |
. *( (1.-zfr) + zfr*(1.+RLVTT*zqs/RD/zt)/(1.+zdqs) ) |
256 |
. )*(1.+RETV*q(i,k)) |
257 |
ztvu =( t(i,k-1) |
258 |
. - zdphi/RCPD/(1.+RVTMP2*zq) |
259 |
. *( (1.-zfr) + zfr*(1.+RLVTT*zqs/RD/zt)/(1.+zdqs) ) |
260 |
. )*(1.+RETV*q(i,k-1)) |
261 |
zri(i) =zmgeom(i)*(ztvd-ztvu)/(zdu2*0.5*(ztvd+ztvu)) |
262 |
zri(i) = zri(i) |
263 |
. + zmgeom(i)*zmgeom(i)/RG*gamt(k) |
264 |
. *(paprs(i,k)/101325.0)**RKAPPA |
265 |
. /(zdu2*0.5*(ztvd+ztvu)) |
266 |
c |
267 |
ELSE ! calcul de Ridchardson compatible LMD5 |
268 |
c |
269 |
zri(i) =(RCPD*(t(i,k)-t(i,k-1)) |
270 |
. -RD*0.5*(t(i,k)+t(i,k-1))/paprs(i,k) |
271 |
. *(pplay(i,k)-pplay(i,k-1)) |
272 |
. )*zmgeom(i)/(zdu2*0.5*RCPD*(t(i,k-1)+t(i,k))) |
273 |
zri(i) = zri(i) + |
274 |
. zmgeom(i)*zmgeom(i)*gamt(k)/RG |
275 |
cSB . /(paprs(i,k)/101325.0)**RKAPPA |
276 |
. *(paprs(i,k)/101325.0)**RKAPPA |
277 |
. /(zdu2*0.5*(t(i,k-1)+t(i,k))) |
278 |
ENDIF |
279 |
c |
280 |
c finalement, les coefficients d'echange sont obtenus: |
281 |
c |
282 |
zcdn=SQRT(zdu2) / zmgeom(i) * RG |
283 |
c |
284 |
IF (opt_ec) THEN |
285 |
z2geomf=zgeop(i,k-1)+zgeop(i,k) |
286 |
zalm2=(0.5*ckap/RG*z2geomf |
287 |
. /(1.+0.5*ckap/rg/clam*z2geomf))**2 |
288 |
zalh2=(0.5*ckap/rg*z2geomf |
289 |
. /(1.+0.5*ckap/RG/(clam*SQRT(1.5*cd))*z2geomf))**2 |
290 |
IF (zri(i).LT.0.0) THEN ! situation instable |
291 |
zscf = ((zgeop(i,k)/zgeop(i,k-1))**(1./3.)-1.)**3 |
292 |
. / (zmgeom(i)/RG)**3 / (zgeop(i,k-1)/RG) |
293 |
zscf = SQRT(-zri(i)*zscf) |
294 |
zscfm = 1.0 / (1.0+3.0*cb*cc*zalm2*zscf) |
295 |
zscfh = 1.0 / (1.0+3.0*cb*cc*zalh2*zscf) |
296 |
pcfm(i,k)=zcdn*zalm2*(1.-2.0*cb*zri(i)*zscfm) |
297 |
pcfh(i,k)=zcdn*zalh2*(1.-3.0*cb*zri(i)*zscfh) |
298 |
ELSE ! situation stable |
299 |
zscf=SQRT(1.+cd*zri(i)) |
300 |
pcfm(i,k)=zcdn*zalm2/(1.+2.0*cb*zri(i)/zscf) |
301 |
pcfh(i,k)=zcdn*zalh2/(1.+3.0*cb*zri(i)*zscf) |
302 |
ENDIF |
303 |
ELSE |
304 |
zl2(i)=(mixlen*MAX(0.0,(paprs(i,k)-paprs(i,itop(i)+1)) |
305 |
. /(paprs(i,2)-paprs(i,itop(i)+1)) ))**2 |
306 |
pcfm(i,k)=sqrt(max(zcdn*zcdn*(ric-zri(i))/ric, kstable)) |
307 |
pcfm(i,k)= zl2(i)* pcfm(i,k) |
308 |
pcfh(i,k) = pcfm(i,k) /prandtl ! h et m different |
309 |
ENDIF |
310 |
ENDDO |
311 |
ENDDO |
312 |
c |
313 |
c Au-dela du sommet, pas de diffusion turbulente: |
314 |
c |
315 |
DO i = 1, knon |
316 |
IF (itop(i)+1 .LE. klev) THEN |
317 |
DO k = itop(i)+1, klev |
318 |
pcfh(i,k) = 0.0 |
319 |
pcfm(i,k) = 0.0 |
320 |
ENDDO |
321 |
ENDIF |
322 |
ENDDO |
323 |
c |
324 |
RETURN |
325 |
END |