1 |
SUBROUTINE coefkz(nsrf, knon, paprs, pplay, ksta, ksta_ter, ts, rugos, u, v, & |
2 |
t, q, qsurf, pcfm, pcfh) |
3 |
|
4 |
! Auteur(s) F. Hourdin, M. Forichon, Z.X. Li (LMD/CNRS) date: 1993/09/22 |
5 |
! (une version strictement identique a l'ancien modele) |
6 |
! Objet: calculer le coefficient du frottement du sol (Cdrag) et les |
7 |
! coefficients d'echange turbulent dans l'atmosphere. |
8 |
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9 |
USE indicesol, ONLY : is_oce |
10 |
USE dimphy, ONLY : klev, klon, max |
11 |
USE iniprint, ONLY : prt_level |
12 |
USE suphec_m, ONLY : rcpd, rd, retv, rg, rkappa, rlstt, rlvtt, rtt |
13 |
USE yoethf_m, ONLY : r2es, r5ies, r5les, rvtmp2 |
14 |
USE fcttre, ONLY : dqsatl, dqsats, foede, foeew, qsatl, qsats, thermcep |
15 |
USE conf_phys_m, ONLY : iflag_pbl |
16 |
|
17 |
IMPLICIT none |
18 |
|
19 |
! Arguments: |
20 |
! nsrf-----input-I- indicateur de la nature du sol |
21 |
! knon-----input-I- nombre de points a traiter |
22 |
! paprs----input-R- pression a chaque intercouche (en Pa) |
23 |
! pplay----input-R- pression au milieu de chaque couche (en Pa) |
24 |
! ts-------input-R- temperature du sol (en Kelvin) |
25 |
! rugos----input-R- longeur de rugosite (en m) |
26 |
! u--------input-R- vitesse u |
27 |
! v--------input-R- vitesse v |
28 |
! q--------input-R- vapeur d'eau (kg/kg) |
29 |
|
30 |
! itop-----output-I- numero de couche du sommet de la couche limite |
31 |
! pcfm-----output-R- coefficients a calculer (vitesse) |
32 |
! pcfh-----output-R- coefficients a calculer (chaleur et humidite) |
33 |
|
34 |
INTEGER knon, nsrf |
35 |
REAL ts(klon) |
36 |
REAL paprs(klon, klev+1), pplay(klon, klev) |
37 |
REAL u(klon, klev), v(klon, klev), q(klon, klev) |
38 |
REAL, intent(in):: t(klon, klev) ! temperature (K) |
39 |
REAL rugos(klon) |
40 |
|
41 |
REAL pcfm(klon, klev), pcfh(klon, klev) |
42 |
INTEGER itop(klon) |
43 |
|
44 |
! Quelques constantes et options: |
45 |
|
46 |
REAL cepdu2, ckap, cb, cc, cd, clam |
47 |
PARAMETER (cepdu2 =(0.1)**2) |
48 |
PARAMETER (CKAP=0.4) |
49 |
PARAMETER (cb=5.0) |
50 |
PARAMETER (cc=5.0) |
51 |
PARAMETER (cd=5.0) |
52 |
PARAMETER (clam=160.0) |
53 |
REAL ratqs ! largeur de distribution de vapeur d'eau |
54 |
PARAMETER (ratqs=0.05) |
55 |
LOGICAL richum ! utilise le nombre de Richardson humide |
56 |
PARAMETER (richum=.TRUE.) |
57 |
REAL ric ! nombre de Richardson critique |
58 |
PARAMETER(ric=0.4) |
59 |
REAL prandtl |
60 |
PARAMETER (prandtl=0.4) |
61 |
REAL kstable ! diffusion minimale (situation stable) |
62 |
! GKtest |
63 |
! PARAMETER (kstable=1.0e-10) |
64 |
REAL ksta, ksta_ter |
65 |
!IM: 261103 REAL kstable_ter, kstable_sinon |
66 |
!IM: 211003 cf GK PARAMETER (kstable_ter = 1.0e-6) |
67 |
!IM: 261103 PARAMETER (kstable_ter = 1.0e-8) |
68 |
!IM: 261103 PARAMETER (kstable_ter = 1.0e-10) |
69 |
!IM: 261103 PARAMETER (kstable_sinon = 1.0e-10) |
70 |
! fin GKtest |
71 |
REAL mixlen ! constante controlant longueur de melange |
72 |
PARAMETER (mixlen=35.0) |
73 |
INTEGER isommet ! le sommet de la couche limite |
74 |
PARAMETER (isommet=klev) |
75 |
LOGICAL tvirtu ! calculer Ri d'une maniere plus performante |
76 |
PARAMETER (tvirtu=.TRUE.) |
77 |
LOGICAL opt_ec ! formule du Centre Europeen dans l'atmosphere |
78 |
PARAMETER (opt_ec=.FALSE.) |
79 |
|
80 |
! Variables locales: |
81 |
|
82 |
INTEGER i, k, kk !IM 120704 |
83 |
REAL zgeop(klon, klev) |
84 |
REAL zmgeom(klon) |
85 |
REAL zri(klon) |
86 |
REAL zl2(klon) |
87 |
|
88 |
REAL u1(klon), v1(klon), t1(klon), q1(klon), z1(klon) |
89 |
REAL pcfm1(klon), pcfh1(klon) |
90 |
|
91 |
REAL zdphi, zdu2, ztvd, ztvu, zcdn |
92 |
REAL zscf |
93 |
REAL zt, zq, zdelta, zcvm5, zcor, zqs, zfr, zdqs |
94 |
REAL z2geomf, zalh2, zalm2, zscfh, zscfm |
95 |
REAL t_coup |
96 |
PARAMETER (t_coup=273.15) |
97 |
!IM |
98 |
LOGICAL check |
99 |
PARAMETER (check=.false.) |
100 |
|
101 |
! contre-gradient pour la chaleur sensible: Kelvin/metre |
102 |
REAL gamt(2:klev) |
103 |
real qsurf(klon) |
104 |
|
105 |
LOGICAL appel1er |
106 |
SAVE appel1er |
107 |
|
108 |
! Fonctions thermodynamiques et fonctions d'instabilite |
109 |
REAL fsta, fins, x |
110 |
LOGICAL zxli ! utiliser un jeu de fonctions simples |
111 |
PARAMETER (zxli=.FALSE.) |
112 |
|
113 |
fsta(x) = 1.0 / (1.0+10.0*x*(1+8.0*x)) |
114 |
fins(x) = SQRT(1.0-18.0*x) |
115 |
|
116 |
DATA appel1er /.TRUE./ |
117 |
|
118 |
!-------------------------------------------------------------------- |
119 |
|
120 |
IF (appel1er) THEN |
121 |
if (prt_level > 9) THEN |
122 |
print *, 'coefkz, opt_ec:', opt_ec |
123 |
print *, 'coefkz, richum:', richum |
124 |
IF (richum) print *, 'coefkz, ratqs:', ratqs |
125 |
print *, 'coefkz, isommet:', isommet |
126 |
print *, 'coefkz, tvirtu:', tvirtu |
127 |
appel1er = .FALSE. |
128 |
endif |
129 |
ENDIF |
130 |
|
131 |
! Initialiser les sorties |
132 |
|
133 |
DO k = 1, klev |
134 |
DO i = 1, knon |
135 |
pcfm(i, k) = 0.0 |
136 |
pcfh(i, k) = 0.0 |
137 |
ENDDO |
138 |
ENDDO |
139 |
DO i = 1, knon |
140 |
itop(i) = 0 |
141 |
ENDDO |
142 |
|
143 |
! Prescrire la valeur de contre-gradient |
144 |
|
145 |
if (iflag_pbl.eq.1) then |
146 |
DO k = 3, klev |
147 |
gamt(k) = -1.0E-03 |
148 |
ENDDO |
149 |
gamt(2) = -2.5E-03 |
150 |
else |
151 |
DO k = 2, klev |
152 |
gamt(k) = 0.0 |
153 |
ENDDO |
154 |
ENDIF |
155 |
|
156 |
IF ( nsrf .NE. is_oce ) THEN |
157 |
kstable = ksta_ter |
158 |
ELSE |
159 |
kstable = ksta |
160 |
ENDIF |
161 |
|
162 |
! Calculer les géopotentiels de chaque couche |
163 |
|
164 |
DO i = 1, knon |
165 |
zgeop(i, 1) = RD * t(i, 1) / (0.5 * (paprs(i, 1) + pplay(i, 1))) & |
166 |
* (paprs(i, 1) - pplay(i, 1)) |
167 |
ENDDO |
168 |
DO k = 2, klev |
169 |
DO i = 1, knon |
170 |
zgeop(i, k) = zgeop(i, k-1) & |
171 |
+ RD * 0.5*(t(i, k-1)+t(i, k)) / paprs(i, k) & |
172 |
* (pplay(i, k-1)-pplay(i, k)) |
173 |
ENDDO |
174 |
ENDDO |
175 |
|
176 |
! Calculer le frottement au sol (Cdrag) |
177 |
|
178 |
DO i = 1, knon |
179 |
u1(i) = u(i, 1) |
180 |
v1(i) = v(i, 1) |
181 |
t1(i) = t(i, 1) |
182 |
q1(i) = q(i, 1) |
183 |
z1(i) = zgeop(i, 1) |
184 |
ENDDO |
185 |
|
186 |
CALL clcdrag(klon, knon, nsrf, zxli, u1, v1, t1, q1, z1, ts, qsurf, rugos, & |
187 |
pcfm1, pcfh1) |
188 |
|
189 |
DO i = 1, knon |
190 |
pcfm(i, 1)=pcfm1(i) |
191 |
pcfh(i, 1)=pcfh1(i) |
192 |
ENDDO |
193 |
|
194 |
! Calculer les coefficients turbulents dans l'atmosphere |
195 |
|
196 |
DO i = 1, knon |
197 |
itop(i) = isommet |
198 |
ENDDO |
199 |
|
200 |
DO k = 2, isommet |
201 |
DO i = 1, knon |
202 |
zdu2=MAX(cepdu2, (u(i, k)-u(i, k-1))**2 & |
203 |
+(v(i, k)-v(i, k-1))**2) |
204 |
zmgeom(i)=zgeop(i, k)-zgeop(i, k-1) |
205 |
zdphi =zmgeom(i) / 2.0 |
206 |
zt = (t(i, k)+t(i, k-1)) * 0.5 |
207 |
zq = (q(i, k)+q(i, k-1)) * 0.5 |
208 |
|
209 |
! calculer Qs et dQs/dT: |
210 |
|
211 |
IF (thermcep) THEN |
212 |
zdelta = MAX(0., SIGN(1., RTT-zt)) |
213 |
zcvm5 = R5LES*RLVTT/RCPD/(1.0+RVTMP2*zq)*(1.-zdelta) & |
214 |
+ R5IES*RLSTT/RCPD/(1.0+RVTMP2*zq)*zdelta |
215 |
zqs = R2ES * FOEEW(zt, zdelta) / pplay(i, k) |
216 |
zqs = MIN(0.5, zqs) |
217 |
zcor = 1./(1.-RETV*zqs) |
218 |
zqs = zqs*zcor |
219 |
zdqs = FOEDE(zt, zdelta, zcvm5, zqs, zcor) |
220 |
ELSE |
221 |
IF (zt .LT. t_coup) THEN |
222 |
zqs = qsats(zt) / pplay(i, k) |
223 |
zdqs = dqsats(zt, zqs) |
224 |
ELSE |
225 |
zqs = qsatl(zt) / pplay(i, k) |
226 |
zdqs = dqsatl(zt, zqs) |
227 |
ENDIF |
228 |
ENDIF |
229 |
|
230 |
! calculer la fraction nuageuse (processus humide): |
231 |
|
232 |
zfr = (zq+ratqs*zq-zqs) / (2.0*ratqs*zq) |
233 |
zfr = MAX(0.0, MIN(1.0, zfr)) |
234 |
IF (.NOT.richum) zfr = 0.0 |
235 |
|
236 |
! calculer le nombre de Richardson: |
237 |
|
238 |
IF (tvirtu) THEN |
239 |
ztvd =( t(i, k) & |
240 |
+ zdphi/RCPD/(1.+RVTMP2*zq) & |
241 |
*( (1.-zfr) + zfr*(1.+RLVTT*zqs/RD/zt)/(1.+zdqs) ) & |
242 |
)*(1.+RETV*q(i, k)) |
243 |
ztvu =( t(i, k-1) & |
244 |
- zdphi/RCPD/(1.+RVTMP2*zq) & |
245 |
*( (1.-zfr) + zfr*(1.+RLVTT*zqs/RD/zt)/(1.+zdqs) ) & |
246 |
)*(1.+RETV*q(i, k-1)) |
247 |
zri(i) =zmgeom(i)*(ztvd-ztvu)/(zdu2*0.5*(ztvd+ztvu)) |
248 |
zri(i) = zri(i) & |
249 |
+ zmgeom(i)*zmgeom(i)/RG*gamt(k) & |
250 |
*(paprs(i, k)/101325.0)**RKAPPA & |
251 |
/(zdu2*0.5*(ztvd+ztvu)) |
252 |
|
253 |
ELSE ! calcul de Ridchardson compatible LMD5 |
254 |
|
255 |
zri(i) =(RCPD*(t(i, k)-t(i, k-1)) & |
256 |
-RD*0.5*(t(i, k)+t(i, k-1))/paprs(i, k) & |
257 |
*(pplay(i, k)-pplay(i, k-1)) & |
258 |
)*zmgeom(i)/(zdu2*0.5*RCPD*(t(i, k-1)+t(i, k))) |
259 |
zri(i) = zri(i) + & |
260 |
zmgeom(i)*zmgeom(i)*gamt(k)/RG & |
261 |
*(paprs(i, k)/101325.0)**RKAPPA & |
262 |
/(zdu2*0.5*(t(i, k-1)+t(i, k))) |
263 |
ENDIF |
264 |
|
265 |
! finalement, les coefficients d'echange sont obtenus: |
266 |
|
267 |
zcdn=SQRT(zdu2) / zmgeom(i) * RG |
268 |
|
269 |
IF (opt_ec) THEN |
270 |
z2geomf=zgeop(i, k-1)+zgeop(i, k) |
271 |
zalm2=(0.5*ckap/RG*z2geomf & |
272 |
/(1.+0.5*ckap/rg/clam*z2geomf))**2 |
273 |
zalh2=(0.5*ckap/rg*z2geomf & |
274 |
/(1.+0.5*ckap/RG/(clam*SQRT(1.5*cd))*z2geomf))**2 |
275 |
IF (zri(i).LT.0.0) THEN ! situation instable |
276 |
zscf = ((zgeop(i, k)/zgeop(i, k-1))**(1./3.)-1.)**3 & |
277 |
/ (zmgeom(i)/RG)**3 / (zgeop(i, k-1)/RG) |
278 |
zscf = SQRT(-zri(i)*zscf) |
279 |
zscfm = 1.0 / (1.0+3.0*cb*cc*zalm2*zscf) |
280 |
zscfh = 1.0 / (1.0+3.0*cb*cc*zalh2*zscf) |
281 |
pcfm(i, k)=zcdn*zalm2*(1.-2.0*cb*zri(i)*zscfm) |
282 |
pcfh(i, k)=zcdn*zalh2*(1.-3.0*cb*zri(i)*zscfh) |
283 |
ELSE ! situation stable |
284 |
zscf=SQRT(1.+cd*zri(i)) |
285 |
pcfm(i, k)=zcdn*zalm2/(1.+2.0*cb*zri(i)/zscf) |
286 |
pcfh(i, k)=zcdn*zalh2/(1.+3.0*cb*zri(i)*zscf) |
287 |
ENDIF |
288 |
ELSE |
289 |
zl2(i)=(mixlen*MAX(0.0, (paprs(i, k)-paprs(i, itop(i)+1)) & |
290 |
/(paprs(i, 2)-paprs(i, itop(i)+1)) ))**2 |
291 |
pcfm(i, k)=sqrt(max(zcdn*zcdn*(ric-zri(i))/ric, kstable)) |
292 |
pcfm(i, k)= zl2(i)* pcfm(i, k) |
293 |
pcfh(i, k) = pcfm(i, k) /prandtl ! h et m different |
294 |
ENDIF |
295 |
ENDDO |
296 |
ENDDO |
297 |
|
298 |
! Au-dela du sommet, pas de diffusion turbulente: |
299 |
|
300 |
DO i = 1, knon |
301 |
IF (itop(i)+1 .LE. klev) THEN |
302 |
DO k = itop(i)+1, klev |
303 |
pcfh(i, k) = 0.0 |
304 |
pcfm(i, k) = 0.0 |
305 |
ENDDO |
306 |
ENDIF |
307 |
ENDDO |
308 |
|
309 |
END SUBROUTINE coefkz |