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Mon Feb 5 10:39:38 2018 UTC (6 years, 3 months ago) by guez
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1 guez 37 module HBTM_m
2 guez 3
3 guez 37 IMPLICIT none
4 guez 3
5 guez 37 contains
6 guez 3
7 guez 206 SUBROUTINE HBTM(paprs, pplay, t2m, q2m, ustar, flux_t, flux_q, u, v, t, q, &
8 guez 252 pblh, cape, EauLiq, ctei, pblT, therm, plcl)
9 guez 3
10 guez 149 ! D'apr\'es Holstag et Boville et Troen et Mahrt
11 guez 37 ! JAS 47 BLM
12 guez 3
13 guez 186 ! Algorithme th\'ese Anne Mathieu. Crit\'ere d'entra\^inement
14     ! Peter Duynkerke (JAS 50). Written by: Anne MATHIEU and Alain
15     ! LAHELLEC, 22nd November 1999.
16 guez 3
17 guez 186 ! Modifications : d\'ecembre 99 passage th \`a niveau plus bas. Voir fixer
18     ! la prise du th \`a z/Lambda = -.2 (max Ray)
19     ! Autre algorithme : entra\^inement ~ Theta + v =constante
20     ! mais comment ? The ?
21     ! On peut fixer q \`a 0.7 qsat (cf. non adiabatique) d'où T2 et The2.
22     ! Voir aussi KE pblh = niveau The_e ou l = env.
23 guez 3
24 guez 186 ! Adaptation \`a LMDZ version coupl\'ee. Pour le moment on fait
25     ! passer en argument les grandeurs de surface : flux, t, q2m. On
26     ! va utiliser syst\'ematiquement les grandeurs \`a 2 m mais on
27     ! garde la possibilit\'e de changer si besoin (jusqu'\`a pr\'esent
28     ! la forme de HB avec le premier niveau mod\`ele \'etait
29     ! conserv\'ee).
30 guez 3
31 guez 71 USE dimphy, ONLY: klev, klon
32 guez 178 USE suphec_m, ONLY: rcpd, rd, retv, rg, rkappa, rtt
33 guez 49 USE yoethf_m, ONLY: r2es, rvtmp2
34     USE fcttre, ONLY: foeew
35    
36 guez 37 ! Arguments:
37 guez 3
38 guez 186 ! pression a inter-couche (Pa)
39     REAL, intent(in):: paprs(klon, klev+1)
40     ! pression au milieu de couche (Pa)
41     REAL, intent(in):: pplay(klon, klev)
42 guez 37 REAL, intent(in):: t2m(klon) ! temperature a 2 m
43     ! q a 2 et 10m
44 guez 186 REAL, intent(in):: q2m(klon)
45 guez 227 REAL, intent(in):: ustar(:) ! (knon)
46 guez 206 REAL, intent(in):: flux_t(:), flux_q(:) ! (knon) flux à la surface
47    
48 guez 227 REAL, intent(in):: u(klon, klev) ! vitesse U (m/s)
49     REAL, intent(in):: v(klon, klev) ! vitesse V (m/s)
50    
51 guez 37 ! temperature (K)
52 guez 186 REAL, intent(in):: t(klon, klev)
53 guez 37 ! vapeur d'eau (kg/kg)
54 guez 186 REAL, intent(in):: q(klon, klev)
55 guez 3
56 guez 186 REAL, intent(out):: pblh(:) ! (knon)
57     ! Cape du thermique
58     REAL Cape(klon)
59     ! Eau liqu integr du thermique
60     REAL EauLiq(klon)
61     ! Critere d'instab d'entrainmt des nuages de
62     REAL ctei(klon)
63     REAL pblT(klon)
64     ! thermal virtual temperature excess
65     REAL therm(klon)
66     REAL plcl(klon)
67    
68     ! Local:
69 guez 206
70     INTEGER knon ! nombre de points a calculer
71 guez 37 INTEGER isommet
72     ! limite max sommet pbl
73     PARAMETER (isommet=klev)
74     REAL vk
75     ! Von Karman => passer a .41 ! cf U.Olgstrom
76     PARAMETER (vk=0.35)
77     REAL ricr
78     PARAMETER (ricr=0.4)
79     ! a
80     REAL onet
81     PARAMETER (onet=1.0/3.0)
82     REAL zkmin
83     PARAMETER (zkmin=0.01)
84     REAL betam
85     ! pour Phim / h dans la S.L stable
86     PARAMETER (betam=15.0)
87     ! z/OBL<>1
88     REAL sffrac
89     ! S.L. = z/h < .1
90     PARAMETER (sffrac=0.1)
91     REAL binm
92     PARAMETER (binm=betam*sffrac)
93    
94     REAL q_star, t_star
95     ! Lambert correlations T' q' avec T* q*
96     REAL b1, b2, b212, b2sr
97     PARAMETER (b1=70., b2=20.)
98    
99     REAL z(klon, klev)
100    
101     REAL zref
102     ! Niveau de ref a 2m peut eventuellement
103     PARAMETER (zref=2.)
104     ! etre choisi a 10m
105    
106     INTEGER i, k
107     REAL zxt
108     ! surface kinematic heat flux [mK/s]
109     REAL khfs(klon)
110     ! sfc kinematic constituent flux [m/s]
111     REAL kqfs(klon)
112     ! surface virtual heat flux
113     REAL heatv(klon)
114     ! bulk Richardon no. mais en Theta_v
115     REAL rhino(klon, klev)
116     ! pts w/unstbl pbl (positive virtual ht flx)
117     LOGICAL unstbl(klon)
118     LOGICAL check(klon) ! Richardson number > critical
119     ! flag de prolongerment cape pour pt Omega
120     LOGICAL omegafl(klon)
121    
122     ! Monin-Obukhov lengh
123     REAL obklen(klon)
124    
125     REAL zdu2
126     ! Algorithme thermique
127     REAL s(klon, klev) ! [P/Po]^Kappa milieux couches
128     ! total water of thermal
129     REAL qT_th(klon)
130     ! T thermique niveau precedent
131     REAL qsatbef(klon)
132     ! le thermique est sature
133     LOGICAL Zsat(klon)
134 guez 178 REAL zthvd, zthvu, qqsat
135 guez 149 REAL t2
136 guez 37
137     ! inverse phi function for momentum
138     REAL phiminv(klon)
139     ! turbulent velocity scale for momentum
140     REAL wm(klon)
141     ! current level height + one level up
142     REAL zp(klon)
143 guez 149 REAL zcor
144 guez 37
145 guez 178 REAL pblmin
146 guez 37
147     !-----------------------------------------------------------------
148    
149 guez 206 knon = size(pblh)
150    
151 guez 37 ! initialisations
152     q_star = 0
153     t_star = 0
154    
155     b212=sqrt(b1*b2)
156     b2sr=sqrt(b2)
157    
158     ! Calculer les hauteurs de chaque couche
159     ! (geopotentielle Int_dp/ro = Int_[Rd.T.dp/p] z = geop/g)
160     ! pourquoi ne pas utiliser Phi/RG ?
161     DO i = 1, knon
162     z(i, 1) = RD * t(i, 1) / (0.5*(paprs(i, 1)+pplay(i, 1))) &
163     * (paprs(i, 1)-pplay(i, 1)) / RG
164     s(i, 1) = (pplay(i, 1)/paprs(i, 1))**RKappa
165     ENDDO
166     ! s(k) = [pplay(k)/ps]^kappa
167     ! + + + + + + + + + pplay <-> s(k) t dp=pplay(k-1)-pplay(k)
168     ! ----------------- paprs <-> sig(k)
169     ! + + + + + + + + + pplay <-> s(k-1)
170     ! + + + + + + + + + pplay <-> s(1) t dp=paprs-pplay z(1)
171     ! ----------------- paprs <-> sig(1)
172    
173     DO k = 2, klev
174     DO i = 1, knon
175     z(i, k) = z(i, k-1) &
176     + RD * 0.5*(t(i, k-1)+t(i, k)) / paprs(i, k) &
177     * (pplay(i, k-1)-pplay(i, k)) / RG
178     s(i, k) = (pplay(i, k) / paprs(i, 1))**RKappa
179     ENDDO
180     ENDDO
181    
182     ! Determination des grandeurs de surface
183     DO i = 1, knon
184     ! Niveau de ref choisi a 2m
185     zxt = t2m(i)
186    
187     ! convention >0 vers le bas ds lmdz
188 guez 206 khfs(i) = - flux_t(i)*zxt*Rd / (RCPD*paprs(i, 1))
189     kqfs(i) = - flux_q(i)*zxt*Rd / paprs(i, 1)
190 guez 37 ! verifier que khfs et kqfs sont bien de la forme w'l'
191     heatv(i) = khfs(i) + 0.608*zxt*kqfs(i)
192     ! a comparer aussi aux sorties de clqh : flux_T/RoCp et flux_q/RoLv
193     ! Theta et qT du thermique sans exces (interpolin vers surf)
194     ! chgt de niveau du thermique (jeudi 30/12/1999)
195     ! (interpolation lineaire avant integration phi_h)
196     qT_th(i) = q2m(i)
197     ENDDO
198    
199     DO i = 1, knon
200     ! Global Richardson
201     rhino(i, 1) = 0.0
202     check(i) = .TRUE.
203     ! on initialise pblh a l'altitude du 1er niv
204     pblh(i) = z(i, 1)
205     plcl(i) = 6000.
206     ! Lambda = -u*^3 / (alpha.g.kvon.<w'Theta'v>
207     obklen(i) = -t(i, 1)*ustar(i)**3/(RG*vk*heatv(i))
208     ENDDO
209    
210     ! PBL height calculation: Search for level of pbl. Scan upward
211     ! until the Richardson number between the first level and the
212     ! current level exceeds the "critical" value. (bonne idee Nu de
213     ! separer le Ric et l'exces de temp du thermique)
214     DO k = 2, isommet
215     DO i = 1, knon
216     IF (check(i)) THEN
217     ! pourquoi / niveau 1 (au lieu du sol) et le terme en u*^2 ?
218     zdu2 = u(i, k)**2+v(i, k)**2
219     zdu2 = max(zdu2, 1.0e-20)
220     ! Theta_v environnement
221     zthvd=t(i, k)/s(i, k)*(1.+RETV*q(i, k))
222    
223     ! therm Theta_v sans exces (avec hypothese fausse de H&B, sinon,
224     ! passer par Theta_e et virpot)
225     zthvu = T2m(i)*(1.+RETV*qT_th(i))
226     ! Le Ri par Theta_v
227     ! On a nveau de ref a 2m ???
228     rhino(i, k) = (z(i, k)-zref)*RG*(zthvd-zthvu) &
229     /(zdu2*0.5*(zthvd+zthvu))
230    
231     IF (rhino(i, k).GE.ricr) THEN
232     pblh(i) = z(i, k-1) + (z(i, k-1)-z(i, k)) * &
233     (ricr-rhino(i, k-1))/(rhino(i, k-1)-rhino(i, k))
234     ! test04
235     pblh(i) = pblh(i) + 100.
236     pblT(i) = t(i, k-1) + (t(i, k)-t(i, k-1)) * &
237     (pblh(i)-z(i, k-1))/(z(i, k)-z(i, k-1))
238     check(i) = .FALSE.
239     ENDIF
240     ENDIF
241     ENDDO
242     ENDDO
243    
244     ! Set pbl height to maximum value where computation exceeds number of
245     ! layers allowed
246     DO i = 1, knon
247     if (check(i)) pblh(i) = z(i, isommet)
248     ENDDO
249    
250     ! Improve estimate of pbl height for the unstable points.
251     ! Find unstable points (sensible heat flux is upward):
252     DO i = 1, knon
253     IF (heatv(i) > 0.) THEN
254     unstbl(i) = .TRUE.
255     check(i) = .TRUE.
256     ELSE
257     unstbl(i) = .FALSE.
258     check(i) = .FALSE.
259     ENDIF
260     ENDDO
261    
262     ! For the unstable case, compute velocity scale and the
263     ! convective temperature excess:
264     DO i = 1, knon
265     IF (check(i)) THEN
266     phiminv(i) = (1.-binm*pblh(i)/obklen(i))**onet
267    
268     ! CALCUL DE wm
269     ! Ici on considerera que l'on est dans la couche de surf jusqu'a 100
270     ! On prend svt couche de surface=0.1*h mais on ne connait pas h
271     ! Dans la couche de surface
272     wm(i)= ustar(i)*phiminv(i)
273    
274     ! forme Mathieu :
275     q_star = kqfs(i)/wm(i)
276     t_star = khfs(i)/wm(i)
277    
278     therm(i) = sqrt( b1*(1.+2.*RETV*qT_th(i))*t_star**2 &
279     + (RETV*T2m(i))**2*b2*q_star**2 &
280     + max(0., 2.*RETV*T2m(i)*b212*q_star*t_star))
281    
282     ! Theta et qT du thermique (forme H&B) avec exces
283     ! (attention, on ajoute therm(i) qui est virtuelle ...)
284     ! pourquoi pas sqrt(b1)*t_star ?
285     qT_th(i) = qT_th(i) + b2sr*q_star
286     ! new on differre le calcul de Theta_e
287     rhino(i, 1) = 0.
288     ENDIF
289     ENDDO
290    
291     ! Improve pblh estimate for unstable conditions using the
292     ! convective temperature excess :
293     DO k = 2, isommet
294     DO i = 1, knon
295     IF (check(i)) THEN
296     zdu2 = u(i, k)**2 + v(i, k)**2
297     zdu2 = max(zdu2, 1e-20)
298     ! Theta_v environnement
299     zthvd=t(i, k)/s(i, k)*(1.+RETV*q(i, k))
300    
301     ! et therm Theta_v (avec hypothese de constance de H&B,
302     zthvu = T2m(i)*(1.+RETV*qT_th(i)) + therm(i)
303    
304     ! Le Ri par Theta_v
305     ! Niveau de ref 2m
306     rhino(i, k) = (z(i, k)-zref)*RG*(zthvd-zthvu) &
307     /(zdu2*0.5*(zthvd+zthvu))
308    
309     IF (rhino(i, k).GE.ricr) THEN
310     pblh(i) = z(i, k-1) + (z(i, k-1)-z(i, k)) * &
311     (ricr-rhino(i, k-1))/(rhino(i, k-1)-rhino(i, k))
312     ! test04
313     pblh(i) = pblh(i) + 100.
314     pblT(i) = t(i, k-1) + (t(i, k)-t(i, k-1)) * &
315     (pblh(i)-z(i, k-1))/(z(i, k)-z(i, k-1))
316     check(i) = .FALSE.
317     ENDIF
318     ENDIF
319     ENDDO
320     ENDDO
321    
322     ! Set pbl height to maximum value where computation exceeds number of
323     ! layers allowed
324     DO i = 1, knon
325     if (check(i)) pblh(i) = z(i, isommet)
326     ENDDO
327    
328     ! PBL height must be greater than some minimum mechanical mixing depth
329     ! Several investigators have proposed minimum mechanical mixing depth
330     ! relationships as a function of the local friction velocity, u*. We
331     ! make use of a linear relationship of the form h = c u* where c=700.
332     ! The scaling arguments that give rise to this relationship most often
333     ! represent the coefficient c as some constant over the local coriolis
334     ! parameter. Here we make use of the experimental results of Koracin
335     ! and Berkowicz (1988) [BLM, Vol 43] for wich they recommend 0.07/f
336     ! where f was evaluated at 39.5 N and 52 N. Thus we use a typical mid
337     ! latitude value for f so that c = 0.07/f = 700.
338     DO i = 1, knon
339     pblmin = 700. * ustar(i)
340     pblh(i) = MAX(pblh(i), pblmin)
341     ! par exemple :
342     pblT(i) = t(i, 2) + (t(i, 3)-t(i, 2)) * &
343     (pblh(i)-z(i, 2))/(z(i, 3)-z(i, 2))
344     ENDDO
345    
346     ! pblh is now available; do preparation for diffusivity calculation:
347     DO i = 1, knon
348     check(i) = .TRUE.
349     Zsat(i) = .FALSE.
350     ! omegafl utilise pour prolongement CAPE
351     omegafl(i) = .FALSE.
352     Cape(i) = 0.
353     EauLiq(i) = 0.
354     CTEI(i) = 0.
355    
356     ! Do additional preparation for unstable cases only, set temperature
357     ! and moisture perturbations depending on stability.
358     ! Remarque : les formule sont prises dans leur forme CS
359     IF (unstbl(i)) THEN
360     ! Niveau de ref du thermique
361     zxt=(T2m(i)-zref*0.5*RG/RCPD/(1.+RVTMP2*qT_th(i))) &
362     *(1.+RETV*qT_th(i))
363 guez 3 phiminv(i) = (1. - binm*pblh(i)/obklen(i))**onet
364 guez 37 wm(i) = ustar(i)*phiminv(i)
365     ENDIF
366     ENDDO
367 guez 3
368 guez 37 ! Main level loop to compute the diffusivities and
369     ! counter-gradient terms:
370 guez 49 loop_level: DO k = 2, isommet
371 guez 37 ! Find levels within boundary layer:
372     DO i = 1, knon
373     zp(i) = z(i, k)
374     IF (zkmin == 0. .AND. zp(i) > pblh(i)) zp(i) = pblh(i)
375     ENDDO
376    
377     ! For all layers, compute integral info and CTEI
378     DO i = 1, knon
379 guez 49 if (check(i) .or. omegafl(i)) then
380     if (.not. Zsat(i)) then
381 guez 37 T2 = T2m(i) * s(i, k)
382     ! thermodyn functions
383 guez 103 qqsat= r2es * FOEEW(T2, RTT >= T2) / pplay(i, k)
384 guez 37 qqsat=MIN(0.5, qqsat)
385     zcor=1./(1.-retv*qqsat)
386     qqsat=qqsat*zcor
387    
388     if (qqsat < qT_th(i)) then
389     ! on calcule lcl
390     if (k == 2) then
391     plcl(i) = z(i, k)
392     else
393     plcl(i) = z(i, k-1) + (z(i, k-1)-z(i, k)) &
394     * (qT_th(i)-qsatbef(i)) / (qsatbef(i)-qqsat)
395     endif
396     Zsat(i) = .true.
397     endif
398     endif
399     qsatbef(i) = qqsat
400     ! cette ligne a deja ete faite normalement ?
401 guez 3 endif
402 guez 37 ENDDO
403 guez 49 end DO loop_level
404 guez 37
405     END SUBROUTINE HBTM
406    
407     end module HBTM_m

Properties

Name Value
svn:executable

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