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Revision 303 - (hide annotations)
Thu Sep 6 14:25:07 2018 UTC (5 years, 8 months ago) by guez
File size: 9727 byte(s)
In procedure coef_diff_turb, zlev(:, klev + 1) was defined and then
overwritten inside yamada4. Replaced the definition of zlev(:, klev +
1) in coef_diff_turb by the definition in yamada4. So zlev is now
"intent in" in yamada4.

Bug fix in pbl_surface. yq2 is only defined if iflag_pbl >= 6.

1 guez 47 module yamada4_m
2 guez 3
3 guez 47 IMPLICIT NONE
4 guez 3
5 guez 118 private
6     public yamada4
7     real, parameter:: kap = 0.4
8 guez 3
9 guez 47 contains
10 guez 3
11 guez 302 SUBROUTINE yamada4(zlev, zlay, u, v, teta, q2, coefm, coefh, ustar)
12 guez 3
13 guez 47 ! From LMDZ4/libf/phylmd/yamada4.F, version 1.1 2004/06/22 11:45:36
14 guez 3
15 guez 302 ! Library:
16     use nr_util, only: assert, assert_eq
17    
18     use comconst, only: dtphys
19 guez 229 USE conf_phys_m, ONLY: iflag_pbl
20     USE dimphy, ONLY: klev
21 guez 251 USE suphec_m, ONLY: rg
22 guez 3
23 guez 303 REAL, intent(in):: zlev(:, :) ! (knon, klev + 1)
24 guez 178 ! altitude \`a chaque niveau (interface inf\'erieure de la couche de
25     ! m\^eme indice)
26 guez 3
27 guez 227 REAL, intent(in):: zlay(:, :) ! (knon, klev) altitude au centre de
28     ! chaque couche
29 guez 3
30 guez 227 REAL, intent(in):: u(:, :), v(:, :) ! (knon, klev)
31 guez 178 ! vitesse au centre de chaque couche (en entr\'ee : la valeur au
32     ! d\'ebut du pas de temps)
33 guez 3
34 guez 227 REAL, intent(in):: teta(:, :) ! (knon, klev)
35 guez 178 ! temp\'erature potentielle au centre de chaque couche (en entr\'ee :
36     ! la valeur au d\'ebut du pas de temps)
37 guez 3
38 guez 227 REAL, intent(inout):: q2(:, :) ! (knon, klev + 1)
39 guez 47 ! $q^2$ au bas de chaque couche
40 guez 178 ! En entr\'ee : la valeur au d\'ebut du pas de temps ; en sortie : la
41     ! valeur \`a la fin du pas de temps.
42 guez 3
43 guez 288 REAL, intent(out):: coefm(:, 2:) ! (knon, 2:klev)
44 guez 178 ! diffusivit\'e turbulente de quantit\'e de mouvement (au bas de
45     ! chaque couche) (en sortie : la valeur \`a la fin du pas de temps)
46 guez 3
47 guez 288 REAL, intent(out):: coefh(:, 2:) ! (knon, 2:klev)
48 guez 178 ! diffusivit\'e turbulente des scalaires (au bas de chaque couche)
49     ! (en sortie : la valeur \`a la fin du pas de temps)
50 guez 3
51 guez 227 real, intent(in):: ustar(:) ! (knon)
52 guez 3
53 guez 47 ! Local:
54 guez 303
55 guez 227 integer knon
56     real kmin, qmin
57 guez 238 real pblhmin(size(ustar)), coriol(size(ustar)) ! (knon)
58 guez 47 real qpre
59 guez 227 REAL unsdz(size(zlay, 1), size(zlay, 2)) ! (knon, klev)
60     REAL unsdzdec(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
61     real delta(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
62     real aa(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
63 guez 47 logical:: first = .true.
64     integer ig, k
65     real ri
66 guez 227 real, dimension(size(zlev, 1), size(zlev, 2)):: rif, sm ! (knon, klev + 1)
67     real alpha(size(zlay, 1), size(zlay, 2)) ! (knon, klev)
68    
69     real, dimension(size(zlev, 1), size(zlev, 2)):: m2, dz, n2
70     ! (knon, klev + 1)
71    
72     real zq
73     real dtetadz(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
74     real l(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
75 guez 238 real l0(size(ustar)) ! (knon)
76     real sq(size(ustar)), sqz(size(ustar)) ! (knon)
77 guez 227 real zz(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
78 guez 47 integer iter
79 guez 196 real:: ric = 0.195, rifc = 0.191, b1 = 16.6
80 guez 3
81 guez 47 !-----------------------------------------------------------------------
82 guez 3
83 guez 228 call assert(any(iflag_pbl == [6, 8, 9]), "yamada4 iflag_pbl")
84 guez 227 knon = assert_eq([size(zlev, 1), size(zlay, 1), size(u, 1), size(v, 1), &
85 guez 288 size(teta, 1), size(ustar), size(q2, 1), size(coefm, 1), &
86     size(coefh, 1)], "yamada4 knon")
87 guez 227 call assert(klev == [size(zlev, 2) - 1, size(zlay, 2), size(u, 2), &
88 guez 288 size(v, 2), size(teta, 2), size(q2, 2) - 1, size(coefm, 2) + 1, &
89     size(coefh, 2) + 1], "yamada4 klev")
90 guez 3
91 guez 47 ! les increments verticaux
92 guez 3
93 guez 118 DO k = 1, klev
94 guez 227 DO ig = 1, knon
95     unsdz(ig, k) = 1.E+0/(zlev(ig, k + 1)-zlev(ig, k))
96 guez 47 ENDDO
97     ENDDO
98 guez 118
99 guez 227 DO ig = 1, knon
100 guez 47 unsdzdec(ig, 1) = 1.E+0/(zlay(ig, 1)-zlev(ig, 1))
101     ENDDO
102 guez 118
103     DO k = 2, klev
104 guez 227 DO ig = 1, knon
105 guez 47 unsdzdec(ig, k) = 1.E+0/(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))
106     ENDDO
107     ENDDO
108 guez 118
109 guez 227 DO ig = 1, knon
110     unsdzdec(ig, klev + 1) = 1.E+0/(zlev(ig, klev + 1)-zlay(ig, klev))
111 guez 47 ENDDO
112 guez 3
113 guez 47 do k = 2, klev
114 guez 227 do ig = 1, knon
115 guez 47 dz(ig, k) = zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1)
116 guez 227 m2(ig, k) = ((u(ig, k)-u(ig, k-1))**2 + (v(ig, k)-v(ig, k-1))**2) &
117 guez 47 /(dz(ig, k)*dz(ig, k))
118     dtetadz(ig, k) = (teta(ig, k)-teta(ig, k-1))/dz(ig, k)
119 guez 251 n2(ig, k) = rg*2.*dtetadz(ig, k)/(teta(ig, k-1) + teta(ig, k))
120 guez 47 ri = n2(ig, k)/max(m2(ig, k), 1.e-10)
121     if (ri.lt.ric) then
122     rif(ig, k) = frif(ri)
123     else
124     rif(ig, k) = rifc
125     endif
126 guez 119 if (rif(ig, k).lt.0.16) then
127 guez 47 alpha(ig, k) = falpha(rif(ig, k))
128     sm(ig, k) = fsm(rif(ig, k))
129     else
130     alpha(ig, k) = 1.12
131     sm(ig, k) = 0.085
132     endif
133     zz(ig, k) = b1*m2(ig, k)*(1.-rif(ig, k))*sm(ig, k)
134     enddo
135     enddo
136 guez 3
137 guez 196 ! Au premier appel, on d\'etermine l et q2 de fa\ccon it\'erative.
138 guez 178 ! It\'eration pour d\'eterminer la longueur de m\'elange
139 guez 3
140 guez 47 if (first .or. iflag_pbl == 6) then
141 guez 227 do ig = 1, knon
142 guez 47 l0(ig) = 10.
143     enddo
144     do k = 2, klev-1
145 guez 227 do ig = 1, knon
146 guez 47 l(ig, k) = l0(ig) * kap * zlev(ig, k) &
147     / (kap * zlev(ig, k) + l0(ig))
148     enddo
149     enddo
150 guez 3
151 guez 47 do iter = 1, 10
152 guez 227 do ig = 1, knon
153 guez 47 sq(ig) = 1e-10
154     sqz(ig) = 1e-10
155     enddo
156     do k = 2, klev-1
157 guez 227 do ig = 1, knon
158 guez 47 q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)
159     l(ig, k) = fl(zlev(ig, k), l0(ig), q2(ig, k), n2(ig, k))
160     zq = sqrt(q2(ig, k))
161     sqz(ig) = sqz(ig) + zq * zlev(ig, k) &
162     * (zlay(ig, k) - zlay(ig, k-1))
163     sq(ig) = sq(ig) + zq * (zlay(ig, k) - zlay(ig, k-1))
164     enddo
165     enddo
166 guez 227 do ig = 1, knon
167 guez 47 l0(ig) = 0.2 * sqz(ig) / sq(ig)
168     enddo
169     enddo
170     endif
171 guez 3
172 guez 47 ! Calcul de la longueur de melange.
173 guez 3
174 guez 47 ! Mise a jour de l0
175 guez 227 do ig = 1, knon
176 guez 47 sq(ig) = 1.e-10
177     sqz(ig) = 1.e-10
178     enddo
179     do k = 2, klev-1
180 guez 227 do ig = 1, knon
181 guez 47 zq = sqrt(q2(ig, k))
182 guez 227 sqz(ig) = sqz(ig) + zq*zlev(ig, k)*(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))
183     sq(ig) = sq(ig) + zq*(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))
184 guez 47 enddo
185     enddo
186 guez 227 do ig = 1, knon
187 guez 47 l0(ig) = 0.2*sqz(ig)/sq(ig)
188     enddo
189     ! calcul de l(z)
190     do k = 2, klev
191 guez 227 do ig = 1, knon
192 guez 47 l(ig, k) = fl(zlev(ig, k), l0(ig), q2(ig, k), n2(ig, k))
193 guez 119 if (first) then
194 guez 47 q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)
195     endif
196     enddo
197     enddo
198 guez 3
199 guez 47 if (iflag_pbl == 6) then
200 guez 228 ! Yamada 2.0
201 guez 47 do k = 2, klev
202 guez 227 do ig = 1, knon
203 guez 47 q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)
204     enddo
205     enddo
206     else if (iflag_pbl >= 8) then
207     ! Yamada 2.5 a la Didi
208 guez 3
209 guez 288 ! Calcul de l, coefm, au pas precedent
210 guez 47 do k = 2, klev
211 guez 227 do ig = 1, knon
212 guez 47 delta(ig, k) = q2(ig, k)/(l(ig, k)**2*sm(ig, k))
213     if (delta(ig, k).lt.1.e-20) then
214     delta(ig, k) = 1.e-20
215     endif
216 guez 288 coefm(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig, k))*sm(ig, k)
217 guez 303 aa(ig, k) = (m2(ig, k)*(1.-rif(ig, k))-delta(ig, k)/b1)*dtphys/(delta(ig, k)*l(ig, k))
218 guez 47 qpre = sqrt(q2(ig, k))
219     if (iflag_pbl == 8) then
220     if (aa(ig, k).gt.0.) then
221 guez 227 q2(ig, k) = (qpre + aa(ig, k)*qpre*qpre)**2
222 guez 47 else
223     q2(ig, k) = (qpre/(1.-aa(ig, k)*qpre))**2
224     endif
225     else
226     ! iflag_pbl = 9
227     if (aa(ig, k)*qpre.gt.0.9) then
228     q2(ig, k) = (qpre*10.)**2
229     else
230     q2(ig, k) = (qpre/(1.-aa(ig, k)*qpre))**2
231     endif
232     endif
233     q2(ig, k) = min(max(q2(ig, k), 1.e-10), 1.e4)
234     enddo
235     enddo
236     endif
237 guez 3
238 guez 178 ! Calcul des coefficients de m\'elange
239 guez 47 do k = 2, klev
240 guez 227 do ig = 1, knon
241 guez 47 zq = sqrt(q2(ig, k))
242 guez 288 coefm(ig, k) = l(ig, k)*zq*sm(ig, k)
243     coefh(ig, k) = coefm(ig, k)*alpha(ig, k)
244 guez 47 enddo
245     enddo
246 guez 3
247 guez 47 ! Traitement des cas noctrunes avec l'introduction d'une longueur
248     ! minilale.
249 guez 3
250 guez 47 ! Traitement particulier pour les cas tres stables.
251     ! D'apres Holtslag Boville.
252 guez 3
253 guez 227 do ig = 1, knon
254 guez 47 coriol(ig) = 1.e-4
255     pblhmin(ig) = 0.07*ustar(ig)/max(abs(coriol(ig)), 2.546e-5)
256     enddo
257 guez 3
258 guez 47 do k = 2, klev
259 guez 227 do ig = 1, knon
260 guez 47 if (teta(ig, 2).gt.teta(ig, 1)) then
261     qmin = ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig, k)/pblhmin(ig), 0.))**2
262     kmin = kap*zlev(ig, k)*qmin
263     else
264     kmin = -1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables.
265     endif
266 guez 288 if (coefh(ig, k).lt.kmin.or.coefm(ig, k).lt.kmin) then
267     coefh(ig, k) = kmin
268     coefm(ig, k) = kmin
269 guez 47 ! la longueur de melange est suposee etre l = kap z
270     ! K = l q Sm d'ou q2 = (K/l Sm)**2
271     q2(ig, k) = (qmin/sm(ig, k))**2
272     endif
273     enddo
274     enddo
275 guez 3
276 guez 47 first = .false.
277 guez 3
278 guez 47 end SUBROUTINE yamada4
279 guez 3
280 guez 47 !*******************************************************************
281 guez 3
282 guez 303 pure real function frif(ri)
283 guez 3
284 guez 47 real, intent(in):: ri
285 guez 3
286 guez 227 frif = 0.6588*(ri + 0.1776-sqrt(ri*ri-0.3221*ri + 0.03156))
287 guez 3
288 guez 47 end function frif
289 guez 3
290 guez 47 !*******************************************************************
291 guez 3
292 guez 303 pure real function falpha(ri)
293 guez 3
294 guez 47 real, intent(in):: ri
295 guez 3
296 guez 47 falpha = 1.318*(0.2231-ri)/(0.2341-ri)
297 guez 3
298 guez 47 end function falpha
299    
300     !*******************************************************************
301    
302 guez 303 pure real function fsm(ri)
303 guez 47
304     real, intent(in):: ri
305    
306     fsm = 1.96*(0.1912-ri)*(0.2341-ri)/((1.-ri)*(0.2231-ri))
307    
308     end function fsm
309    
310     !*******************************************************************
311    
312 guez 303 pure real function fl(zzz, zl0, zq2, zn2)
313 guez 47
314     real, intent(in):: zzz, zl0, zq2, zn2
315    
316     fl = max(min(zl0 * kap * zzz / (kap * zzz + zl0), &
317     0.5 * sqrt(zq2) / sqrt(max(zn2, 1e-10))), 1.)
318    
319     end function fl
320    
321     end module yamada4_m

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