| 1 | MODULE physics_dcmip2016_mod |
|---|
| 2 | USE ICOSA |
|---|
| 3 | PRIVATE |
|---|
| 4 | |
|---|
| 5 | INTEGER,SAVE :: testcase |
|---|
| 6 | !$OMP THREADPRIVATE(testcase) |
|---|
| 7 | |
|---|
| 8 | TYPE(t_field),POINTER :: f_out_i(:) |
|---|
| 9 | REAL(rstd),POINTER :: out_i(:,:) |
|---|
| 10 | |
|---|
| 11 | TYPE(t_field),POINTER :: f_precl(:) |
|---|
| 12 | REAL(rstd),ALLOCATABLE :: precl_packed(:) |
|---|
| 13 | |
|---|
| 14 | PUBLIC :: init_physics, full_physics, write_physics |
|---|
| 15 | |
|---|
| 16 | INTEGER, PARAMETER :: dry_baroclinic=0 |
|---|
| 17 | INTEGER, PARAMETER :: moist_baroclinic=1 |
|---|
| 18 | INTEGER, PARAMETER :: cyclone=2 |
|---|
| 19 | INTEGER, PARAMETER :: supercell=3 |
|---|
| 20 | |
|---|
| 21 | |
|---|
| 22 | CONTAINS |
|---|
| 23 | |
|---|
| 24 | SUBROUTINE init_physics |
|---|
| 25 | USE physics_interface_mod |
|---|
| 26 | IMPLICIT NONE |
|---|
| 27 | INTEGER :: ngrid |
|---|
| 28 | CHARACTER(LEN=255) :: testcase_str |
|---|
| 29 | |
|---|
| 30 | CALL getin("physics_dcmip2016",testcase_str) |
|---|
| 31 | |
|---|
| 32 | SELECT CASE (TRIM(testcase_str)) |
|---|
| 33 | CASE ('dry_baroclinic') |
|---|
| 34 | testcase=dry_baroclinic |
|---|
| 35 | CASE ('moist_baroclinic') |
|---|
| 36 | testcase=moist_baroclinic |
|---|
| 37 | CASE ('cyclone') |
|---|
| 38 | testcase=cyclone |
|---|
| 39 | CASE ('supercell') |
|---|
| 40 | testcase=supercell |
|---|
| 41 | CASE DEFAULT |
|---|
| 42 | PRINT*, 'Bad selector for dcmip2016 test case <', testcase_str, & |
|---|
| 43 | '> options are <dry_baroclinic>, <moist_baroclinic>, <cyclone>, <supercell>' |
|---|
| 44 | STOP |
|---|
| 45 | END SELECT |
|---|
| 46 | |
|---|
| 47 | |
|---|
| 48 | ngrid = physics_inout%ngrid |
|---|
| 49 | ! Input |
|---|
| 50 | ALLOCATE(physics_inout%Ai(ngrid)) |
|---|
| 51 | ALLOCATE(physics_inout%lon(ngrid)) |
|---|
| 52 | ALLOCATE(physics_inout%lat(ngrid)) |
|---|
| 53 | ALLOCATE(physics_inout%phis(ngrid)) |
|---|
| 54 | ALLOCATE(physics_inout%p(ngrid,llm+1)) |
|---|
| 55 | ALLOCATE(physics_inout%pk(ngrid,llm)) |
|---|
| 56 | ALLOCATE(physics_inout%Temp(ngrid,llm)) |
|---|
| 57 | ALLOCATE(physics_inout%ulon(ngrid,llm)) |
|---|
| 58 | ALLOCATE(physics_inout%ulat(ngrid,llm)) |
|---|
| 59 | ALLOCATE(physics_inout%q(ngrid,llm,nqtot)) |
|---|
| 60 | ! Output (tendencies) |
|---|
| 61 | ALLOCATE(physics_inout%dTemp(ngrid,llm)) |
|---|
| 62 | ALLOCATE(physics_inout%dulon(ngrid,llm)) |
|---|
| 63 | ALLOCATE(physics_inout%dulat(ngrid,llm)) |
|---|
| 64 | ALLOCATE(physics_inout%dq(ngrid,llm,nqtot)) |
|---|
| 65 | ! Physics-specific data |
|---|
| 66 | ALLOCATE(precl_packed(ngrid)) |
|---|
| 67 | precl_packed(:)=0. |
|---|
| 68 | CALL allocate_field(f_precl, field_t,type_real) |
|---|
| 69 | |
|---|
| 70 | PRINT *, 'init_physics_new', SIZE(physics_inout%Ai) |
|---|
| 71 | END SUBROUTINE init_physics |
|---|
| 72 | |
|---|
| 73 | SUBROUTINE full_physics |
|---|
| 74 | USE physics_interface_mod |
|---|
| 75 | CALL compute_physics(physics_inout%ngrid, physics_inout%dt_phys, & |
|---|
| 76 | physics_inout%lon, physics_inout%lat, physics_inout%p, physics_inout%pk, physics_inout%Temp, & |
|---|
| 77 | physics_inout%ulon, physics_inout%ulat, physics_inout%q(:,:,1:5), & |
|---|
| 78 | physics_inout%dTemp, physics_inout%dulon, physics_inout%dulat, & |
|---|
| 79 | physics_inout%dq(:,:,1:5), precl_packed) |
|---|
| 80 | END SUBROUTINE full_physics |
|---|
| 81 | |
|---|
| 82 | SUBROUTINE write_physics |
|---|
| 83 | USE output_field_mod |
|---|
| 84 | USE physics_interface_mod |
|---|
| 85 | CALL unpack_field(f_precl, precl_packed) |
|---|
| 86 | CALL output_field("precl",f_precl) |
|---|
| 87 | precl_packed(:)=0. |
|---|
| 88 | |
|---|
| 89 | END SUBROUTINE write_physics |
|---|
| 90 | |
|---|
| 91 | SUBROUTINE compute_physics(ngrid,dt_phys,lon, lat, p, pk, Temp,u,v,q, dTemp,du,dv,dq, precl) |
|---|
| 92 | USE icosa |
|---|
| 93 | USE dcmip2016_simple_physics_mod |
|---|
| 94 | USE dcmip2016_kessler_physic_mod |
|---|
| 95 | USE terminator |
|---|
| 96 | IMPLICIT NONE |
|---|
| 97 | INTEGER :: ngrid |
|---|
| 98 | REAL(rstd) :: lat(ngrid) |
|---|
| 99 | REAL(rstd) :: lon(ngrid) |
|---|
| 100 | REAL(rstd) :: ps(ngrid) |
|---|
| 101 | REAL(rstd) :: precl(ngrid) |
|---|
| 102 | ! arguments with bottom-up indexing (DYNAMICO) |
|---|
| 103 | REAL(rstd) :: p(ngrid,llm+1) |
|---|
| 104 | REAL(rstd) :: pk(ngrid,llm) |
|---|
| 105 | REAL(rstd) :: Temp(ngrid,llm) |
|---|
| 106 | REAL(rstd) :: u(ngrid,llm) |
|---|
| 107 | REAL(rstd) :: v(ngrid,llm) |
|---|
| 108 | REAL(rstd) :: q(ngrid,llm,5) |
|---|
| 109 | REAL(rstd) :: dTemp(ngrid,llm) |
|---|
| 110 | REAL(rstd) :: du(ngrid,llm) |
|---|
| 111 | REAL(rstd) :: dv(ngrid,llm) |
|---|
| 112 | REAL(rstd) :: dq(ngrid,llm,5) |
|---|
| 113 | ! local arrays with top-down vertical indexing (DCMIP) |
|---|
| 114 | REAL(rstd) :: pint(ngrid,llm+1) |
|---|
| 115 | REAL(rstd) :: pmid(ngrid,llm) |
|---|
| 116 | REAL(rstd) :: pdel(ngrid,llm) |
|---|
| 117 | REAL(rstd) :: Tfi(ngrid,llm) |
|---|
| 118 | REAL(rstd) :: ufi(ngrid,llm) |
|---|
| 119 | REAL(rstd) :: vfi(ngrid,llm) |
|---|
| 120 | REAL(rstd) :: qfi(ngrid,llm,5) |
|---|
| 121 | |
|---|
| 122 | REAL(rstd) :: rho(llm), z(llm), theta(llm), qv(llm),qc(llm),qr(llm) |
|---|
| 123 | REAL(rstd) :: lastz |
|---|
| 124 | REAL(rstd) :: dcl1,dcl2 |
|---|
| 125 | INTEGER :: l,ll,ij |
|---|
| 126 | REAL(rstd) :: dt_phys, inv_dt |
|---|
| 127 | INTEGER :: simple_physic_testcase |
|---|
| 128 | |
|---|
| 129 | ! prepare input fields and mirror vertical index |
|---|
| 130 | ps(:) = p(:,1) ! surface pressure |
|---|
| 131 | |
|---|
| 132 | DO l=1,llm+1 |
|---|
| 133 | DO ij=1,ngrid |
|---|
| 134 | pint(ij,l)=p(ij,llm+2-l) |
|---|
| 135 | ENDDO |
|---|
| 136 | ENDDO |
|---|
| 137 | |
|---|
| 138 | DO l=1,llm |
|---|
| 139 | ll=llm+1-l |
|---|
| 140 | DO ij=1,ngrid |
|---|
| 141 | pmid(ij,l)=0.5*(pint(ij,l)+pint(ij,l+1)) ! Pressure inside layers |
|---|
| 142 | pdel(ij,l)=pint(ij,l+1)-pint(ij,l) ! Pressure difference between two layers |
|---|
| 143 | ufi(ij,l)=u(ij,ll) |
|---|
| 144 | vfi(ij,l)=v(ij,ll) |
|---|
| 145 | qfi(ij,l,:)=q(ij,ll,:) |
|---|
| 146 | Tfi(ij,l)=Temp(ij,ll)/(1+0.608*qfi(ij,l,1)) |
|---|
| 147 | ENDDO |
|---|
| 148 | ENDDO |
|---|
| 149 | |
|---|
| 150 | |
|---|
| 151 | IF (testcase==moist_baroclinic .OR. testcase==cyclone ) THEN |
|---|
| 152 | IF (testcase==moist_baroclinic) simple_physic_testcase=1 |
|---|
| 153 | IF (testcase==cyclone) simple_physic_testcase=0 |
|---|
| 154 | CALL simple_physics(ngrid, llm, dt_phys, lat, tfi, qfi(:,:,1) , ufi, vfi, pmid, pint, pdel, 1./pdel, ps, precl, & |
|---|
| 155 | simple_physic_testcase, .TRUE., .FALSE.) |
|---|
| 156 | ENDIF |
|---|
| 157 | |
|---|
| 158 | |
|---|
| 159 | IF (testcase==moist_baroclinic .OR. testcase==cyclone .OR. testcase==supercell ) THEN |
|---|
| 160 | DO ij=1,ngrid |
|---|
| 161 | lastz=0 |
|---|
| 162 | DO l=1,llm |
|---|
| 163 | ll=llm+1-l |
|---|
| 164 | rho(l) = pmid(ij,ll)/(287*Temp(ij,l)) |
|---|
| 165 | z(l)=lastz+ (p(ij,l)-p(ij,l+1)) /g / rho(l) |
|---|
| 166 | lastz=z(l) |
|---|
| 167 | ! theta(l)= Tfi(ij,ll)*(1+0.608*qfi(ij,ll,1)) / ( pk(ij,l) / cpp) |
|---|
| 168 | theta(l)= Tfi(ij,ll) / ( pk(ij,l) / cpp) |
|---|
| 169 | ENDDO |
|---|
| 170 | |
|---|
| 171 | qv(:)=qfi(ij,llm:1:-1,1) |
|---|
| 172 | qc(:)=qfi(ij,llm:1:-1,2) |
|---|
| 173 | qr(:)=qfi(ij,llm:1:-1,3) |
|---|
| 174 | |
|---|
| 175 | ! CALL KESSLER(theta(:), qv, qc, qr, rho(:), & |
|---|
| 176 | ! pk(ij,:), dt_phys, z(:), llm, precl(ij)) |
|---|
| 177 | |
|---|
| 178 | |
|---|
| 179 | DO l=1,llm |
|---|
| 180 | ll=llm+1-l |
|---|
| 181 | ! Tfi(ij,ll) = theta(l) /(1+0.608*qfi(ij,ll,1)) * ( pk(ij,l) / cpp) |
|---|
| 182 | Tfi(ij,ll) = theta(l) * ( pk(ij,l) / cpp) |
|---|
| 183 | ENDDO |
|---|
| 184 | |
|---|
| 185 | qfi(ij,:,1)=qv(llm:1:-1) |
|---|
| 186 | qfi(ij,:,2)=qc(llm:1:-1) |
|---|
| 187 | qfi(ij,:,3)=qr(llm:1:-1) |
|---|
| 188 | |
|---|
| 189 | ENDDO |
|---|
| 190 | ENDIF |
|---|
| 191 | |
|---|
| 192 | DO l=1,llm |
|---|
| 193 | ll=llm+1-l |
|---|
| 194 | DO ij=1,ngrid |
|---|
| 195 | CALL tendency_terminator( lat(ij), lon(ij), qfi(ij,ll,4), qfi(ij,ll,5), dt_phys, dcl1, dcl2) |
|---|
| 196 | qfi(ij,ll,4)=qfi(ij,ll,4)+ dt_phys*dcl1 |
|---|
| 197 | qfi(ij,ll,5)=qfi(ij,ll,5)+ dt_phys*dcl2 |
|---|
| 198 | ENDDO |
|---|
| 199 | ENDDO |
|---|
| 200 | |
|---|
| 201 | |
|---|
| 202 | ! Mirror vertical index and compute tendencies |
|---|
| 203 | inv_dt = 1./dt_phys |
|---|
| 204 | DO l=1,llm |
|---|
| 205 | ll=llm+1-l |
|---|
| 206 | DO ij=1,ngrid |
|---|
| 207 | dTemp(ij,l) = inv_dt * ( Tfi(ij,ll)*(1+0.608*qfi(ij,ll,1)) - Temp(ij,l) ) |
|---|
| 208 | du(ij,l) = inv_dt * (ufi(ij,ll) - u(ij,l)) |
|---|
| 209 | dv(ij,l) = inv_dt * (vfi(ij,ll) - v(ij,l)) |
|---|
| 210 | dq(ij,l,:) = inv_dt * (qfi(ij,ll,:) - q(ij,l,:)) |
|---|
| 211 | ENDDO |
|---|
| 212 | ENDDO |
|---|
| 213 | |
|---|
| 214 | END SUBROUTINE compute_physics |
|---|
| 215 | |
|---|
| 216 | END MODULE physics_dcmip2016_mod |
|---|
| 217 | |
|---|
| 218 | |
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