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diagphy.F
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2 ! $Header$
3 !
4  SUBROUTINE diagphy(airephy,tit,iprt
5  $ , tops, topl, sols, soll, sens
6  $ , evap, rain_fall, snow_fall, ts
7  $ , d_etp_tot, d_qt_tot, d_ec_tot
8  $ , fs_bound, fq_bound)
9 C======================================================================
10 C
11 C Purpose:
12 C Compute the thermal flux and the watter mass flux at the atmosphere
13 c boundaries. Print them and also the atmospheric enthalpy change and
14 C the atmospheric mass change.
15 C
16 C Arguments:
17 C airephy-------input-R- grid area
18 C tit---------input-A15- Comment to be added in PRINT (CHARACTER*15)
19 C iprt--------input-I- PRINT level ( <=0 : no PRINT)
20 C tops(klon)--input-R- SW rad. at TOA (W/m2), positive up.
21 C topl(klon)--input-R- LW rad. at TOA (W/m2), positive down
22 C sols(klon)--input-R- Net SW flux above surface (W/m2), positive up
23 C (i.e. -1 * flux absorbed by the surface)
24 C soll(klon)--input-R- Net LW flux above surface (W/m2), positive up
25 C (i.e. flux emited - flux absorbed by the surface)
26 C sens(klon)--input-R- Sensible Flux at surface (W/m2), positive down
27 C evap(klon)--input-R- Evaporation + sublimation watter vapour mass flux
28 C (kg/m2/s), positive up
29 C rain_fall(klon)
30 C --input-R- Liquid watter mass flux (kg/m2/s), positive down
31 C snow_fall(klon)
32 C --input-R- Solid watter mass flux (kg/m2/s), positive down
33 C ts(klon)----input-R- Surface temperature (K)
34 C d_etp_tot---input-R- Heat flux equivalent to atmospheric enthalpy
35 C change (W/m2)
36 C d_qt_tot----input-R- Mass flux equivalent to atmospheric watter mass
37 C change (kg/m2/s)
38 C d_ec_tot----input-R- Flux equivalent to atmospheric cinetic energy
39 C change (W/m2)
40 C
41 C fs_bound---output-R- Thermal flux at the atmosphere boundaries (W/m2)
42 C fq_bound---output-R- Watter mass flux at the atmosphere boundaries (kg/m2/s)
43 C
44 C J.L. Dufresne, July 2002
45 C Version prise sur ~rlmd833/LMDZOR_201102/modipsl/modeles/LMDZ.3.3/libf/phylmd
46 C le 25 Novembre 2002.
47 C======================================================================
48 C
49  use dimphy
50  implicit none
51 
52 #include "dimensions.h"
53 ccccc#include "dimphy.h"
54 #include "YOMCST.h"
55 #include "YOETHF.h"
56 C
57 C Input variables
58  real airephy(klon)
59  CHARACTER*15 tit
60  INTEGER iprt
61  real tops(klon),topl(klon),sols(klon),soll(klon)
62  real sens(klon),evap(klon),rain_fall(klon),snow_fall(klon)
63  REAL ts(klon)
64  REAL d_etp_tot, d_qt_tot, d_ec_tot
65 c Output variables
66  REAL fs_bound, fq_bound
67 C
68 C Local variables
69  real stops,stopl,ssols,ssoll
70  real ssens,sfront,slat
71  real airetot, zcpvap, zcwat, zcice
72  REAL rain_fall_tot, snow_fall_tot, evap_tot
73 C
74  integer i
75 C
76  integer pas
77  save pas
78  data pas/0/
79 c$OMP THREADPRIVATE(pas)
80 C
81  pas=pas+1
82  stops=0.
83  stopl=0.
84  ssols=0.
85  ssoll=0.
86  ssens=0.
87  sfront = 0.
88  evap_tot = 0.
89  rain_fall_tot = 0.
90  snow_fall_tot = 0.
91  airetot=0.
92 C
93 C Pour les chaleur specifiques de la vapeur d'eau, de l'eau et de
94 C la glace, on travaille par difference a la chaleur specifique de l'
95 c air sec. En effet, comme on travaille a niveau de pression donne,
96 C toute variation de la masse d'un constituant est totalement
97 c compense par une variation de masse d'air.
98 C
99  zcpvap=rcpv-rcpd
100  zcwat=rcw-rcpd
101  zcice=rcs-rcpd
102 C
103  do i=1,klon
104  stops=stops+tops(i)*airephy(i)
105  stopl=stopl+topl(i)*airephy(i)
106  ssols=ssols+sols(i)*airephy(i)
107  ssoll=ssoll+soll(i)*airephy(i)
108  ssens=ssens+sens(i)*airephy(i)
109  sfront = sfront
110  $ + ( evap(i)*zcpvap-rain_fall(i)*zcwat-snow_fall(i)*zcice
111  $ ) *ts(i) *airephy(i)
112  evap_tot = evap_tot + evap(i)*airephy(i)
113  rain_fall_tot = rain_fall_tot + rain_fall(i)*airephy(i)
114  snow_fall_tot = snow_fall_tot + snow_fall(i)*airephy(i)
115  airetot=airetot+airephy(i)
116  enddo
117  stops=stops/airetot
118  stopl=stopl/airetot
119  ssols=ssols/airetot
120  ssoll=ssoll/airetot
121  ssens=ssens/airetot
122  sfront = sfront/airetot
123  evap_tot = evap_tot /airetot
124  rain_fall_tot = rain_fall_tot/airetot
125  snow_fall_tot = snow_fall_tot/airetot
126 C
127  slat = rlvtt * rain_fall_tot + rlstt * snow_fall_tot
128 C Heat flux at atm. boundaries
129  fs_bound = stops-stopl - (ssols+ssoll)+ssens+sfront
130  $ + slat
131 C Watter flux at atm. boundaries
132  fq_bound = evap_tot - rain_fall_tot -snow_fall_tot
133 C
134  IF (iprt.ge.1) write(6,6666)
135  $ tit, pas, fs_bound, d_etp_tot, fq_bound, d_qt_tot
136 C
137  IF (iprt.ge.1) write(6,6668)
138  $ tit, pas, d_etp_tot+d_ec_tot-fs_bound, d_qt_tot-fq_bound
139 C
140  IF (iprt.ge.2) write(6,6667)
141  $ tit, pas, stops,stopl,ssols,ssoll,ssens,slat,evap_tot
142  $ ,rain_fall_tot+snow_fall_tot
143 
144  return
145 
146  6666 format('Phys. Flux Budget ',a15,1i6,2f8.2,2(1pe13.5))
147  6667 format('Phys. Boundary Flux ',a15,1i6,6f8.2,2(1pe13.5))
148  6668 format('Phys. Total Budget ',a15,1i6,f8.2,2(1pe13.5))
149 
150  end
151 
152 C======================================================================
153  SUBROUTINE diagetpq(airephy,tit,iprt,idiag,idiag2,dtime
154  e ,t,q,ql,qs,u,v,paprs,pplay
155  s , d_h_vcol, d_qt, d_qw, d_ql, d_qs, d_ec)
156 C======================================================================
157 C
158 C Purpose:
159 C Calcul la difference d'enthalpie et de masse d'eau entre 2 appels,
160 C et calcul le flux de chaleur et le flux d'eau necessaire a ces
161 C changements. Ces valeurs sont moyennees sur la surface de tout
162 C le globe et sont exprime en W/2 et kg/s/m2
163 C Outil pour diagnostiquer la conservation de l'energie
164 C et de la masse dans la physique. Suppose que les niveau de
165 c pression entre couche ne varie pas entre 2 appels.
166 C
167 C Plusieurs de ces diagnostics peuvent etre fait en parallele: les
168 c bilans sont sauvegardes dans des tableaux indices. On parlera
169 C "d'indice de diagnostic"
170 c
171 C
172 c======================================================================
173 C Arguments:
174 C airephy-------input-R- grid area
175 C tit-----imput-A15- Comment added in PRINT (CHARACTER*15)
176 C iprt----input-I- PRINT level ( <=1 : no PRINT)
177 C idiag---input-I- indice dans lequel sera range les nouveaux
178 C bilans d' entalpie et de masse
179 C idiag2--input-I-les nouveaux bilans d'entalpie et de masse
180 C sont compare au bilan de d'enthalpie de masse de
181 C l'indice numero idiag2
182 C Cas parriculier : si idiag2=0, pas de comparaison, on
183 c sort directement les bilans d'enthalpie et de masse
184 C dtime----input-R- time step (s)
185 c t--------input-R- temperature (K)
186 c q--------input-R- vapeur d'eau (kg/kg)
187 c ql-------input-R- liquid watter (kg/kg)
188 c qs-------input-R- solid watter (kg/kg)
189 c u--------input-R- vitesse u
190 c v--------input-R- vitesse v
191 c paprs----input-R- pression a intercouche (Pa)
192 c pplay----input-R- pression au milieu de couche (Pa)
193 c
194 C the following total value are computed by UNIT of earth surface
195 C
196 C d_h_vcol--output-R- Heat flux (W/m2) define as the Enthalpy
197 c change (J/m2) during one time step (dtime) for the whole
198 C atmosphere (air, watter vapour, liquid and solid)
199 C d_qt------output-R- total water mass flux (kg/m2/s) defined as the
200 C total watter (kg/m2) change during one time step (dtime),
201 C d_qw------output-R- same, for the watter vapour only (kg/m2/s)
202 C d_ql------output-R- same, for the liquid watter only (kg/m2/s)
203 C d_qs------output-R- same, for the solid watter only (kg/m2/s)
204 C d_ec------output-R- Cinetic Energy Budget (W/m2) for vertical air column
205 C
206 C other (COMMON...)
207 C RCPD, RCPV, ....
208 C
209 C J.L. Dufresne, July 2002
210 c======================================================================
211 
212  USE dimphy
213  IMPLICIT NONE
214 C
215 #include "dimensions.h"
216 cccccc#include "dimphy.h"
217 #include "YOMCST.h"
218 #include "YOETHF.h"
219 C
220 c Input variables
221  real airephy(klon)
222  CHARACTER*15 tit
223  INTEGER iprt,idiag, idiag2
224  REAL dtime
225  REAL t(klon,klev), q(klon,klev), ql(klon,klev), qs(klon,klev)
226  REAL u(klon,klev), v(klon,klev)
227  REAL paprs(klon,klev+1), pplay(klon,klev)
228 c Output variables
229  REAL d_h_vcol, d_qt, d_qw, d_ql, d_qs, d_ec
230 C
231 C Local variables
232 c
233  REAL h_vcol_tot, h_dair_tot, h_qw_tot, h_ql_tot
234  . , h_qs_tot, qw_tot, ql_tot, qs_tot , ec_tot
235 c h_vcol_tot-- total enthalpy of vertical air column
236 C (air with watter vapour, liquid and solid) (J/m2)
237 c h_dair_tot-- total enthalpy of dry air (J/m2)
238 c h_qw_tot---- total enthalpy of watter vapour (J/m2)
239 c h_ql_tot---- total enthalpy of liquid watter (J/m2)
240 c h_qs_tot---- total enthalpy of solid watter (J/m2)
241 c qw_tot------ total mass of watter vapour (kg/m2)
242 c ql_tot------ total mass of liquid watter (kg/m2)
243 c qs_tot------ total mass of solid watter (kg/m2)
244 c ec_tot------ total cinetic energy (kg/m2)
245 C
246  REAL zairm(klon,klev) ! layer air mass (kg/m2)
247  REAL zqw_col(klon)
248  REAL zql_col(klon)
249  REAL zqs_col(klon)
250  REAL zec_col(klon)
251  REAL zh_dair_col(klon)
252  REAL zh_qw_col(klon), zh_ql_col(klon), zh_qs_col(klon)
253 C
254  REAL d_h_dair, d_h_qw, d_h_ql, d_h_qs
255 C
256  REAL airetot, zcpvap, zcwat, zcice
257 C
258  INTEGER i, k
259 C
260  INTEGER ndiag ! max number of diagnostic in parallel
261  parameter(ndiag=10)
262  integer pas(ndiag)
263  save pas
264  data pas/ndiag*0/
265 c$OMP THREADPRIVATE(pas)
266 C
267  REAL h_vcol_pre(ndiag), h_dair_pre(ndiag), h_qw_pre(ndiag)
268  $ , h_ql_pre(ndiag), h_qs_pre(ndiag), qw_pre(ndiag)
269  $ , ql_pre(ndiag), qs_pre(ndiag) , ec_pre(ndiag)
270  SAVE h_vcol_pre, h_dair_pre, h_qw_pre, h_ql_pre
271  $ , h_qs_pre, qw_pre, ql_pre, qs_pre , ec_pre
272 c$OMP THREADPRIVATE(h_vcol_pre, h_dair_pre, h_qw_pre, h_ql_pre)
273 c$OMP THREADPRIVATE(h_qs_pre, qw_pre, ql_pre, qs_pre , ec_pre)
274 c======================================================================
275 C
276  DO k = 1, klev
277  DO i = 1, klon
278 C layer air mass
279  zairm(i,k) = (paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/rg
280  ENDDO
281  END DO
282 C
283 C Reset variables
284  DO i = 1, klon
285  zqw_col(i)=0.
286  zql_col(i)=0.
287  zqs_col(i)=0.
288  zec_col(i) = 0.
289  zh_dair_col(i) = 0.
290  zh_qw_col(i) = 0.
291  zh_ql_col(i) = 0.
292  zh_qs_col(i) = 0.
293  ENDDO
294 C
295  zcpvap=rcpv
296  zcwat=rcw
297  zcice=rcs
298 C
299 C Compute vertical sum for each atmospheric column
300 C ================================================
301  DO k = 1, klev
302  DO i = 1, klon
303 C Watter mass
304  zqw_col(i) = zqw_col(i) + q(i,k)*zairm(i,k)
305  zql_col(i) = zql_col(i) + ql(i,k)*zairm(i,k)
306  zqs_col(i) = zqs_col(i) + qs(i,k)*zairm(i,k)
307 C Cinetic Energy
308  zec_col(i) = zec_col(i)
309  $ +0.5*(u(i,k)**2+v(i,k)**2)*zairm(i,k)
310 C Air enthalpy
311  zh_dair_col(i) = zh_dair_col(i)
312  $ + rcpd*(1.-q(i,k)-ql(i,k)-qs(i,k))*zairm(i,k)*t(i,k)
313  zh_qw_col(i) = zh_qw_col(i)
314  $ + zcpvap*q(i,k)*zairm(i,k)*t(i,k)
315  zh_ql_col(i) = zh_ql_col(i)
316  $ + zcwat*ql(i,k)*zairm(i,k)*t(i,k)
317  $ - rlvtt*ql(i,k)*zairm(i,k)
318  zh_qs_col(i) = zh_qs_col(i)
319  $ + zcice*qs(i,k)*zairm(i,k)*t(i,k)
320  $ - rlstt*qs(i,k)*zairm(i,k)
321 
322  END DO
323  ENDDO
324 C
325 C Mean over the planete surface
326 C =============================
327  qw_tot = 0.
328  ql_tot = 0.
329  qs_tot = 0.
330  ec_tot = 0.
331  h_vcol_tot = 0.
332  h_dair_tot = 0.
333  h_qw_tot = 0.
334  h_ql_tot = 0.
335  h_qs_tot = 0.
336  airetot=0.
337 C
338  do i=1,klon
339  qw_tot = qw_tot + zqw_col(i)*airephy(i)
340  ql_tot = ql_tot + zql_col(i)*airephy(i)
341  qs_tot = qs_tot + zqs_col(i)*airephy(i)
342  ec_tot = ec_tot + zec_col(i)*airephy(i)
343  h_dair_tot = h_dair_tot + zh_dair_col(i)*airephy(i)
344  h_qw_tot = h_qw_tot + zh_qw_col(i)*airephy(i)
345  h_ql_tot = h_ql_tot + zh_ql_col(i)*airephy(i)
346  h_qs_tot = h_qs_tot + zh_qs_col(i)*airephy(i)
347  airetot=airetot+airephy(i)
348  END DO
349 C
350  qw_tot = qw_tot/airetot
351  ql_tot = ql_tot/airetot
352  qs_tot = qs_tot/airetot
353  ec_tot = ec_tot/airetot
354  h_dair_tot = h_dair_tot/airetot
355  h_qw_tot = h_qw_tot/airetot
356  h_ql_tot = h_ql_tot/airetot
357  h_qs_tot = h_qs_tot/airetot
358 C
359  h_vcol_tot = h_dair_tot+h_qw_tot+h_ql_tot+h_qs_tot
360 C
361 C Compute the change of the atmospheric state compare to the one
362 C stored in "idiag2", and convert it in flux. THis computation
363 C is performed IF idiag2 /= 0 and IF it is not the first CALL
364 c for "idiag"
365 C ===================================
366 C
367  IF ( (idiag2.gt.0) .and. (pas(idiag2) .ne. 0) ) THEN
368  d_h_vcol = (h_vcol_tot - h_vcol_pre(idiag2) )/dtime
369  d_h_dair = (h_dair_tot- h_dair_pre(idiag2))/dtime
370  d_h_qw = (h_qw_tot - h_qw_pre(idiag2) )/dtime
371  d_h_ql = (h_ql_tot - h_ql_pre(idiag2) )/dtime
372  d_h_qs = (h_qs_tot - h_qs_pre(idiag2) )/dtime
373  d_qw = (qw_tot - qw_pre(idiag2) )/dtime
374  d_ql = (ql_tot - ql_pre(idiag2) )/dtime
375  d_qs = (qs_tot - qs_pre(idiag2) )/dtime
376  d_ec = (ec_tot - ec_pre(idiag2) )/dtime
377  d_qt = d_qw + d_ql + d_qs
378  ELSE
379  d_h_vcol = 0.
380  d_h_dair = 0.
381  d_h_qw = 0.
382  d_h_ql = 0.
383  d_h_qs = 0.
384  d_qw = 0.
385  d_ql = 0.
386  d_qs = 0.
387  d_ec = 0.
388  d_qt = 0.
389  ENDIF
390 C
391  IF (iprt.ge.2) THEN
392  WRITE(6,9000) tit,pas(idiag),d_qt,d_qw,d_ql,d_qs
393  9000 format('Phys. Watter Mass Budget (kg/m2/s)',a15
394  $ ,1i6,10(1pe14.6))
395  WRITE(6,9001) tit,pas(idiag), d_h_vcol
396  9001 format('Phys. Enthalpy Budget (W/m2) ',a15,1i6,10(f8.2))
397  WRITE(6,9002) tit,pas(idiag), d_ec
398  9002 format('Phys. Cinetic Energy Budget (W/m2) ',a15,1i6,10(f8.2))
399  END IF
400 C
401 C Store the new atmospheric state in "idiag"
402 C
403  pas(idiag)=pas(idiag)+1
404  h_vcol_pre(idiag) = h_vcol_tot
405  h_dair_pre(idiag) = h_dair_tot
406  h_qw_pre(idiag) = h_qw_tot
407  h_ql_pre(idiag) = h_ql_tot
408  h_qs_pre(idiag) = h_qs_tot
409  qw_pre(idiag) = qw_tot
410  ql_pre(idiag) = ql_tot
411  qs_pre(idiag) = qs_tot
412  ec_pre(idiag) = ec_tot
413 C
414  RETURN
415  END