MODULE lmdz_thermcell_plume ! ! $Id: thermcell_plume.F90 3074 2017-11-15 13:31:44Z fhourdin $ ! CONTAINS SUBROUTINE thermcell_plume(itap,ngrid,nlay,ptimestep,ztv,zthl,po,zl,rhobarz, & & zlev,pplev,pphi,zpspsk,alim_star,alim_star_tot, & & lalim,f0,detr_star,entr_star,f_star,csc,ztva, & & ztla,zqla,zqta,zha,zw2,w_est,ztva_est,zqsatth,lmix,lmix_bis,linter & & ,lev_out,lunout1,igout) ! & ,lev_out,lunout1,igout,zbuoy,zbuoyjam) !-------------------------------------------------------------------------- ! Auhtors : Catherine Rio, Frédéric Hourdin, Arnaud Jam ! !thermcell_plume: calcule les valeurs de qt, thetal et w dans l ascendance ! This versions starts from a cleaning of thermcell_plume_6A (2019/01/20) ! thermcell_plume_6A is activate for flag_thermas_ed < 10 ! thermcell_plume_5B for flag_thermas_ed < 20 ! thermcell_plume for flag_thermals_ed>= 20 ! Various options are controled by the flag_thermals_ed parameter ! = 20 : equivalent to thermcell_plume_6A with flag_thermals_ed=8 ! = 21 : the Jam strato-cumulus modif is not activated in detrainment ! = 29 : an other way to compute the modified buoyancy (to be tested) !-------------------------------------------------------------------------- USE lmdz_thermcell_ini, ONLY: prt_level,fact_thermals_ed_dz,iflag_thermals_ed,RLvCP,RETV,RG USE lmdz_thermcell_ini, ONLY: fact_epsilon, betalpha, afact, fact_shell USE lmdz_thermcell_ini, ONLY: detr_min, entr_min, detr_q_coef, detr_q_power USE lmdz_thermcell_ini, ONLY: mix0, thermals_flag_alim USE lmdz_thermcell_alim, ONLY : thermcell_alim USE lmdz_thermcell_qsat, ONLY : thermcell_qsat IMPLICIT NONE integer,intent(in) :: itap,lev_out,lunout1,igout,ngrid,nlay real,intent(in) :: ptimestep real,intent(in),dimension(ngrid,nlay) :: ztv real,intent(in),dimension(ngrid,nlay) :: zthl real,intent(in),dimension(ngrid,nlay) :: po real,intent(in),dimension(ngrid,nlay) :: zl real,intent(in),dimension(ngrid,nlay) :: rhobarz real,intent(in),dimension(ngrid,nlay+1) :: zlev real,intent(in),dimension(ngrid,nlay+1) :: pplev real,intent(in),dimension(ngrid,nlay) :: pphi real,intent(in),dimension(ngrid,nlay) :: zpspsk real,intent(in),dimension(ngrid) :: f0 integer,intent(out) :: lalim(ngrid) real,intent(out),dimension(ngrid,nlay) :: alim_star real,intent(out),dimension(ngrid) :: alim_star_tot real,intent(out),dimension(ngrid,nlay) :: detr_star real,intent(out),dimension(ngrid,nlay) :: entr_star real,intent(out),dimension(ngrid,nlay+1) :: f_star real,intent(out),dimension(ngrid,nlay) :: csc real,intent(out),dimension(ngrid,nlay) :: ztva real,intent(out),dimension(ngrid,nlay) :: ztla real,intent(out),dimension(ngrid,nlay) :: zqla real,intent(out),dimension(ngrid,nlay) :: zqta real,intent(out),dimension(ngrid,nlay) :: zha real,intent(out),dimension(ngrid,nlay+1) :: zw2 real,intent(out),dimension(ngrid,nlay+1) :: w_est real,intent(out),dimension(ngrid,nlay) :: ztva_est real,intent(out),dimension(ngrid,nlay) :: zqsatth integer,intent(out),dimension(ngrid) :: lmix(ngrid) integer,intent(out),dimension(ngrid) :: lmix_bis(ngrid) real,intent(out),dimension(ngrid) :: linter(ngrid) REAL,dimension(ngrid,nlay+1) :: wa_moy REAL,dimension(ngrid,nlay) :: entr,detr REAL,dimension(ngrid,nlay) :: ztv_est REAL,dimension(ngrid,nlay) :: zqla_est REAL,dimension(ngrid,nlay) :: zta_est REAL,dimension(ngrid) :: ztemp,zqsat REAL zdw2,zdw2bis REAL zw2modif REAL zw2fact,zw2factbis REAL,dimension(ngrid,nlay) :: zeps REAL,dimension(ngrid) :: wmaxa INTEGER ig,l,k,lt,it,lm,nbpb real,dimension(ngrid,nlay) :: zbuoy,gamma,zdqt real zdz,zalpha,zw2m real,dimension(ngrid,nlay) :: zbuoyjam,zdqtjam real zdz2,zdz3,lmel,entrbis,zdzbis real,dimension(ngrid) :: d_temp real ztv1,ztv2,factinv,zinv,zlmel real zlmelup,zlmeldwn,zlt,zltdwn,zltup real atv1,atv2,btv1,btv2 real ztv_est1,ztv_est2 real zcor,zdelta,zcvm5,qlbef real zbetalpha, coefzlmel real eps logical Zsat LOGICAL,dimension(ngrid) :: active,activetmp REAL fact_gamma,fact_gamma2,fact_epsilon2 REAL,dimension(ngrid,nlay) :: c2 if (ngrid==1) print*,'THERMCELL PLUME MODIFIE 2014/07/11' Zsat=.false. ! Initialisation zbetalpha=betalpha/(1.+betalpha) ! Initialisations des variables r?elles if (1==1) then ztva(:,:)=ztv(:,:) ztva_est(:,:)=ztva(:,:) ztv_est(:,:)=ztv(:,:) ztla(:,:)=zthl(:,:) zqta(:,:)=po(:,:) zqla(:,:)=0. zha(:,:) = ztva(:,:) else ztva(:,:)=0. ztv_est(:,:)=0. ztva_est(:,:)=0. ztla(:,:)=0. zqta(:,:)=0. zha(:,:) =0. endif zqla_est(:,:)=0. zqsatth(:,:)=0. zqla(:,:)=0. detr_star(:,:)=0. entr_star(:,:)=0. alim_star(:,:)=0. alim_star_tot(:)=0. csc(:,:)=0. detr(:,:)=0. entr(:,:)=0. zw2(:,:)=0. zbuoy(:,:)=0. zbuoyjam(:,:)=0. gamma(:,:)=0. zeps(:,:)=0. w_est(:,:)=0. f_star(:,:)=0. wa_moy(:,:)=0. linter(:)=1. ! linter(:)=1. ! Initialisation des variables entieres lmix(:)=1 lmix_bis(:)=2 wmaxa(:)=0. !------------------------------------------------------------------------- ! On ne considere comme actif que les colonnes dont les deux premieres ! couches sont instables. !------------------------------------------------------------------------- active(:)=ztv(:,1)>ztv(:,2) d_temp(:)=0. ! Pour activer un contraste de temperature a la base ! du panache ! Cet appel pourrait être fait avant thermcell_plume dans thermcell_main CALL thermcell_alim(thermals_flag_alim,ngrid,nlay,ztv,d_temp,zlev,alim_star,lalim) !------------------------------------------------------------------------------ ! Calcul dans la premiere couche ! On decide dans cette version que le thermique n'est actif que si la premiere ! couche est instable. ! Pourrait etre change si on veut que le thermiques puisse se d??clencher ! dans une couche l>1 !------------------------------------------------------------------------------ do ig=1,ngrid ! Le panache va prendre au debut les caracteristiques de l'air contenu ! dans cette couche. if (active(ig)) then ztla(ig,1)=zthl(ig,1) zqta(ig,1)=po(ig,1) zqla(ig,1)=zl(ig,1) !cr: attention, prise en compte de f*(1)=1 f_star(ig,2)=alim_star(ig,1) zw2(ig,2)=2.*RG*(ztv(ig,1)-ztv(ig,2))/ztv(ig,2) & & *(zlev(ig,2)-zlev(ig,1)) & & *0.4*pphi(ig,1)/(pphi(ig,2)-pphi(ig,1)) w_est(ig,2)=zw2(ig,2) endif enddo ! !============================================================================== !boucle de calcul de la vitesse verticale dans le thermique !============================================================================== do l=2,nlay-1 !============================================================================== ! On decide si le thermique est encore actif ou non ! AFaire : Il faut sans doute ajouter entr_star a alim_star dans ce test do ig=1,ngrid active(ig)=active(ig) & & .and. zw2(ig,l)>1.e-10 & & .and. f_star(ig,l)+alim_star(ig,l)>1.e-10 enddo !--------------------------------------------------------------------------- ! calcul des proprietes thermodynamiques et de la vitesse de la couche l ! sans tenir compte du detrainement et de l'entrainement dans cette ! couche ! C'est a dire qu'on suppose ! ztla(l)=ztla(l-1) et zqta(l)=zqta(l-1) ! Ici encore, on doit pouvoir ajouter entr_star (qui peut etre calculer ! avant) a l'alimentation pour avoir un calcul plus propre !--------------------------------------------------------------------------- ztemp(:)=zpspsk(:,l)*ztla(:,l-1) call thermcell_qsat(ngrid, 1, active,pplev(:,l),ztemp,zqta(:,l-1),zqsat(:)) do ig=1,ngrid ! print*,'active',active(ig),ig,l if(active(ig)) then zqla_est(ig,l)=max(0.,zqta(ig,l-1)-zqsat(ig)) ztva_est(ig,l) = ztla(ig,l-1)*zpspsk(ig,l)+RLvCp*zqla_est(ig,l) zta_est(ig,l)=ztva_est(ig,l) ztva_est(ig,l) = ztva_est(ig,l)/zpspsk(ig,l) ztva_est(ig,l) = ztva_est(ig,l)*(1.+RETV*(zqta(ig,l-1) & & -zqla_est(ig,l))-zqla_est(ig,l)) !Modif AJAM zbuoy(ig,l)=RG*(ztva_est(ig,l)-ztv(ig,l))/ztv(ig,l) zdz=zlev(ig,l+1)-zlev(ig,l) lmel=fact_thermals_ed_dz*zlev(ig,l) ! lmel=0.09*zlev(ig,l) zlmel=zlev(ig,l)+lmel zlmelup=zlmel+(zdz/2) zlmeldwn=zlmel-(zdz/2) lt=l+1 zlt=zlev(ig,lt) zdz3=zlev(ig,lt+1)-zlt zltdwn=zlt-zdz3/2 zltup=zlt+zdz3/2 !========================================================================= ! 3. Calcul de la flotabilite modifie par melange avec l'air au dessus !========================================================================= !-------------------------------------------------- lt=l+1 zlt=zlev(ig,lt) zdz2=zlev(ig,lt)-zlev(ig,l) do while (lmel.gt.zdz2) lt=lt+1 zlt=zlev(ig,lt) zdz2=zlt-zlev(ig,l) enddo zdz3=zlev(ig,lt+1)-zlt zltdwn=zlev(ig,lt)-zdz3/2 zlmelup=zlmel+(zdz/2) coefzlmel=Min(1.,(zlmelup-zltdwn)/zdz) zbuoyjam(ig,l)=1.*RG*(coefzlmel*(ztva_est(ig,l)- & & ztv(ig,lt))/ztv(ig,lt)+(1.-coefzlmel)*(ztva_est(ig,l)- & & ztv(ig,lt-1))/ztv(ig,lt-1))+0.*zbuoy(ig,l) !------------------------------------------------ !AJAM:nouveau calcul de w? !------------------------------------------------ zdz=zlev(ig,l+1)-zlev(ig,l) zdzbis=zlev(ig,l)-zlev(ig,l-1) zbuoy(ig,l)=RG*(ztva_est(ig,l)-ztv(ig,l))/ztv(ig,l) zw2fact=fact_epsilon*2.*zdz/(1.+betalpha) zw2factbis=fact_epsilon*2.*zdzbis/(1.+betalpha) zdw2=afact*zbuoy(ig,l)/fact_epsilon zdw2bis=afact*zbuoy(ig,l-1)/fact_epsilon lm=Max(1,l-2) w_est(ig,l+1)=Max(0.0001,exp(-zw2fact)*(w_est(ig,l)-zdw2)+zdw2) endif enddo !------------------------------------------------- !calcul des taux d'entrainement et de detrainement !------------------------------------------------- do ig=1,ngrid if (active(ig)) then ! zw2m=max(0.5*(w_est(ig,l)+w_est(ig,l+1)),0.1) zw2m=w_est(ig,l+1) zdz=zlev(ig,l+1)-zlev(ig,l) zbuoy(ig,l)=RG*(ztva_est(ig,l)-ztv(ig,l))/ztv(ig,l) zalpha=f0(ig)*f_star(ig,l)/sqrt(w_est(ig,l+1))/rhobarz(ig,l) zdqt(ig,l)=max(zqta(ig,l-1)-po(ig,l),0.)/po(ig,l) !========================================================================= ! 4. Calcul de l'entrainement et du detrainement !========================================================================= detr_star(ig,l)=f_star(ig,l)*zdz & & *( mix0 * 0.1 / (zalpha+0.001) & & + MAX(detr_min, -afact*zbetalpha*zbuoyjam(ig,l)/zw2m & & + detr_q_coef*(zdqt(ig,l)/zw2m)**detr_q_power)) if ( iflag_thermals_ed == 20 ) then entr_star(ig,l)=f_star(ig,l)*zdz* ( & & mix0 * 0.1 / (zalpha+0.001) & & + zbetalpha*MAX(entr_min, & & afact*zbuoyjam(ig,l)/zw2m - fact_epsilon)) else entr_star(ig,l)=f_star(ig,l)*zdz* ( & & mix0 * 0.1 / (zalpha+0.001) & & + zbetalpha*MAX(entr_min, & & afact*zbuoy(ig,l)/zw2m - fact_epsilon)) endif ! En dessous de lalim, on prend le max de alim_star et entr_star pour ! alim_star et 0 sinon if (l.lt.lalim(ig)) then alim_star(ig,l)=max(alim_star(ig,l),entr_star(ig,l)) entr_star(ig,l)=0. endif f_star(ig,l+1)=f_star(ig,l)+alim_star(ig,l)+entr_star(ig,l) & & -detr_star(ig,l) endif enddo !============================================================================ ! 5. calcul de la vitesse verticale en melangeant Tl et qt du thermique !=========================================================================== activetmp(:)=active(:) .and. f_star(:,l+1)>1.e-10 do ig=1,ngrid if (activetmp(ig)) then Zsat=.false. ztla(ig,l)=(f_star(ig,l)*ztla(ig,l-1)+ & & (alim_star(ig,l)+entr_star(ig,l))*zthl(ig,l)) & & /(f_star(ig,l+1)+detr_star(ig,l)) zqta(ig,l)=(f_star(ig,l)*zqta(ig,l-1)+ & & (alim_star(ig,l)+entr_star(ig,l))*po(ig,l)) & & /(f_star(ig,l+1)+detr_star(ig,l)) endif enddo ztemp(:)=zpspsk(:,l)*ztla(:,l) call thermcell_qsat(ngrid, 1, activetmp,pplev(:,l),ztemp,zqta(:,l),zqsatth(:,l)) do ig=1,ngrid if (activetmp(ig)) then ! on ecrit de maniere conservative (sat ou non) ! T = Tl +Lv/Cp ql zqla(ig,l)=max(0.,zqta(ig,l)-zqsatth(ig,l)) ztva(ig,l) = ztla(ig,l)*zpspsk(ig,l)+RLvCp*zqla(ig,l) ztva(ig,l) = ztva(ig,l)/zpspsk(ig,l) !on rajoute le calcul de zha pour diagnostiques (temp potentielle) zha(ig,l) = ztva(ig,l) ztva(ig,l) = ztva(ig,l)*(1.+RETV*(zqta(ig,l) & & -zqla(ig,l))-zqla(ig,l)) zbuoy(ig,l)=RG*(ztva(ig,l)-ztv(ig,l))/ztv(ig,l) zdz=zlev(ig,l+1)-zlev(ig,l) zdzbis=zlev(ig,l)-zlev(ig,l-1) zeps(ig,l)=(entr_star(ig,l)+alim_star(ig,l))/(f_star(ig,l)*zdz) zw2fact=fact_epsilon*2.*zdz/(1.+betalpha) zw2factbis=fact_epsilon*2.*zdzbis/(1.+betalpha) zdw2= afact*zbuoy(ig,l)/(fact_epsilon) zdw2bis= afact*zbuoy(ig,l-1)/(fact_epsilon) zw2(ig,l+1)=Max(0.0001,exp(-zw2fact)*(zw2(ig,l)-zdw2)+zdw2) endif enddo if (prt_level.ge.20) print*,'coucou calcul detr 460: ig, l',ig, l ! !=========================================================================== ! 6. initialisations pour le calcul de la hauteur du thermique, de l'inversion et de la vitesse verticale max !=========================================================================== nbpb=0 do ig=1,ngrid if (zw2(ig,l+1)>0. .and. zw2(ig,l+1).lt.1.e-10) then ! stop'On tombe sur le cas particulier de thermcell_dry' ! print*,'On tombe sur le cas particulier de thermcell_plume' nbpb=nbpb+1 zw2(ig,l+1)=0. linter(ig)=l+1 endif if (zw2(ig,l+1).lt.0.) then linter(ig)=(l*(zw2(ig,l+1)-zw2(ig,l)) & & -zw2(ig,l))/(zw2(ig,l+1)-zw2(ig,l)) zw2(ig,l+1)=0. !+CR:04/05/12:correction calcul linter pour calcul de zmax continu elseif (f_star(ig,l+1).lt.0.) then linter(ig)=(l*(f_star(ig,l+1)-f_star(ig,l)) & & -f_star(ig,l))/(f_star(ig,l+1)-f_star(ig,l)) zw2(ig,l+1)=0. !fin CR:04/05/12 endif wa_moy(ig,l+1)=sqrt(zw2(ig,l+1)) if (wa_moy(ig,l+1).gt.wmaxa(ig)) then ! lmix est le niveau de la couche ou w (wa_moy) est maximum !on rajoute le calcul de lmix_bis if (zqla(ig,l).lt.1.e-10) then lmix_bis(ig)=l+1 endif lmix(ig)=l+1 wmaxa(ig)=wa_moy(ig,l+1) endif enddo if (nbpb>0) then print*,'WARNING on tombe ',nbpb,' x sur un pb pour l=',l,' dans thermcell_plume' endif !========================================================================= ! FIN DE LA BOUCLE VERTICALE enddo !========================================================================= !on recalcule alim_star_tot do ig=1,ngrid alim_star_tot(ig)=0. enddo do ig=1,ngrid do l=1,lalim(ig)-1 alim_star_tot(ig)=alim_star_tot(ig)+alim_star(ig,l) enddo enddo if (prt_level.ge.20) print*,'coucou calcul detr 470: ig, l', ig, l RETURN END SUBROUTINE thermcell_plume END MODULE lmdz_thermcell_plume