source: codes/icosagcm/trunk/src/etat0_dcmip41.f90 @ 78

Last change on this file since 78 was 78, checked in by ymipsl, 12 years ago

update dcmip4 testcase

YM
File size: 7.5 KB
Line 
1MODULE etat0_dcmip4_mod
2  USE icosa
3  PRIVATE
4  REAL(rstd),PARAMETER :: eta0=0.252
5  REAL(rstd),PARAMETER :: etat=0.2
6  REAL(rstd),PARAMETER :: ps0=1e5
7  REAL(rstd),PARAMETER :: u0=35
8  REAL(rstd),PARAMETER :: T0=288
9  REAL(rstd),PARAMETER :: DeltaT=4.8e5
10  REAL(rstd),PARAMETER :: Rd=287
11  REAL(rstd),PARAMETER :: Gamma=0.005
12  REAL(rstd),PARAMETER :: up0=1
13  REAL(rstd) :: latw=2*Pi/9
14  REAL(rstd) :: pw=34000
15  REAL(rstd) :: q0=0.021
16  REAL(rstd) :: lonc
17  REAL(rstd) :: latc
18  PUBLIC  etat0
19CONTAINS
20 
21   
22   
23  SUBROUTINE etat0(f_ps,f_phis,f_theta_rhodz,f_u, f_q)
24  USE icosa
25  IMPLICIT NONE
26    TYPE(t_field),POINTER :: f_ps(:)
27    TYPE(t_field),POINTER :: f_phis(:)
28    TYPE(t_field),POINTER :: f_theta_rhodz(:)
29    TYPE(t_field),POINTER :: f_u(:)
30    TYPE(t_field),POINTER :: f_q(:)
31 
32    REAL(rstd),POINTER :: ps(:)
33    REAL(rstd),POINTER :: phis(:)
34    REAL(rstd),POINTER :: theta_rhodz(:,:)
35    REAL(rstd),POINTER :: u(:,:)
36    REAL(rstd),POINTER :: q(:,:,:)
37    INTEGER :: ind
38   
39    DO ind=1,ndomain
40      CALL swap_dimensions(ind)
41      CALL swap_geometry(ind)
42      ps=f_ps(ind)
43      phis=f_phis(ind)
44      theta_rhodz=f_theta_rhodz(ind)
45      u=f_u(ind)
46      q=f_q(ind)
47      CALL compute_etat0_dcmip4(ps, phis, theta_rhodz, u, q)
48    ENDDO
49
50  END SUBROUTINE etat0
51 
52  SUBROUTINE compute_etat0_dcmip4(ps, phis, theta_rhodz, u, q)
53  USE icosa
54  USE disvert_mod
55  USE pression_mod
56  USE exner_mod
57  USE geopotential_mod
58  USE theta2theta_rhodz_mod
59  IMPLICIT NONE 
60  REAL(rstd),INTENT(OUT) :: ps(iim*jjm)
61  REAL(rstd),INTENT(OUT) :: phis(iim*jjm)
62  REAL(rstd),INTENT(OUT) :: theta_rhodz(iim*jjm,llm)
63  REAL(rstd),INTENT(OUT) :: u(3*iim*jjm,llm)
64  REAL(rstd),INTENT(OUT) :: q(iim*jjm,llm,nqtot)
65 
66  INTEGER :: i,j,l,ij
67  REAL(rstd) :: theta(iim*jjm,llm)
68  REAL(rstd) :: Y(iim*jjm,llm)
69  REAL(rstd) :: vort
70  REAL(rstd) :: eta(llm)
71  REAL(rstd) :: etav(llm)
72  REAL(rstd) :: etas, etavs
73  REAL(rstd) :: lon,lat
74  REAL(rstd) :: ulon(3)
75  REAL(rstd) :: ep(3), norm_ep
76  REAL(rstd) :: Tave, T
77  REAL(rstd) :: phis_ave
78  REAL(rstd) :: V0(3)
79  REAL(rstd) :: r2
80  REAL(rstd) :: utot
81  REAL(rstd) :: lonx,latx
82  REAL(rstd) :: dthetaodeta_ave, dthetaodeta, dthetaodlat, duodeta, K, r
83  INTEGER :: testcase
84 
85    lonc=Pi/9
86    latc=2*Pi/9 
87 
88    testcase=1
89    CALL getin("dcmip4_testcase",testcase)
90 
91 
92    DO l=1,llm
93      eta(l)= 0.5 *( ap(l)/preff+bp(l) + ap(l+1)/preff+bp(l+1) )
94      etav(l)=(eta(l)-eta0)*Pi/2
95    ENDDO
96    etas=ap(1)/preff+bp(1)
97    etavs=(etas-eta0)*Pi/2
98
99    DO j=jj_begin,jj_end
100      DO i=ii_begin,ii_end
101        ij=(j-1)*iim+i
102        ps(ij)=ps0
103      ENDDO
104    ENDDO
105   
106   
107    CALL lonlat2xyz(lonc,latc,V0)
108
109    u(:,:)=1e10     
110    DO l=1,llm
111      DO j=jj_begin-1,jj_end+1
112        DO i=ii_begin-1,ii_end+1
113          ij=(j-1)*iim+i
114         
115          CALL xyz2lonlat(xyz_e(ij+u_right,:)/radius,lon,lat)
116          K=sin(latc)*sin(lat)+cos(latc)*cos(lat)*cos(lon-lonc)
117          r=radius*acos(K)
118          utot=u0*cos(etav(l))**1.5*sin(2*lat)**2 + up0*exp(-(r/(0.1*radius))**2)
119          u(ij+u_right,l) = utot * sum(elon_e(ij+u_right,:) * ep_e(ij+u_right,:))
120
121
122          CALL xyz2lonlat(xyz_e(ij+u_lup,:)/radius,lon,lat)
123          K=sin(latc)*sin(lat)+cos(latc)*cos(lat)*cos(lon-lonc)
124          r=radius*acos(K)
125          utot=u0*cos(etav(l))**1.5*sin(2*lat)**2 + up0*exp(-(r/(0.1*radius))**2)
126          u(ij+u_lup,l) = utot * sum(elon_e(ij+u_lup,:) * ep_e(ij+u_lup,:))
127
128          CALL xyz2lonlat(xyz_e(ij+u_ldown,:)/radius,lon,lat)
129          K=sin(latc)*sin(lat)+cos(latc)*cos(lat)*cos(lon-lonc)
130          r=radius*acos(K)
131          utot=u0*cos(etav(l))**1.5*sin(2*lat)**2 + up0*exp(-(r/(0.1*radius))**2)
132          u(ij+u_ldown,l) = utot * sum(elon_e(ij+u_ldown,:) * ep_e(ij+u_ldown,:))
133
134       ENDDO
135     ENDDO
136    ENDDO 
137     
138     
139     DO l=1,llm
140       Tave=T0*eta(l)**(Rd*Gamma/g)
141       IF (etat>eta(l)) Tave=Tave+DeltaT*(etat-eta(l))**5
142       DO j=jj_begin-1,jj_end+1
143         DO i=ii_begin-1,ii_end+1
144           ij=(j-1)*iim+i
145           CALL xyz2lonlat(xyz_i(ij,:)/radius,lon,lat)
146           
147            Y(ij,l)=((-2*sin(lat)**6*(cos(lat)**2+1./3)+10./63)*2*u0*cos(etav(l))**1.5     &
148                                + (8./5*cos(lat)**3*(sin(lat)**2+2./3)-Pi/4)*radius*Omega)
149            T=Tave+ 0.75*(eta(l)*Pi*u0/Rd)*sin(etav(l))*cos(etav(l))**0.5 * Y(ij,l)
150           
151            theta(ij,l)=T*eta(l)**(-kappa)
152
153          ENDDO
154       ENDDO
155     ENDDO
156     
157     
158     phis_ave=T0*g/Gamma*(1-etas**(Rd*Gamma/g))
159     DO j=jj_begin,jj_end
160       DO i=ii_begin,ii_end
161         ij=(j-1)*iim+i
162         CALL xyz2lonlat(xyz_i(ij,:)/radius,lon,lat)
163         phis(ij)=phis_ave+u0*cos(etavs)**1.5*( (-2*sin(lat)**6 * (cos(lat)**2+1./3) + 10./63 )*u0*cos(etavs)**1.5  &
164                                           +(8./5*cos(lat)**3 * (sin(lat)**2 + 2./3) - Pi/4)*radius*Omega )
165!         phis(ij)=phis_ave+u0*cos(etavs)**1.5
166
167       ENDDO
168     ENDDO
169
170    CALL compute_theta2theta_rhodz(ps,theta,theta_rhodz,0)
171
172
173    IF (testcase==1) THEN
174   
175      q(:,:,1)=theta(:,:)
176
177      DO l=1,llm
178         dthetaodeta_ave = T0 *( Rd*Gamma/g - kappa)* eta(l)**(Rd*Gamma/g-kappa-1)
179         IF (etat>eta(l)) dthetaodeta_ave = dthetaodeta_ave - DeltaT * ( 5*(etat-eta(l))**4 * eta(l)**(-kappa)  &
180                                                          + kappa * (etat-eta(l))**5 * eta(l)**(-kappa-1))
181         DO j=jj_begin,jj_end
182           DO i=ii_begin,ii_end
183             ij=(j-1)*iim+i
184             CALL xyz2lonlat(xyz_i(ij,:)/radius,lon,lat)
185             dthetaodeta=dthetaodeta_ave + 3./4. * Pi * u0/Rd*(1-kappa)*eta(l)**(-kappa)*sin(etav(l))*cos(etav(l))**0.5 * Y(ij,l) & 
186                                        + 3/8. * Pi**2*u0/Rd * eta(l)**(1-kappa) * cos(etav(l))**1.5 * Y(ij,l)                    & 
187                                   - 3./16. * Pi**2 * u0 /Rd * eta(l)**(1-kappa) * sin(etav(l))**2 * cos(etav(l))**(-0.5) *Y(ij,l)&
188                                   - 9./8.  * Pi**2 * u0 /Rd * eta(l)**(1-kappa) * sin(etav(l))**2 * cos(etav(l))   &
189                                                                                  * (-2*sin(lat)**6*(cos(lat)**2+1./3.)+10./63.) 
190             dthetaodlat=3./4.*Pi*u0/Rd*eta(l)**(1-kappa)*sin(etav(l))*cos(etav(l))**0.5                                   &
191                         *( 2*u0*cos(etav(l))**1.5 * ( -12 * cos(lat)*sin(lat)**5*(cos(lat)**2+1./3.)+4*cos(lat)*sin(lat)**7) &
192                        + radius*omega*(-24./5. * sin(lat) * cos(lat)**2 * (sin(lat)**2 + 2./3.) + 16./5. * cos(lat)**4 * sin(lat)))
193                         
194             duodeta=-u0 * sin(2*lat)**2 * 3./4.*Pi * cos(etav(l))**0.5 * sin(etav(l))
195           
196             K=sin(latc)*sin(lat)+cos(latc)*cos(lat)*cos(lon-lonc)
197             r=radius*acos(K)
198             vort = -4*u0/radius*cos(etav(l))**1.5 * sin(lat) * cos(lat) * (2.-5.*sin(lat)**2)                  & 
199                    + up0/radius*exp(-(r/(0.1*radius))**2) * (tan(lat)-2*(radius/(0.1*radius))**2 * acos(K) * (sin(latc)*cos(lat) &
200                                                            -cos(latc)*sin(lat)*cos(lon-lonc))/(sqrt(1-K**2)))
201             q(ij,l,2)=ABS(g/preff*(-1./radius*duodeta*dthetaodlat-(2*sin(lat)*omega+vort)*dthetaodeta))
202           ENDDO
203         ENDDO
204       ENDDO       
205
206    ELSE IF (testcase==2) THEN
207   
208      DO l=1,llm
209         DO j=jj_begin,jj_end
210           DO i=ii_begin,ii_end
211             ij=(j-1)*iim+i
212             CALL xyz2lonlat(xyz_i(ij,:)/radius,lon,lat)
213             q(ij,l,1)=q0*exp(-(lat/latw)**4)*exp(-((eta(l)-1)*preff/pw)**2)
214           ENDDO
215         ENDDO
216       ENDDO
217   
218    ENDIF       
219
220       
221  END SUBROUTINE compute_etat0_dcmip4
222 
223END MODULE etat0_dcmip4_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.