| 1 | MODULE physics_dcmip2016_mod |
|---|
| 2 | USE ICOSA |
|---|
| 3 | PRIVATE |
|---|
| 4 | |
|---|
| 5 | INTEGER,SAVE :: testcase |
|---|
| 6 | !$OMP THREADPRIVATE(testcase) |
|---|
| 7 | |
|---|
| 8 | TYPE(t_field),POINTER :: f_out_i(:) |
|---|
| 9 | REAL(rstd),POINTER :: out_i(:,:) |
|---|
| 10 | |
|---|
| 11 | TYPE(t_field),POINTER :: f_precl(:) |
|---|
| 12 | REAL(rstd),ALLOCATABLE :: precl_packed(:) |
|---|
| 13 | |
|---|
| 14 | TYPE(t_field),POINTER :: f_Q1(:) |
|---|
| 15 | TYPE(t_field),POINTER :: f_Q2(:) |
|---|
| 16 | TYPE(t_field),POINTER :: f_PS(:) |
|---|
| 17 | TYPE(t_field),POINTER :: f_rhodz(:) |
|---|
| 18 | TYPE(t_field),POINTER :: f_Q1_col_int(:) |
|---|
| 19 | TYPE(t_field),POINTER :: f_Q2_col_int(:) |
|---|
| 20 | PUBLIC :: init_physics, full_physics, write_physics |
|---|
| 21 | |
|---|
| 22 | INTEGER, PARAMETER :: dry_baroclinic=0 |
|---|
| 23 | INTEGER, PARAMETER :: moist_baroclinic_full=1 |
|---|
| 24 | INTEGER, PARAMETER :: moist_baroclinic_kessler=2 |
|---|
| 25 | INTEGER, PARAMETER :: cyclone=3 |
|---|
| 26 | INTEGER, PARAMETER :: supercell=4 |
|---|
| 27 | |
|---|
| 28 | LOGICAL,SAVE :: PBL ! boundary layer |
|---|
| 29 | ! True : George Bryan |
|---|
| 30 | ! False : Reed & Jablonowsi |
|---|
| 31 | !$OMP THREADPRIVATE(PBL) |
|---|
| 32 | CONTAINS |
|---|
| 33 | |
|---|
| 34 | SUBROUTINE init_physics |
|---|
| 35 | USE physics_interface_mod |
|---|
| 36 | USE omp_para |
|---|
| 37 | IMPLICIT NONE |
|---|
| 38 | INTEGER :: ngrid |
|---|
| 39 | CHARACTER(LEN=255) :: testcase_str |
|---|
| 40 | |
|---|
| 41 | testcase_str='undefined' |
|---|
| 42 | CALL getin("physics_dcmip2016",testcase_str) |
|---|
| 43 | |
|---|
| 44 | SELECT CASE (TRIM(testcase_str)) |
|---|
| 45 | CASE ('dry_baroclinic') |
|---|
| 46 | testcase=dry_baroclinic |
|---|
| 47 | CASE ('moist_baroclinic_full') |
|---|
| 48 | testcase=moist_baroclinic_full |
|---|
| 49 | CASE ('moist_baroclinic_kessler') |
|---|
| 50 | testcase=moist_baroclinic_kessler |
|---|
| 51 | CASE ('cyclone') |
|---|
| 52 | testcase=cyclone |
|---|
| 53 | CASE ('supercell') |
|---|
| 54 | testcase=supercell |
|---|
| 55 | CASE DEFAULT |
|---|
| 56 | PRINT*, 'Bad selector for dcmip2016 test case <', testcase_str, & |
|---|
| 57 | '> options are <dry_baroclinic>, <moist_baroclinic_full>, <moist_baroclinic_kessler>, <cyclone>, <supercell>' |
|---|
| 58 | STOP |
|---|
| 59 | END SELECT |
|---|
| 60 | |
|---|
| 61 | PBL=.FALSE. |
|---|
| 62 | CALL getin("physics_dcmip2016_PBL",PBL) |
|---|
| 63 | IF(is_master) THEN |
|---|
| 64 | IF(PBL) THEN |
|---|
| 65 | PRINT *, 'PBL=.TRUE., Bryan PBL activated' |
|---|
| 66 | ELSE |
|---|
| 67 | PRINT *, 'PBL=.FALSE., Reed & Jablonowski PBL activated' |
|---|
| 68 | END IF |
|---|
| 69 | END IF |
|---|
| 70 | |
|---|
| 71 | ngrid = physics_inout%ngrid |
|---|
| 72 | ! Input |
|---|
| 73 | ALLOCATE(physics_inout%Ai(ngrid)) |
|---|
| 74 | ALLOCATE(physics_inout%lon(ngrid)) |
|---|
| 75 | ALLOCATE(physics_inout%lat(ngrid)) |
|---|
| 76 | ALLOCATE(physics_inout%phis(ngrid)) |
|---|
| 77 | ALLOCATE(physics_inout%p(ngrid,llm+1)) |
|---|
| 78 | ALLOCATE(physics_inout%pk(ngrid,llm)) |
|---|
| 79 | ALLOCATE(physics_inout%Temp(ngrid,llm)) |
|---|
| 80 | ALLOCATE(physics_inout%ulon(ngrid,llm)) |
|---|
| 81 | ALLOCATE(physics_inout%ulat(ngrid,llm)) |
|---|
| 82 | ALLOCATE(physics_inout%q(ngrid,llm,nqtot)) |
|---|
| 83 | ! Output (tendencies) |
|---|
| 84 | ALLOCATE(physics_inout%dTemp(ngrid,llm)) |
|---|
| 85 | ALLOCATE(physics_inout%dulon(ngrid,llm)) |
|---|
| 86 | ALLOCATE(physics_inout%dulat(ngrid,llm)) |
|---|
| 87 | ALLOCATE(physics_inout%dq(ngrid,llm,nqtot)) |
|---|
| 88 | ! Physics-specific data |
|---|
| 89 | ALLOCATE(precl_packed(ngrid)) |
|---|
| 90 | CALL allocate_field(f_precl, field_t,type_real) |
|---|
| 91 | CALL allocate_field(f_Q1, field_t,type_real,llm) |
|---|
| 92 | CALL allocate_field(f_Q2, field_t,type_real,llm) |
|---|
| 93 | CALL allocate_field(f_PS, field_t,type_real) |
|---|
| 94 | CALL allocate_field(f_rhodz, field_t,type_real,llm) |
|---|
| 95 | CALL allocate_field(f_Q1_col_int, field_t,type_real) |
|---|
| 96 | CALL allocate_field(f_Q2_col_int, field_t,type_real) |
|---|
| 97 | |
|---|
| 98 | PRINT *, 'init_physics_new', SIZE(physics_inout%Ai) |
|---|
| 99 | END SUBROUTINE init_physics |
|---|
| 100 | |
|---|
| 101 | SUBROUTINE full_physics |
|---|
| 102 | USE physics_interface_mod |
|---|
| 103 | CALL compute_physics(physics_inout%ngrid, physics_inout%dt_phys, & |
|---|
| 104 | physics_inout%lon, physics_inout%lat, physics_inout%p, physics_inout%pk, physics_inout%Temp, & |
|---|
| 105 | physics_inout%ulon, physics_inout%ulat, physics_inout%q(:,:,1:5), & |
|---|
| 106 | physics_inout%dTemp, physics_inout%dulon, physics_inout%dulat, & |
|---|
| 107 | physics_inout%dq(:,:,1:5), precl_packed) |
|---|
| 108 | END SUBROUTINE full_physics |
|---|
| 109 | |
|---|
| 110 | SUBROUTINE write_physics |
|---|
| 111 | USE output_field_mod |
|---|
| 112 | USE physics_interface_mod |
|---|
| 113 | use disvert_mod |
|---|
| 114 | REAL(rstd), POINTER :: Q1(:,:) |
|---|
| 115 | REAL(rstd), POINTER :: Q2(:,:) |
|---|
| 116 | REAL(rstd), POINTER :: PS(:) |
|---|
| 117 | REAL(rstd), POINTER :: rhodz(:,:) |
|---|
| 118 | REAL(rstd), POINTER :: Q1_col_int(:) |
|---|
| 119 | REAL(rstd), POINTER :: Q2_col_int(:) |
|---|
| 120 | |
|---|
| 121 | |
|---|
| 122 | CALL unpack_field(f_precl, precl_packed) |
|---|
| 123 | CALL output_field("precl",f_precl) |
|---|
| 124 | |
|---|
| 125 | CALL unpack_field(f_Q1,physics_inout%q(:,:,4)) |
|---|
| 126 | CALL unpack_field(f_Q2,physics_inout%q(:,:,5)) |
|---|
| 127 | CALL unpack_field(f_ps,physics_inout%p(:,1)) |
|---|
| 128 | |
|---|
| 129 | DO ind=1,ndomain |
|---|
| 130 | IF (.NOT. assigned_domain(ind)) CYCLE |
|---|
| 131 | Q1=f_Q1(ind) |
|---|
| 132 | Q2=f_Q2(ind) |
|---|
| 133 | Q1_col_int=f_Q1_col_int(ind) |
|---|
| 134 | Q2_col_int=f_Q2_col_int(ind) |
|---|
| 135 | PS=f_PS(ind) |
|---|
| 136 | rhodz=f_rhodz(ind) |
|---|
| 137 | DO l=1,llm |
|---|
| 138 | rhodz(:,l)= ( ap(l)-ap(l+1) + (bp(l)-bp(l+1))*ps(:) )/g |
|---|
| 139 | ENDDO |
|---|
| 140 | Q1_col_int=SUM(Q1*rhodz,2)/SUM(rhodz,2) |
|---|
| 141 | Q2_col_int=SUM(Q2*rhodz,2)/SUM(rhodz,2) |
|---|
| 142 | ENDDO |
|---|
| 143 | |
|---|
| 144 | CALL output_field("Q1_col_int",f_Q1_col_int) |
|---|
| 145 | CALL output_field("Q2_col_int",f_Q2_col_int) |
|---|
| 146 | |
|---|
| 147 | END SUBROUTINE write_physics |
|---|
| 148 | |
|---|
| 149 | SUBROUTINE compute_physics(ngrid,dt_phys,lon, lat, p, pk, Temp,u,v,q, dTemp,du,dv,dq, precl) |
|---|
| 150 | USE icosa |
|---|
| 151 | USE dcmip2016_simple_physics_mod |
|---|
| 152 | USE dcmip2016_kessler_physic_mod |
|---|
| 153 | USE earth_const |
|---|
| 154 | USE terminator |
|---|
| 155 | IMPLICIT NONE |
|---|
| 156 | INTEGER :: ngrid |
|---|
| 157 | REAL(rstd) :: lat(ngrid) |
|---|
| 158 | REAL(rstd) :: lon(ngrid) |
|---|
| 159 | REAL(rstd) :: ps(ngrid) |
|---|
| 160 | REAL(rstd) :: precl(ngrid) |
|---|
| 161 | ! arguments with bottom-up indexing (DYNAMICO) |
|---|
| 162 | REAL(rstd) :: p(ngrid,llm+1) |
|---|
| 163 | REAL(rstd) :: pk(ngrid,llm) |
|---|
| 164 | REAL(rstd) :: Temp(ngrid,llm) |
|---|
| 165 | REAL(rstd) :: u(ngrid,llm) |
|---|
| 166 | REAL(rstd) :: v(ngrid,llm) |
|---|
| 167 | REAL(rstd) :: q(ngrid,llm,5) |
|---|
| 168 | REAL(rstd) :: dTemp(ngrid,llm) |
|---|
| 169 | REAL(rstd) :: du(ngrid,llm) |
|---|
| 170 | REAL(rstd) :: dv(ngrid,llm) |
|---|
| 171 | REAL(rstd) :: dq(ngrid,llm,5) |
|---|
| 172 | ! local arrays with top-down vertical indexing (DCMIP) |
|---|
| 173 | REAL(rstd) :: pint(ngrid,llm+1) |
|---|
| 174 | REAL(rstd) :: pmid(ngrid,llm) |
|---|
| 175 | REAL(rstd) :: pdel(ngrid,llm) |
|---|
| 176 | REAL(rstd) :: Tfi(ngrid,llm) |
|---|
| 177 | REAL(rstd) :: ufi(ngrid,llm) |
|---|
| 178 | REAL(rstd) :: vfi(ngrid,llm) |
|---|
| 179 | REAL(rstd) :: qfi(ngrid,llm,5) |
|---|
| 180 | |
|---|
| 181 | REAL(rstd) :: rho(llm), z(llm), theta(llm), qv(llm),qc(llm),qr(llm) |
|---|
| 182 | REAL(rstd) :: lastz |
|---|
| 183 | REAL(rstd) :: dcl1,dcl2 |
|---|
| 184 | INTEGER :: l,ll,ij |
|---|
| 185 | REAL(rstd) :: dt_phys, inv_dt |
|---|
| 186 | INTEGER :: simple_physic_testcase |
|---|
| 187 | |
|---|
| 188 | ! prepare input fields and mirror vertical index |
|---|
| 189 | ps(:) = p(:,1) ! surface pressure |
|---|
| 190 | |
|---|
| 191 | DO l=1,llm+1 |
|---|
| 192 | DO ij=1,ngrid |
|---|
| 193 | pint(ij,l)=p(ij,llm+2-l) |
|---|
| 194 | ENDDO |
|---|
| 195 | ENDDO |
|---|
| 196 | |
|---|
| 197 | DO l=1,llm |
|---|
| 198 | ll=llm+1-l |
|---|
| 199 | DO ij=1,ngrid |
|---|
| 200 | pmid(ij,l)=0.5*(pint(ij,l)+pint(ij,l+1)) ! Pressure inside layers |
|---|
| 201 | pdel(ij,l)=pint(ij,l+1)-pint(ij,l) ! Pressure difference between two layers |
|---|
| 202 | ufi(ij,l)=u(ij,ll) |
|---|
| 203 | vfi(ij,l)=v(ij,ll) |
|---|
| 204 | qfi(ij,l,:)=q(ij,ll,:) |
|---|
| 205 | IF (physics_thermo==thermo_fake_moist) THEN |
|---|
| 206 | Tfi(ij,l)=Temp(ij,ll)/(1+0.608*qfi(ij,l,1)) |
|---|
| 207 | ELSE |
|---|
| 208 | Tfi(ij,l)=Temp(ij,ll) |
|---|
| 209 | ENDIF |
|---|
| 210 | ENDDO |
|---|
| 211 | ENDDO |
|---|
| 212 | |
|---|
| 213 | precl=0. |
|---|
| 214 | IF (testcase==moist_baroclinic_full .OR. testcase==cyclone ) THEN |
|---|
| 215 | IF (testcase==moist_baroclinic_full) simple_physic_testcase=1 |
|---|
| 216 | IF (testcase==cyclone) simple_physic_testcase=0 |
|---|
| 217 | CALL simple_physics(ngrid, llm, dt_phys, lat, tfi, qfi(:,:,1) , ufi, vfi, pmid, pint, pdel, 1./pdel, ps, precl, & |
|---|
| 218 | simple_physic_testcase, .FALSE., PBL) |
|---|
| 219 | ENDIF |
|---|
| 220 | |
|---|
| 221 | |
|---|
| 222 | IF (testcase==moist_baroclinic_full .OR. testcase==moist_baroclinic_kessler .OR. testcase==cyclone .OR. testcase==supercell ) THEN |
|---|
| 223 | DO ij=1,ngrid |
|---|
| 224 | lastz=0 |
|---|
| 225 | DO l=1,llm |
|---|
| 226 | ll=llm+1-l |
|---|
| 227 | rho(l) = pmid(ij,ll)/(287*Temp(ij,l)) |
|---|
| 228 | z(l)=lastz |
|---|
| 229 | lastz=lastz+ (p(ij,l)-p(ij,l+1)) /g / rho(l) |
|---|
| 230 | theta(l)= Tfi(ij,ll) / ( pk(ij,l) / cpp) |
|---|
| 231 | ENDDO |
|---|
| 232 | |
|---|
| 233 | DO l=1,llm-1 |
|---|
| 234 | z(l)= 0.5*(z(l)+z(l+1)) |
|---|
| 235 | ENDDO |
|---|
| 236 | z(llm)=z(llm)+(z(llm)-z(llm-1)) |
|---|
| 237 | |
|---|
| 238 | qv(:)=max(qfi(ij,llm:1:-1,1),0.) |
|---|
| 239 | qc(:)=max(qfi(ij,llm:1:-1,2),0.) |
|---|
| 240 | qr(:)=max(qfi(ij,llm:1:-1,3),0.) |
|---|
| 241 | |
|---|
| 242 | CALL KESSLER(theta(:), qv, qc, qr, rho(:), & |
|---|
| 243 | pk(ij,:)/cpp, dt_phys, z(:), llm, precl(ij)) |
|---|
| 244 | |
|---|
| 245 | |
|---|
| 246 | DO l=1,llm |
|---|
| 247 | ll=llm+1-l |
|---|
| 248 | Tfi(ij,ll) = theta(l) * ( pk(ij,l) / cpp) |
|---|
| 249 | ENDDO |
|---|
| 250 | |
|---|
| 251 | qfi(ij,:,1)=qv(llm:1:-1) |
|---|
| 252 | qfi(ij,:,2)=qc(llm:1:-1) |
|---|
| 253 | qfi(ij,:,3)=qr(llm:1:-1) |
|---|
| 254 | |
|---|
| 255 | ENDDO |
|---|
| 256 | ENDIF |
|---|
| 257 | |
|---|
| 258 | DO l=1,llm |
|---|
| 259 | ll=llm+1-l |
|---|
| 260 | DO ij=1,ngrid |
|---|
| 261 | CALL tendency_terminator( lat(ij), lon(ij), qfi(ij,ll,4), qfi(ij,ll,5), dt_phys, dcl1, dcl2) |
|---|
| 262 | qfi(ij,ll,4)=qfi(ij,ll,4)+ dt_phys*dcl1 |
|---|
| 263 | qfi(ij,ll,5)=qfi(ij,ll,5)+ dt_phys*dcl2 |
|---|
| 264 | ENDDO |
|---|
| 265 | ENDDO |
|---|
| 266 | |
|---|
| 267 | |
|---|
| 268 | ! Mirror vertical index and compute tendencies |
|---|
| 269 | inv_dt = 1./dt_phys |
|---|
| 270 | DO l=1,llm |
|---|
| 271 | ll=llm+1-l |
|---|
| 272 | DO ij=1,ngrid |
|---|
| 273 | IF (physics_thermo==thermo_fake_moist) THEN |
|---|
| 274 | dTemp(ij,l) = inv_dt * ( Tfi(ij,ll)*(1+0.608*qfi(ij,ll,1)) - Temp(ij,l) ) |
|---|
| 275 | ELSE |
|---|
| 276 | dTemp(ij,l) = inv_dt * ( Tfi(ij,ll) - Temp(ij,l) ) |
|---|
| 277 | ENDIF |
|---|
| 278 | |
|---|
| 279 | du(ij,l) = inv_dt * (ufi(ij,ll) - u(ij,l)) |
|---|
| 280 | dv(ij,l) = inv_dt * (vfi(ij,ll) - v(ij,l)) |
|---|
| 281 | dq(ij,l,:) = inv_dt * (qfi(ij,ll,:) - q(ij,l,:)) |
|---|
| 282 | ENDDO |
|---|
| 283 | ENDDO |
|---|
| 284 | |
|---|
| 285 | END SUBROUTINE compute_physics |
|---|
| 286 | |
|---|
| 287 | END MODULE physics_dcmip2016_mod |
|---|
| 288 | |
|---|
| 289 | |
|---|
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