source: trunk/src/verttransform_nests.f90 @ 4

Last change on this file since 4 was 4, checked in by mlanger, 10 years ago
File size: 13.3 KB
Line 
1!**********************************************************************
2! Copyright 1998,1999,2000,2001,2002,2005,2007,2008,2009,2010         *
3! Andreas Stohl, Petra Seibert, A. Frank, Gerhard Wotawa,             *
4! Caroline Forster, Sabine Eckhardt, John Burkhart, Harald Sodemann   *
5!                                                                     *
6! This file is part of FLEXPART.                                      *
7!                                                                     *
8! FLEXPART is free software: you can redistribute it and/or modify    *
9! it under the terms of the GNU General Public License as published by*
10! the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or   *
11! (at your option) any later version.                                 *
12!                                                                     *
13! FLEXPART is distributed in the hope that it will be useful,         *
14! but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of      *
15! MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the       *
16! GNU General Public License for more details.                        *
17!                                                                     *
18! You should have received a copy of the GNU General Public License   *
19! along with FLEXPART.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.   *
20!**********************************************************************
21
22subroutine verttransform_nests(n,uuhn,vvhn,wwhn,pvhn)
23  !                               i   i    i    i   i
24  !*****************************************************************************
25  !                                                                            *
26  !     This subroutine transforms temperature, dew point temperature and      *
27  !     wind components from eta to meter coordinates.                         *
28  !     The vertical wind component is transformed from Pa/s to m/s using      *
29  !     the conversion factor pinmconv.                                        *
30  !     In addition, this routine calculates vertical density gradients        *
31  !     needed for the parameterization of the turbulent velocities.           *
32  !     It is similar to verttransform, but makes the transformations for      *
33  !     the nested grids.                                                      *
34  !                                                                            *
35  !     Author: A. Stohl, G. Wotawa                                            *
36  !                                                                            *
37  !     12 August 1996                                                         *
38  !     Update: 16 January 1998                                                *
39  !                                                                            *
40  !     Major update: 17 February 1999                                         *
41  !     by G. Wotawa                                                           *
42  !                                                                            *
43  !     - Vertical levels for u, v and w are put together                      *
44  !     - Slope correction for vertical velocity: Modification of calculation  *
45  !       procedure                                                            *
46  !                                                                            *
47  !*****************************************************************************
48  !  Changes, Bernd C. Krueger, Feb. 2001:       (marked "C-cv")
49  !   Variables tthn and qvhn (on eta coordinates) from common block
50  !*****************************************************************************
51  ! Sabine Eckhardt, March 2007
52  ! add the variable cloud for use with scavenging - descr. in com_mod
53  !*****************************************************************************
54  !                                                                            *
55  ! Variables:                                                                 *
56  ! nxn,nyn,nuvz,nwz                field dimensions in x,y and z direction    *
57  ! uun                             wind components in x-direction [m/s]       *
58  ! vvn                             wind components in y-direction [m/s]       *
59  ! wwn                             wind components in z-direction [deltaeta/s]*
60  ! ttn                             temperature [K]                            *
61  ! pvn                             potential vorticity (pvu)                  *
62  ! psn                             surface pressure [Pa]                      *
63  !                                                                            *
64  !*****************************************************************************
65
66  use par_mod
67  use com_mod
68
69  implicit none
70
71  integer :: ix,jy,kz,iz,n,l,kmin,kl,klp,ix1,jy1,ixp,jyp
72  integer :: rain_cloud_above,kz_inv
73  real :: f_qvsat,pressure,rh,lsp,convp
74  real :: uvzlev(nuvzmax),wzlev(nwzmax),rhoh(nuvzmax),pinmconv(nzmax)
75  real :: uvwzlev(0:nxmaxn-1,0:nymaxn-1,nzmax)
76  real :: ew,pint,tv,tvold,pold,dz1,dz2,dz,ui,vi
77  real :: dzdx,dzdy
78  real :: dzdx1,dzdx2,dzdy1,dzdy2
79  real :: uuhn(0:nxmaxn-1,0:nymaxn-1,nuvzmax,maxnests)
80  real :: vvhn(0:nxmaxn-1,0:nymaxn-1,nuvzmax,maxnests)
81  real :: pvhn(0:nxmaxn-1,0:nymaxn-1,nuvzmax,maxnests)
82  real :: wwhn(0:nxmaxn-1,0:nymaxn-1,nwzmax,maxnests)
83  real,parameter :: const=r_air/ga
84
85
86  ! Loop over all nests
87  !********************
88
89  do l=1,numbnests
90
91  ! Loop over the whole grid
92  !*************************
93
94  do jy=0,nyn(l)-1
95    do ix=0,nxn(l)-1
96
97      tvold=tt2n(ix,jy,1,n,l)*(1.+0.378*ew(td2n(ix,jy,1,n,l))/ &
98           psn(ix,jy,1,n,l))
99      pold=psn(ix,jy,1,n,l)
100      uvzlev(1)=0.
101      wzlev(1)=0.
102      rhoh(1)=pold/(r_air*tvold)
103
104
105  ! Compute heights of eta levels
106  !******************************
107
108      do kz=2,nuvz
109        pint=akz(kz)+bkz(kz)*psn(ix,jy,1,n,l)
110        tv=tthn(ix,jy,kz,n,l)*(1.+0.608*qvhn(ix,jy,kz,n,l))
111        rhoh(kz)=pint/(r_air*tv)
112
113        if (abs(tv-tvold).gt.0.2) then
114          uvzlev(kz)=uvzlev(kz-1)+const*log(pold/pint)* &
115               (tv-tvold)/log(tv/tvold)
116        else
117          uvzlev(kz)=uvzlev(kz-1)+const*log(pold/pint)*tv
118        endif
119
120        tvold=tv
121        pold=pint
122      end do
123
124
125      do kz=2,nwz-1
126        wzlev(kz)=(uvzlev(kz+1)+uvzlev(kz))/2.
127      end do
128      wzlev(nwz)=wzlev(nwz-1)+ &
129           uvzlev(nuvz)-uvzlev(nuvz-1)
130
131  ! NOTE: In FLEXPART versions up to 4.0, the number of model levels was doubled
132  ! upon the transformation to z levels. In order to save computer memory, this is
133  ! not done anymore in the standard version. However, this option can still be
134  ! switched on by replacing the following lines with those below, that are
135  ! currently commented out.
136  ! Note that one change is also necessary in gridcheck.f,
137  ! and three changes in verttransform.f
138  !*****************************************************************************
139      uvwzlev(ix,jy,1)=0.0
140      do kz=2,nuvz
141        uvwzlev(ix,jy,kz)=uvzlev(kz)
142      end do
143
144  ! Switch on following lines to use doubled vertical resolution
145  ! Switch off the three lines above.
146  !*************************************************************
147  !22          uvwzlev(ix,jy,(kz-1)*2)=uvzlev(kz)
148  !     do 23 kz=2,nwz
149  !23          uvwzlev(ix,jy,(kz-1)*2+1)=wzlev(kz)
150  ! End doubled vertical resolution
151
152  ! pinmconv=(h2-h1)/(p2-p1)
153
154      pinmconv(1)=(uvwzlev(ix,jy,2)-uvwzlev(ix,jy,1))/ &
155           ((aknew(2)+bknew(2)*psn(ix,jy,1,n,l))- &
156           (aknew(1)+bknew(1)*psn(ix,jy,1,n,l)))
157      do kz=2,nz-1
158        pinmconv(kz)=(uvwzlev(ix,jy,kz+1)-uvwzlev(ix,jy,kz-1))/ &
159             ((aknew(kz+1)+bknew(kz+1)*psn(ix,jy,1,n,l))- &
160             (aknew(kz-1)+bknew(kz-1)*psn(ix,jy,1,n,l)))
161      end do
162      pinmconv(nz)=(uvwzlev(ix,jy,nz)-uvwzlev(ix,jy,nz-1))/ &
163           ((aknew(nz)+bknew(nz)*psn(ix,jy,1,n,l))- &
164           (aknew(nz-1)+bknew(nz-1)*psn(ix,jy,1,n,l)))
165
166
167  ! Levels, where u,v,t and q are given
168  !************************************
169
170      uun(ix,jy,1,n,l)=uuhn(ix,jy,1,l)
171      vvn(ix,jy,1,n,l)=vvhn(ix,jy,1,l)
172      ttn(ix,jy,1,n,l)=tthn(ix,jy,1,n,l)
173      qvn(ix,jy,1,n,l)=qvhn(ix,jy,1,n,l)
174      pvn(ix,jy,1,n,l)=pvhn(ix,jy,1,l)
175      rhon(ix,jy,1,n,l)=rhoh(1)
176      uun(ix,jy,nz,n,l)=uuhn(ix,jy,nuvz,l)
177      vvn(ix,jy,nz,n,l)=vvhn(ix,jy,nuvz,l)
178      ttn(ix,jy,nz,n,l)=tthn(ix,jy,nuvz,n,l)
179      qvn(ix,jy,nz,n,l)=qvhn(ix,jy,nuvz,n,l)
180      pvn(ix,jy,nz,n,l)=pvhn(ix,jy,nuvz,l)
181      rhon(ix,jy,nz,n,l)=rhoh(nuvz)
182      kmin=2
183      do iz=2,nz-1
184        do kz=kmin,nuvz
185          if(height(iz).gt.uvzlev(nuvz)) then
186            uun(ix,jy,iz,n,l)=uun(ix,jy,nz,n,l)
187            vvn(ix,jy,iz,n,l)=vvn(ix,jy,nz,n,l)
188            ttn(ix,jy,iz,n,l)=ttn(ix,jy,nz,n,l)
189            qvn(ix,jy,iz,n,l)=qvn(ix,jy,nz,n,l)
190            pvn(ix,jy,iz,n,l)=pvn(ix,jy,nz,n,l)
191            rhon(ix,jy,iz,n,l)=rhon(ix,jy,nz,n,l)
192            goto 30
193          endif
194          if ((height(iz).gt.uvzlev(kz-1)).and. &
195               (height(iz).le.uvzlev(kz))) then
196           dz1=height(iz)-uvzlev(kz-1)
197           dz2=uvzlev(kz)-height(iz)
198           dz=dz1+dz2
199           uun(ix,jy,iz,n,l)=(uuhn(ix,jy,kz-1,l)*dz2+ &
200                uuhn(ix,jy,kz,l)*dz1)/dz
201           vvn(ix,jy,iz,n,l)=(vvhn(ix,jy,kz-1,l)*dz2+ &
202                vvhn(ix,jy,kz,l)*dz1)/dz
203           ttn(ix,jy,iz,n,l)=(tthn(ix,jy,kz-1,n,l)*dz2+ &
204                tthn(ix,jy,kz,n,l)*dz1)/dz
205           qvn(ix,jy,iz,n,l)=(qvhn(ix,jy,kz-1,n,l)*dz2+ &
206                qvhn(ix,jy,kz,n,l)*dz1)/dz
207           pvn(ix,jy,iz,n,l)=(pvhn(ix,jy,kz-1,l)*dz2+ &
208                pvhn(ix,jy,kz,l)*dz1)/dz
209           rhon(ix,jy,iz,n,l)=(rhoh(kz-1)*dz2+rhoh(kz)*dz1)/dz
210           kmin=kz
211           goto 30
212          endif
213        end do
21430      continue
215      end do
216
217
218  ! Levels, where w is given
219  !*************************
220
221      wwn(ix,jy,1,n,l)=wwhn(ix,jy,1,l)*pinmconv(1)
222      wwn(ix,jy,nz,n,l)=wwhn(ix,jy,nwz,l)*pinmconv(nz)
223      kmin=2
224      do iz=2,nz
225        do kz=kmin,nwz
226          if ((height(iz).gt.wzlev(kz-1)).and. &
227               (height(iz).le.wzlev(kz))) then
228           dz1=height(iz)-wzlev(kz-1)
229           dz2=wzlev(kz)-height(iz)
230           dz=dz1+dz2
231           wwn(ix,jy,iz,n,l)=(wwhn(ix,jy,kz-1,l)*pinmconv(kz-1)*dz2 &
232                +wwhn(ix,jy,kz,l)*pinmconv(kz)*dz1)/dz
233           kmin=kz
234           goto 40
235          endif
236        end do
23740      continue
238      end do
239
240  ! Compute density gradients at intermediate levels
241  !*************************************************
242
243      drhodzn(ix,jy,1,n,l)=(rhon(ix,jy,2,n,l)-rhon(ix,jy,1,n,l))/ &
244           (height(2)-height(1))
245      do kz=2,nz-1
246        drhodzn(ix,jy,kz,n,l)=(rhon(ix,jy,kz+1,n,l)- &
247             rhon(ix,jy,kz-1,n,l))/(height(kz+1)-height(kz-1))
248      end do
249      drhodzn(ix,jy,nz,n,l)=drhodzn(ix,jy,nz-1,n,l)
250
251    end do
252  end do
253
254
255  !****************************************************************
256  ! Compute slope of eta levels in windward direction and resulting
257  ! vertical wind correction
258  !****************************************************************
259
260  do jy=1,nyn(l)-2
261    do ix=1,nxn(l)-2
262
263      kmin=2
264      do iz=2,nz-1
265
266        ui=uun(ix,jy,iz,n,l)*dxconst*xresoln(l)/ &
267             cos((real(jy)*dyn(l)+ylat0n(l))*pi180)
268        vi=vvn(ix,jy,iz,n,l)*dyconst*yresoln(l)
269
270        do kz=kmin,nz
271          if ((height(iz).gt.uvwzlev(ix,jy,kz-1)).and. &
272               (height(iz).le.uvwzlev(ix,jy,kz))) then
273            dz1=height(iz)-uvwzlev(ix,jy,kz-1)
274            dz2=uvwzlev(ix,jy,kz)-height(iz)
275            dz=dz1+dz2
276            kl=kz-1
277            klp=kz
278            kmin=kz
279            goto 47
280          endif
281        end do
282
28347      ix1=ix-1
284        jy1=jy-1
285        ixp=ix+1
286        jyp=jy+1
287
288        dzdx1=(uvwzlev(ixp,jy,kl)-uvwzlev(ix1,jy,kl))/2.
289        dzdx2=(uvwzlev(ixp,jy,klp)-uvwzlev(ix1,jy,klp))/2.
290        dzdx=(dzdx1*dz2+dzdx2*dz1)/dz
291
292        dzdy1=(uvwzlev(ix,jyp,kl)-uvwzlev(ix,jy1,kl))/2.
293        dzdy2=(uvwzlev(ix,jyp,klp)-uvwzlev(ix,jy1,klp))/2.
294        dzdy=(dzdy1*dz2+dzdy2*dz1)/dz
295
296        wwn(ix,jy,iz,n,l)=wwn(ix,jy,iz,n,l)+(dzdx*ui+dzdy*vi)
297
298      end do
299
300    end do
301  end do
302
303
304  !write (*,*) 'initializing nested cloudsn, n:',n
305  !   create a cloud and rainout/washout field, cloudsn occur where rh>80%
306  do jy=0,nyn(l)-1
307    do ix=0,nxn(l)-1
308      rain_cloud_above=0
309      lsp=lsprecn(ix,jy,1,n,l)
310      convp=convprecn(ix,jy,1,n,l)
311      cloudsnh(ix,jy,n,l)=0
312      do kz_inv=1,nz-1
313         kz=nz-kz_inv+1
314         pressure=rhon(ix,jy,kz,n,l)*r_air*ttn(ix,jy,kz,n,l)
315         rh=qvn(ix,jy,kz,n,l)/f_qvsat(pressure,ttn(ix,jy,kz,n,l))
316         cloudsn(ix,jy,kz,n,l)=0
317         if (rh.gt.0.8) then ! in cloud
318            if ((lsp.gt.0.01).or.(convp.gt.0.01)) then
319               rain_cloud_above=1
320               cloudsnh(ix,jy,n,l)=cloudsnh(ix,jy,n,l)+ &
321                    height(kz)-height(kz-1)
322               if (lsp.ge.convp) then
323                  cloudsn(ix,jy,kz,n,l)=3 ! lsp dominated rainout
324               else
325                  cloudsn(ix,jy,kz,n,l)=2 ! convp dominated rainout
326               endif
327            else ! no precipitation
328                  cloudsn(ix,jy,kz,n,l)=1 ! cloud
329            endif
330         else ! no cloud
331            if (rain_cloud_above.eq.1) then ! scavenging
332               if (lsp.ge.convp) then
333                  cloudsn(ix,jy,kz,n,l)=5 ! lsp dominated washout
334               else
335                  cloudsn(ix,jy,kz,n,l)=4 ! convp dominated washout
336               endif
337            endif
338         endif
339      end do
340    end do
341  end do
342
343  end do
344
345end subroutine verttransform_nests
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.
hosted by ZAMG