basicenv_old2.f90

Path: env/basicenv_old2.f90
Last Update: Thu Mar 03 13:31:19 +0900 2011

Subroutine BasicEnv

Authors:SUGIYAMA Koichiro, ODAKA Masatsugu
Version:$Id: basicenv_old2.f90,v 1.1 2011-02-23 17:32:46 yamasita Exp $
Tag Name:$Name: $
Copyright:Copyright (C) GFD Dennou Club, 2006. All rights reserved.
License:See COPYRIGHT

Overview

デフォルトの基本場を設定するための変数参照型モジュール

  * BasicEnvFile_init: 基本場の値を netCDF ファイルから取得
  * BasicEnvCalc_Init: 基本場の情報を Namelist から取得して値を計算

Error Handling

Known Bugs

Note

Future Plans

Required files

Methods

BasicEnv  

Included Modules

dc_message gridset basicset Boundary ECCM cloudset ChemData

Public Instance methods

Subroutine :

デフォルトの基本場を設定するためのサブルーチン. 基本場を計算し, BasicSet モジュールの値を初期化する.

コンパイルの順序の問題から, 基本場の値(hogeBasicZ な変数)を 計算する部分をBasicSet モジュールから切り離している. ECCM 始め, BasicSet 自体に依存するが hogeBasicZ は use しない 外部サブルーチンを利用するためである.

[Source]

subroutine BasicEnv()
  !
  !デフォルトの基本場を設定するためのサブルーチン. 
  !基本場を計算し, BasicSet モジュールの値を初期化する. 
  !
  !コンパイルの順序の問題から, 基本場の値(hogeBasicZ な変数)を
  !計算する部分をBasicSet モジュールから切り離している. 
  !ECCM 始め, BasicSet 自体に依存するが hogeBasicZ は use しない
  !外部サブルーチンを利用するためである. 
  !

  !モジュール読み込み
  use dc_message, only: MessageNotify

  use gridset,  only: DimXMin, RegXMin, DimXMax, RegXMax, DimZMin, RegZMin, DimZMax, RegZMax, SpcNum, s_Z, DelZ            !Z 方向の格子点間隔
  use basicset, only: BasicSetArray_Init, PressBasis, GasRDry, CpDry, CvDry, MolWtDry, Grav, SpcWetMolFr, MolWtWet, EnvType, Tropopause, GasRUniv, Humidity, TempStrat, Dhight, TempSfc, PressSfc
  use Boundary, only: BoundaryXCyc_xz, BoundaryZSym_xz, BoundaryXCyc_xza, BoundaryZSym_xza   !  
  use ECCM,     only: ECCM_Dry, ECCM_Wet
  use cloudset, only: SatRtWetAdia
  use ChemData, only: ChemData_SVapPress_AntoineA, ChemData_SVapPress_AntoineB
  
  !暗黙の型宣言禁止
  implicit none

  !変数の定義
  real(8) :: xz_DensBasicZ(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax)
  real(8) :: xz_PressBasicZ(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax)
  real(8) :: xz_ExnerBasicZ(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax)
  real(8) :: xz_TempBasicZ(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax)
  real(8) :: xz_PotTempBasicZ(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax)
  real(8) :: xz_VelSoundBasicZ(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax)
  real(8) :: xza_MixRtBasicZ(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax, SpcNum)
  real(8) :: xz_EffMolWtBasicZ(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax)
  real(8) :: z_TempBasicZ(DimZMin:DimZMax)
  real(8) :: z_PressBasicZ(DimZMin:DimZMax)
  real(8) :: MolFrIni(SpcNum)
  real(8) :: xza_MolFr(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax, SpcNum)
  real(8) :: za_MolFr(DimZMin:DimZMax, SpcNum)
  real(8) :: xza_MixRtDivMolWt(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax, SpcNum)
  real(8) :: z_DTempDZ(DimZMin:DimZMax)
  real(8) :: z_MolWtMean(DimZMin:DimZMax)
  real(8) :: DTempDZ
  real(8) :: Weight
  real(8) :: xz_TempAdia(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax)
                                     ! 乾燥断熱線に沿った温度
  real(8) :: xz_TempSat(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax)
                                     ! 凝結線に沿った温度
  real(8) :: xz_TempIso(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax)
                                     ! 等温線に沿った温度
  real(8) :: xz_Z(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax)
                                     ! 2D 座標
  real(8) :: Temp_0, Temp_1, Press_0, Press_1
                 ! 乾燥断熱線と湿潤断熱線とが交わる高度を反復法で求める
                 ! 際に用いる作業変数
  real(8) :: Work
  real(8) :: LCL ! 乾燥断熱線と湿潤断熱線が交わる高度
  real(8) :: LTP ! 湿潤断熱線と等温線が交わる高度
  integer :: i, k, s

  !---------------------------------------------------------------
  ! 配列の初期化
  !---------------------------------------------------------------
  xz_PressBasicZ    = 0.0d0
  xz_ExnerBasicZ    = 0.0d0
  xz_TempBasicZ     = 0.0d0
  xz_PotTempBasicZ  = 0.0d0
  xz_VelSoundBasicZ = 0.0d0
  xza_MixRtBasicZ   = 0.0d0
  xz_EffMolWtBasicZ = 0.0d0
!  z_TempBasicZ      = 0.0d0
  z_TempBasicZ      = TempSfc
  z_PressBasicZ     = 0.0d0
  za_MolFr          = 0.0d0

  ! 座標の初期化
    do k = DimZMin, DimZMax
       xz_Z(:,k) = s_Z(k)
    end do

  !---------------------------------------------------------------
  ! EnvType を元に, 温度, 圧力, 組成を決める
  !---------------------------------------------------------------
  MolFrIni = SpcWetMolFr(1:SpcNum) 

  !場合分け. Dry なら乾燥断熱的に, Wet なら湿潤断熱的な初期場を決める
  select case(EnvType)
  case("Dry")
    call ECCM_Dry( MolFrIni, Humidity, z_TempBasicZ, z_PressBasicZ, z_MolWtMean, za_MolFr )
  case("Wet")
    call ECCM_Wet( MolFrIni, Humidity, z_TempBasicZ, z_PressBasicZ, z_MolWtMean, za_MolFr )

  end select

!  do k = RegZMin+1, DimZMax-1     
!    z_DTempDZ(k) = (z_TempBasicZ(k) - z_TempBasicZ(k-1)) / DelZ
!  end do
!  
!  ! 対流圏界面より上の扱い
!  !   圏界面より上は等温大気とする. 等温位大気から等温大気への遷移は 
!  !   tanh を用いてなめらかにつなぐ
!  do k = RegZMin+1, DimZMax
!    
!    !重みつけの関数を用意. tanh を用いる
!    Weight = ( tanh( (s_Z(k) - tropopause ) / Dhight ) + 1.0d0 ) * 5.0d-1
!    
!    !仮値として温度を計算する. 圏界面より上では TempStrat の等温大気に近づける
!    z_TempBasicZ(k) = z_TempBasicZ(k) * ( 1.0d0 - Weight ) + TempStrat * Weight
!    
!    !温度減率が断熱温度減率より小さくならないように
!    DTempDZ = &
!      & max( z_DTempDZ(k), (z_TempBasicZ(k) - z_TempBasicZ(k-1)) / DelZ )
!
!    !基本場の温度を決める
!    !z_TempBasicZ(k) = z_TempBasicZ(k-1) + DTempDZ * DelZ 
!    !z_TempBasicZ(k) = z_TempBasicZ(k-1) - (Grav / CpDry) * DelZ
!    !z_TempBasicZ(k) = 300.0d0
!    !z_TempBasicZ(k) = 280.0d0 + 0.8d0 * tanh((s_Z(k) - 250.0d0 )/ 25.0d0)
!
!    !圧力を静水圧平衡から計算
!    z_PressBasicZ(k) =                                                    &
!      &  z_PressBasicZ(k-1) * ( ( z_TempBasicZ(k-1) / z_TempBasicZ(k) )   &
!      &    ** (Grav * z_MolWtMean(k) / ( DTempDZ * GasRUniv ) ) )
!     z_PressBasicZ(k) =                                                     &
!       &  PressBasis * exp(- Grav * s_Z(k) / (GasRDry * z_TempBasicZ(k) ) )
!    ! 
!    ! z_PressBasicZ(k) =                                                     &
!    !   &  PressBasis * exp(- Grav * s_Z(k) /                                &
!    !  ((CpDry - CvDry) * z_TempBasicZ(k) ) )
!  end do





! 北守修論計算の基本場設定(極冠周縁での典型的温度プロファイル)

       xz_TempAdia = TempSfc - Grav * xz_Z / CpDry
       xz_TempIso  = 135.0d0

       Work = Grav / CpDry
       write(*,*) Work, CpDry

       !--- 乾燥断熱線, 湿潤断熱線, 等温線が交わる高度を計算し,
       !--- 各領域で成り立つ式を用いて温度, 圧力を計算

       !--- 乾燥断熱線と湿潤断熱線が交わる高度(LCL)を反復法で計算
       Press_0 = PressSfc
       Temp_0 = TempSfc
       do
         Temp_1 = ChemData_SVapPress_AntoineB(12) / (ChemData_SVapPress_AntoineA(12) - dlog(Press_0/SatRtWetAdia))
         Press_1 = PressSfc*(Temp_1/TempSfc)**(CpDry / GasRDry)
         if (abs(Temp_1 - Temp_0) < epsilon(0.0d0)) then
            LCL = TempSfc * CpDry / Grav * (1.0d0 - (Press_1/PressSfc)**( GasRDry/CpDry ))
           exit
         else
           Temp_0 = Temp_1
           Press_0 = Press_1
         end if
       end do

       !--- 湿潤断熱線と等温線が交わる高度(LTP)を計算
       LTP = LCL + GasRDry * ChemData_SVapPress_AntoineB(12) / Grav * dlog(Temp_1/xz_TempIso(1,1))

       !--- LCL, LTP の値を表示.
        write(*,*) 'LCL', LCL
        write(*,*) 'LTP', LTP

       !--- 温度, (圧力), 無次元圧力分布を計算する
!      do k = DimZMin, DimZMax
       do k = RegZMin, RegZMax
         if (s_Z(k) < LCL) then           ! 乾燥断熱線
           xz_TempBasicZ(:,k) = TempSfc - Grav/CpDry * xz_Z (:,k)
           xz_PressBasicZ(:,k) = PressSfc*(xz_TempBasicZ(:,k)/TempSfc)**(CpDry /GasRDry)
           xz_ExnerBasicZ(:,k) = xz_TempBasicZ(:,k)/TempSfc
         else if (s_Z(k) > LTP) then      ! 等温線
           xz_TempBasicZ(:,k) = xz_TempIso(:,k)
           xz_PressBasicZ(:,k) = exp(ChemData_SVapPress_AntoineA(12) - ChemData_SVapPress_AntoineB(12)/xz_TempIso(:,k)) * exp(-Grav*(xz_Z(:,k) - LTP)/(GasRDry*xz_TempIso(:,k)))
           xz_ExnerBasicZ(:,k) = exp(GasRDry/CpDry *(ChemData_SVapPress_AntoineA(12) - ChemData_SVapPress_AntoineB(12)/xz_TempIso(:,k))) * exp(-Grav*(xz_Z(:,k) - LTP) /(CpDry*xz_TempIso(:,k))) / PressSfc**(GasRDry/CpDry)
         else                             ! 湿潤断熱線
           xz_TempBasicZ(:,k) = Temp_1 * exp(-Grav * (xz_Z(:,k) - LCL) /(GasRDry*ChemData_SVapPress_AntoineB(12)))
           xz_PressBasicZ(:,k) = SatRtWetAdia*exp(ChemData_SVapPress_AntoineA(12) - ChemData_SVapPress_AntoineB(12)/xz_TempBasicZ(:,k))
           xz_ExnerBasicZ(:,k) = (SatRtWetAdia/PressSfc)**(GasRDry/CpDry ) * exp(GasRDry/CpDry *(ChemData_SVapPress_AntoineA(12) - ChemData_SVapPress_AntoineB(12)/xz_TempBasicZ(:,k)))
         end if
       end do


!! 上から下まで乾燥断熱線
!
!       do k = RegZMin, RegZMax
!           xz_TempBasicZ(:,k) = TempSfc - Grav/CpDry * xz_Z (:,k)
!           xz_PressBasicZ(:,k) =  &
!             &  PressSfc*(xz_TempBasicZ(:,k)/TempSfc)**(CpDry /GasRDry)
!           xz_ExnerBasicZ(:,k) =  &
!             &  xz_TempBasicZ(:,k)/TempSfc
!       end do


  !確認のため出力
  call MessageNotify( "M", "BasicEnv", "Basic State Atmospheric Profiles." )
  do k = RegZMin+1, DimZMax-1     
    write(*,*) "temp", k, s_Z(k), xz_TempBasicZ(1,k), xz_PressBasicZ(1,k)
  end do

  ! 2 次元配列に格納
!  do i = DimXMin, DimXMax
!    xz_TempBasicZ(i,:)  = z_TempBasicZ  
!    xz_PressBasicZ(i,:) = z_PressBasicZ  
!  end do

  !境界条件
  call BoundaryXCyc_xz( xz_TempBasicZ )
  call BoundaryZSym_xz( xz_TempBasicZ )
  call BoundaryXCyc_xz( xz_PressBasicZ )
  call BoundaryZSym_xz( xz_PressBasicZ )
  
  !---------------------------------------------------------------
  ! 混合比
  !---------------------------------------------------------------
  !水平方向には一様
  do i = DimXMin, DimXMax      
    xza_MolFr(i,:,:) = za_MolFr
  end do    

  !気相のモル比を混合比に変換
  do s = 1, SpcNum
    xza_MixRtBasicZ(:,:,s) = xza_MolFr(:,:,s) * MolWtWet(s) / MolWtDry
  end do

!  !値が小さくなりすぎないように最低値を与える
!  where (xza_MixRtBasicZ <= 1.0d-20 )
!    xza_MixRtBasicZ = 1.0d-20
!  end where
  
  !境界条件
  call BoundaryXCyc_xza( xza_MixRtBasicZ )
  call BoundaryZSym_xza( xza_MixRtBasicZ )
      
  !---------------------------------------------------------------
  ! 分子量の効果
  !---------------------------------------------------------------
  do s = 1, SpcNum
    xza_MixRtDivMolWt(:,:,s) = xza_MixRtBasicZ(:,:,s) / MolWtWet(s)
  end do
  
  xz_EffMolWtBasicZ = (1.0d0 + sum(xza_MixRtBasicZ,3) ) / ( MolWtDry * ((1.0d0 / MolWtDry) + sum(xza_MixRtDivMolWt,3)) )

  !境界条件  
  call BoundaryXCyc_xz( xz_EffMolWtBasicZ )
  call BoundaryZSym_xz( xz_EffMolWtBasicZ )  

  !---------------------------------------------------------------    
  ! 温位
  !---------------------------------------------------------------
  xz_PotTempBasicZ = xz_TempBasicZ * (PressBasis / xz_PressBasicZ) ** (GasRDry / CpDry) 

  !境界条件  
  call BoundaryXCyc_xz( xz_PotTempBasicZ )
  call BoundaryZSym_xz( xz_PotTempBasicZ )

  !---------------------------------------------------------------    
  ! エクスナー関数
  !---------------------------------------------------------------
  xz_ExnerBasicZ = xz_TempBasicZ / xz_PotTempBasicZ    

  !境界条件
  call BoundaryXCyc_xz( xz_ExnerBasicZ )
  call BoundaryZSym_xz( xz_ExnerBasicZ )
  
  !---------------------------------------------------------------    
  ! 密度
  !---------------------------------------------------------------
  xz_DensBasicZ = PressBasis * (xz_ExnerBasicZ ** (CvDry / GasRDry)) / (GasRDry * xz_PotTempBasicZ / xz_EffMolWtBasicZ)

  !境界条件
  call BoundaryXCyc_xz( xz_DensBasicZ )
  call BoundaryZSym_xz( xz_DensBasicZ )

  !---------------------------------------------------------------    
  ! 音速
  !---------------------------------------------------------------
  xz_VelSoundBasicZ = sqrt ( CpDry * GasRDry * xz_ExnerBasicZ * xz_PotTempBasicZ / (CvDry * xz_EffMolWtBasicZ) )

  !境界条件
  call BoundaryXCyc_xz( xz_VelSoundBasicZ )
  call BoundaryZSym_xz( xz_VelSoundBasicZ )
 
  !----------------------------------------------------------
  ! BasicSet モジュールに値を設定
  !----------------------------------------------------------
  call BasicSetArray_Init( xz_PressBasicZ,    xz_ExnerBasicZ, xz_TempBasicZ, xz_PotTempBasicZ,  xz_DensBasicZ,  xz_VelSoundBasicZ, xza_MixRtBasicZ, xz_EffMolWtBasicZ )


end subroutine BasicEnv