Path: | env/basicenv_smooth.f90 |
Last Update: | Thu Mar 03 13:31:19 +0900 2011 |
Authors: | SUGIYAMA Koichiro, ODAKA Masatsugu |
Version: | $Id: basicenv_smooth.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 |
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
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.
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(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax) real(8) :: Weight1(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax) real(8) :: Weight2(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax) real(8) :: LapseRateRatio ! 乾燥断熱減率に対する下層での温度減率の比 ! 乾燥断熱よりも小さく設定する. 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_PressAdia(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax) real(8) :: xz_PressSat(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax) real(8) :: xz_PressIso(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax) real(8) :: xz_TempWork(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax) real(8) :: xz_PressWork(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax) 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 ! 作業変数 real(8) :: LCL ! 下層の温度分布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 ! real(8) :: xz_LCL(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax) ! ! 下層の温度分布と湿潤断熱線が交わる高度 ! real(8) :: xz_LTP(DimXMin:DimXMax, DimZMin:DimZMax) ! ! 下層の温度分布と湿潤断熱線が交わる高度 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)を改良したもの. ! * 温度勾配の不連続を解消する為, 重み付き関数でなめらかに接続. ! * 基本場の温度分布が超断熱, 過飽和とならないよう調整. ! xz_TempAdia = TempSfc - Grav * xz_Z / CpDry ! 乾燥断熱減率に対する下層の温度減率の比 ! LapseRateRatio = 0.9d0 LapseRateRatio = 0.8d0 ! xz_TempAdia = TempSfc - Grav * xz_Z / CpDry xz_TempAdia = TempSfc - LapseRateRatio * Grav * xz_Z / CpDry xz_TempIso = 135.0d0 !--- 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 / (LapseRateRatio * GasRDry)) if (abs(Temp_1 - Temp_0) < epsilon(0.0d0)) then LCL = (TempSfc * CpDry) / (Grav * LapseRateRatio) * (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 ! 下層の温度分布 ! xz_PressAdia = & ! & PressSfc*(xz_TempAdia/TempSfc)**(CpDry /(LapseRateRatio * GasRDry)) ! xz_ExnerAdia = & ! & xz_TempAdia /TempSfc ! 等温線 ! xz_PressIso = & ! & exp(ChemData_SVapPress_AntoineA(12) & ! & - ChemData_SVapPress_AntoineB(12)/xz_TempIso) & ! & * exp(-Grav*(xz_Z - LTP)/(GasRDry*xz_TempIso)) ! xz_ExnerIso = & ! & exp(GasRDry/CpDry & ! & *(ChemData_SVapPress_AntoineA(12) - & ! & ChemData_SVapPress_AntoineB(12)/xz_TempIso)) & ! & * exp(-Grav*(xz_Z - LTP) & ! & /(CpDry*xz_TempIso)) & ! & / PressSfc**(GasRDry/CpDry) ! 湿潤断熱線 xz_TempSat = Temp_1 * exp(-Grav * (xz_Z - LCL) /(GasRDry*ChemData_SVapPress_AntoineB(12))) ! xz_PressSat = & ! & SatRtWetAdia*exp(ChemData_SVapPress_AntoineA(12) & ! & - ChemData_SVapPress_AntoineB(12)/xz_TempSat) ! xz_ExnerSat = & ! & (SatRtWetAdia/PressSfc)**(GasRDry/CpDry ) & ! & * exp( GasRDry/CpDry & ! & *(ChemData_SVapPress_AntoineA(12) & ! & - ChemData_SVapPress_AntoineB(12)/xz_TempSat )) LCL = 3.0d3 Weight1 = ( tanh( (xz_Z - LCL ) / Dhight ) + 1.0d0 ) * 5.0d-1 Weight2 = ( tanh( (xz_Z - LTP ) / Dhight ) + 1.0d0 ) * 5.0d-1 ! 温度の不連続をなくす為に, tanh を用いてなめらかにつなぐ. xz_TempWork = xz_TempAdia * ( 1.0d0 - Weight1 ) + xz_TempSat * Weight1 xz_TempBasicZ = xz_TempWork * ( 1.0d0 - Weight2 ) + xz_TempIso * Weight2 - 0.92d0 ! 圧力を静水圧平衡から計算 do i = DimXMin, DimXMax DTempDZ(i,RegZMin) = (xz_TempBasicZ(i,RegZMin) - TempSfc) / ( 0.5d0 * DelZ) xz_PressBasicZ(i,RegZMin) = Presssfc * ( ( Tempsfc / xz_TempBasicZ(i,RegZMin) ) ** (Grav / ( DTempDZ(i,RegZMin) * GasRDry ) ) ) end do do k = RegZMin+1, DimZMax-1 do i = DimXMin, DimXMax ! 局所的な温度減率 DTempDZ(i,k) = (xz_TempBasicZ(i,k) - xz_TempBasicZ(i,k-1)) / DelZ xz_PressBasicZ(i,k) = xz_PressBasicZ(i,k-1) * ( ( xz_TempBasicZ(i,k-1) / xz_TempBasicZ(i,k) ) ** (Grav / ( DTempDZ(i,k) * GasRDry ) ) ) end do end do ! xz_PressWork = & ! & xz_PressAdia * ( 1.0d0 - Weight1 ) + xz_PressSat * Weight1 ! xz_PressBasicZ = & ! & xz_PressWork * ( 1.0d0 - Weight2 ) + xz_PressIso * Weight2 ! xz_ExnerWork = & ! & xz_ExnerAdia * ( 1.0d0 - Weight1 ) + xz_ExnerSat * Weight1 ! xz_ExnerBasicZ = & ! & xz_ExnerWork * ( 1.0d0 - Weight2 ) + xz_ExnerIso * Weight2 !! 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