| Path: | env/basicenv_old2.f90 |
| Last Update: | Thu Feb 24 02:32:46 +0900 2011 |
| Authors: | SUGIYAMA Koichiro, ODAKA Masatsugu |
| Version: | $Id: basicenv_old2.f90,v 1.1 2011-02-23 17:32:46 yamasita Exp $ |
| Tag Name: | $Name: arare4-20120911 $ |
| 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
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