Ignore:
Timestamp:
Jun 1, 2017 2:12:31 PM (4 years ago)
Author:
maronga
Message:

revised number of soil layers. added support for RRTMG runs with dry atmosphere/soil

File:
1 edited

Legend:

Unmodified
Added
Removed
  • palm/trunk/SOURCE/land_surface_model_mod.f90

    r2237 r2242  
    2525! -----------------
    2626! $Id$
     27! Changed soil configuration to 8 layers. The number of soil layers is now
     28! freely adjustable via the NAMELIST.
     29!
     30! 2237 2017-05-31 10:34:53Z suehring
    2731! Bugfix in write restart data
    2832!
     
    225229       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  var_2D !< 2D prognostic variable
    226230    END TYPE surf_type_lsm
     231
    227232!
    228233!-- LSM model constants
    229     INTEGER(iwp), PARAMETER :: nzb_soil = 0, & !< bottom of the soil model (to be switched)
    230                                nzt_soil = 3, & !< top of the soil model (to be switched)
    231                                nzs = 4         !< number of soil layers (fixed for now)
    232 
    233     REAL(wp), PARAMETER ::                     &
     234
     235    REAL(wp), PARAMETER  ::                    &
    234236              b_ch               = 6.04_wp,    & ! Clapp & Hornberger exponent
    235237              lambda_h_dry       = 0.19_wp,    & ! heat conductivity for dry soil   
     
    242244
    243245
     246    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER  :: zs_default =                       & ! default soil layer configuration
     247                                            (/ 0.005_wp, 0.02_wp, 0.04_wp,     &
     248                                               0.07_wp, 0.15_wp, 0.28_wp,      &
     249                                               1.00_wp, 2.89_wp /)
     250
     251
    244252!
    245253!-- LSM variables
    246     INTEGER(iwp) :: veg_type  = 2, & !< NAMELIST veg_type_2d
    247                     soil_type = 3    !< NAMELIST soil_type_2d
    248 
     254    INTEGER(iwp) :: nzb_soil = 0,  & !< bottom of the soil model (Earth's surface)
     255                    nzt_soil = 0,  & !< top of the soil model
     256                    nzs = 0,       & !< number of soil layers
     257                    veg_type  = 2, & !< default NAMELIST veg_type_2d
     258                    soil_type = 3    !< default NAMELIST soil_type_2d
     259   
     260       
    249261    LOGICAL :: conserve_water_content = .TRUE.,  & !< open or closed bottom surface for the soil model
    250262               force_radiation_call_l = .FALSE., & !< flag to force calling of radiation routine
     
    288300                z0q_eb = 9999999.9_wp                     !< NAMELIST z0q (lsm_par)
    289301
    290     REAL(wp), DIMENSION(nzb_soil:nzt_soil) :: &
    291               ddz_soil_stag,                  & !< 1/dz_soil_stag
    292               dz_soil_stag,                   & !< soil grid spacing (center-center)
    293               root_extr = 0.0_wp,             & !< root extraction
    294               root_fraction = (/9999999.9_wp, 9999999.9_wp,    &
    295                                 9999999.9_wp, 9999999.9_wp /), & !< distribution of root surface area to the individual soil layers
    296               zs = (/0.07_wp, 0.28_wp, 1.00_wp,  2.89_wp/),    & !< soil layer depths (m)
    297               soil_moisture = 0.0_wp          !< soil moisture content (m3/m3)
    298 
    299     REAL(wp), DIMENSION(nzb_soil:nzt_soil+1) ::   &
    300               soil_temperature = (/290.0_wp, 287.0_wp, 285.0_wp,  283.0_wp,    & !< soil temperature (K)
    301                                    283.0_wp /),                                &                                   
    302               ddz_soil,                                                        & !< 1/dz_soil
    303               dz_soil                                                            !< soil grid spacing (edge-edge)
    304 
    305 
     302    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE  :: ddz_soil,         & !< 1/dz_soil
     303                                            ddz_soil_stag,    & !< 1/dz_soil_stag
     304                                            dz_soil,          & !< soil grid spacing (edge-edge)
     305                                            dz_soil_stag,     & !< soil grid spacing (center-center)
     306                                            root_extr           !< root extraction
     307
     308
     309                                           
     310    REAL(wp), DIMENSION(0:20)  ::  root_fraction = 9999999.9_wp,               & !< distribution of root surface area to the individual soil layers
     311                                   soil_moisture = 0.0_wp,                     & !< NAMELIST soil moisture content (m3/m3)
     312                                   soil_temperature = 300.0_wp,                & !< NAMELIST soil temperature (K) +1
     313                                   zs = 9999999.9_wp                             !< soil layer depths
     314                                   
    306315#if defined( __nopointer )
    307316    TYPE(surf_type_lsm), TARGET  ::  t_soil_h,    & !< Soil temperature (K), horizontal surface elements
     
    533542
    534543!
    535 !-- Root distribution (sum = 1)  level 1, level 2, level 3, level 4,
    536     REAL(wp), DIMENSION(0:3,1:20), PARAMETER :: root_distribution = RESHAPE( (/ &
    537                                  0.24_wp, 0.41_wp, 0.31_wp, 0.04_wp,            & !  1
    538                                  0.35_wp, 0.38_wp, 0.23_wp, 0.04_wp,            & !  2
    539                                  0.26_wp, 0.39_wp, 0.29_wp, 0.06_wp,            & !  3
    540                                  0.26_wp, 0.38_wp, 0.29_wp, 0.07_wp,            & !  4
    541                                  0.24_wp, 0.38_wp, 0.31_wp, 0.07_wp,            & !  5
    542                                  0.25_wp, 0.34_wp, 0.27_wp, 0.14_wp,            & !  6
    543                                  0.27_wp, 0.27_wp, 0.27_wp, 0.09_wp,            & !  7
    544                                  1.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp,            & !  8
    545                                  0.47_wp, 0.45_wp, 0.08_wp, 0.00_wp,            & !  9
    546                                  0.24_wp, 0.41_wp, 0.31_wp, 0.04_wp,            & ! 10
    547                                  0.17_wp, 0.31_wp, 0.33_wp, 0.19_wp,            & ! 11
    548                                  0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp,            & ! 12
    549                                  0.25_wp, 0.34_wp, 0.27_wp, 0.11_wp,            & ! 13
    550                                  0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp,            & ! 14
    551                                  0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp,            & ! 15
    552                                  0.23_wp, 0.36_wp, 0.30_wp, 0.11_wp,            & ! 16
    553                                  0.23_wp, 0.36_wp, 0.30_wp, 0.11_wp,            & ! 17
    554                                  0.19_wp, 0.35_wp, 0.36_wp, 0.10_wp,            & ! 18
    555                                  0.19_wp, 0.35_wp, 0.36_wp, 0.10_wp,            & ! 19
    556                                  0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp             & ! 20
    557                                  /), (/ 4, 20 /) )
     544!-- Root distribution (sum = 1)  level 1-8
     545!--                               
     546    REAL(wp), DIMENSION(0:7,1:20), PARAMETER :: root_distribution = RESHAPE( (/&
     547                                   0.035_wp, 0.069_wp, 0.069_wp, 0.108_wp,     &
     548                                   0.195_wp, 0.214_wp, 0.284_wp, 0.026_wp,     & ! 1
     549                                   0.050_wp, 0.100_wp, 0.100_wp, 0.136_wp,     &
     550                                   0.181_wp, 0.192_wp, 0.215_wp, 0.026_wp,     & ! 2
     551                                   0.038_wp, 0.075_wp, 0.075_wp, 0.111_wp,     &
     552                                   0.185_wp, 0.203_wp, 0.273_wp, 0.040_wp,     & ! 3
     553                                   0.038_wp, 0.075_wp, 0.075_wp, 0.110_wp,     &
     554                                   0.180_wp, 0.199_wp, 0.277_wp, 0.046_wp,     & ! 4
     555                                   0.035_wp, 0.069_wp, 0.069_wp, 0.105_wp,     &
     556                                   0.180_wp, 0.201_wp, 0.295_wp, 0.046_wp,     & ! 5
     557                                   0.035_wp, 0.072_wp, 0.072_wp, 0.105_wp,     &
     558                                   0.161_wp, 0.180_wp, 0.282_wp, 0.093_wp,     & ! 6
     559                                   0.040_wp, 0.077_wp, 0.077_wp, 0.112_wp,     &
     560                                   0.176_wp, 0.192_wp, 0.266_wp, 0.060_wp,     & ! 7
     561                                   0.142_wp, 0.286_wp, 0.286_wp, 0.286_wp,     &
     562                                   0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp,     & ! 8
     563                                   0.068_wp, 0.134_wp, 0.134_wp, 0.177_wp,     &
     564                                   0.214_wp, 0.203_wp, 0.070_wp, 0.000_wp,     & ! 9
     565                                   0.035_wp, 0.068_wp, 0.068_wp, 0.108_wp,     &
     566                                   0.195_wp, 0.215_wp, 0.285_wp, 0.026_wp,     & ! 10
     567                                   0.025_wp, 0.048_wp, 0.048_wp, 0.078_wp,     &
     568                                   0.147_wp, 0.175_wp, 0.353_wp, 0.126_wp,     & ! 11
     569                                   0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp,     &
     570                                   0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp,     & ! 12
     571                                   0.036_wp, 0.072_wp, 0.072_wp, 0.103_wp,     &
     572                                   0.163_wp, 0.180_wp, 0.273_wp, 0.074_wp,     & ! 13
     573                                   0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp,     &
     574                                   0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp,     & ! 14
     575                                   0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp,     &
     576                                   0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp,     & ! 15
     577                                   0.032_wp, 0.066_wp, 0.066_wp, 0.100_wp,     &
     578                                   0.172_wp, 0.192_wp, 0.299_wp, 0.073_wp,     & ! 16
     579                                   0.032_wp, 0.066_wp, 0.066_wp, 0.100_wp,     &
     580                                   0.172_wp, 0.192_wp, 0.299_wp, 0.073_wp,     & ! 17
     581                                   0.028_wp, 0.055_wp, 0.055_wp, 0.087_wp,     &
     582                                   0.166_wp, 0.195_wp, 0.348_wp, 0.066_wp,     & ! 18
     583                                   0.028_wp, 0.055_wp, 0.055_wp, 0.087_wp,     &
     584                                   0.166_wp, 0.195_wp, 0.348_wp, 0.066_wp,     & ! 19
     585                                   0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp,     &
     586                                   0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp, 0.000_wp      & ! 20
     587                                 /), (/ 8, 20 /) )
     588
    558589
    559590!
     
    930961
    931962    IF ( veg_type == 0 )  THEN
    932        IF ( SUM( root_fraction ) /= 1.0_wp )  THEN
    933           message_string = 'veg_type = 0 (user_defined)'//                  &
    934                            'requires setting of root_fraction(0:3)'//       &
    935                            '/= 9999999.9 and SUM(root_fraction) = 1'
    936           CALL message( 'check_parameters', 'PA0401', 1, 2, 0, 6, 0 )
    937        ENDIF
    938  
    939963       IF ( min_canopy_resistance == 9999999.9_wp )  THEN
    940964          message_string = 'veg_type = 0 (user defined)'//                  &
     
    10791103    ENDIF
    10801104       
    1081        
     1105
     1106
     1107!
     1108!-- Determine number of soil layers to be used and check whether an appropriate
     1109!-- root fraction is prescribed
     1110    nzb_soil = 0
     1111    nzt_soil = 0
     1112    IF ( ALL( zs == 9999999.9_wp ) )  THEN
     1113       nzt_soil = 7
     1114       zs(nzb_soil:nzt_soil) = zs_default
     1115    ELSE
     1116       DO k = 0, 19
     1117          IF ( zs(k) /= 9999999.9_wp )  THEN
     1118             nzt_soil = nzt_soil + 1
     1119             IF ( root_fraction(k) == 9999999.9_wp )  THEN
     1120                message_string = 'manual setting of zs '//                     &
     1121                                 'requires adequate setting of root_fraction'//&
     1122                                 '/= 9999999.9 ' //                            &
     1123                                 'and SUM(root_fraction) = 1'
     1124                CALL message( 'check_parameters', 'PA0452', 1, 2, 0, 6, 0 )
     1125             ENDIF
     1126          ENDIF
     1127       ENDDO   
     1128    ENDIF
     1129
     1130    IF ( veg_type == 0 )  THEN
     1131       IF ( SUM( root_fraction(nzb_soil:nzt_soil) ) /= 1.0_wp )  THEN
     1132          message_string = 'veg_type = 0 (user_defined)'//                  &
     1133                           'requires setting of root_fraction'//            &
     1134                           '/= 9999999.9 and SUM(root_fraction) = 1'
     1135          CALL message( 'check_parameters', 'PA0401', 1, 2, 0, 6, 0 )
     1136       ENDIF
     1137    ENDIF
     1138   
     1139 
    10821140 END SUBROUTINE lsm_check_parameters
    10831141 
     
    12251283       ELSE
    12261284          pt1 = pt(k,j,i)
    1227           qv1 = q(k,j,i)
     1285          IF ( humidity )  THEN
     1286             qv1 = q(k,j,i)
     1287          ELSE
     1288             qv1 = 0.0_wp
     1289          ENDIF
    12281290       ENDIF
    12291291!
     
    17891851
    17901852!
    1791 !--    Set inital values for prognostic quantities
     1853!--    Set initial values for prognostic quantities
    17921854!--    Horizontal surfaces
    17931855       tt_surface_h_m%var_1d = 0.0_wp
     
    18421904       ENDDO
    18431905
     1906       
    18441907!
    18451908!--    Allocate 3D soil model arrays
     
    21542217          z0h_factor = z0h_eb / ( z0_eb + 1.0E-20_wp )
    21552218
    2156           IF ( ANY( root_fraction == 9999999.9_wp ) )  THEN
     2219          IF ( ALL( root_fraction == 9999999.9_wp ) )  THEN
    21572220             DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
    21582221                i   = surf_lsm_h%i(m)           
    21592222                j   = surf_lsm_h%j(m)
    21602223
    2161                 DO  k = nzb_soil, nzt_soil
     2224
     2225                DO  k = nzb_soil, nzt_soil
    21622226                   surf_lsm_h%root_fr(k,m) = root_distribution(k,veg_type)
    2163                    root_fraction(k)    = root_distribution(k,veg_type)
     2227                   root_fraction(k)        = root_distribution(k,veg_type)
    21642228                ENDDO
    21652229             ENDDO
     
    23022366
    23032367       INTEGER(iwp) ::  l !< index indicating facing of surface array
    2304 
     2368   
     2369!
     2370!--    Allocate global 1D arrays
     2371       ALLOCATE ( ddz_soil(nzb_soil:nzt_soil+1) )
     2372       ALLOCATE ( ddz_soil_stag(nzb_soil:nzt_soil) )
     2373       ALLOCATE ( dz_soil(nzb_soil:nzt_soil+1) )
     2374       ALLOCATE ( dz_soil_stag(nzb_soil:nzt_soil) )
     2375       ALLOCATE ( root_extr(nzb_soil:nzt_soil) )
     2376 
     2377       root_extr = 0.0_wp
     2378       
    23052379!
    23062380!--    Allocate surface and soil temperature / humidity. Please note,
     
    24942568                                  conserve_water_content,                      &
    24952569                                  f_shortwave_incoming, field_capacity,        &
    2496                                   aero_resist_kray, hydraulic_conductivity,                      &
     2570                                  aero_resist_kray, hydraulic_conductivity,    &
    24972571                                  lambda_surface_stable,                       &
    24982572                                  lambda_surface_unstable, leaf_area_index,    &
Note: See TracChangeset for help on using the changeset viewer.