chem/module_cam_mam_wetscav.F

   1 !Updated to CESM1.0.3 (CAM5.1.01) by Balwinder.Singh@pnnl.gov
   2 #define MODAL_AERO
   3 module module_cam_mam_wetscav
   4   !==================================================================================
   5   !Future Modifications:
   6   !---------------------
   7   !1. CME (or QME:Net condensation rate) is NOT used in this subroutine, although it
   8   !   is being passed to the wet scavenging parameterizations. The value stored in
   9   !   QME3D variable is not correct as it lacks the contribution of CMELIQ from CAM's
  10   !   Macrophysics
  11   !2. CAM_OUT datastructure of CAM provides information to the surface model of CAM.
  12   !   It has NOT been implemented in WRF.
  13   !3. LCHNK is being passed to the parameterization and it is used by CAM's OUTFLD
  14   !   calls. OUTFLD calls are just dummy calls for WRF. Therefore LCHNK is not used
  15   !   for any meaningful calculation which can alter the answers from the
  16   !   parameterization
  17   !4. Currently the CAM's wet scavenging is forced to ONLY work with the CAMMGMP
  18   !   microphysics
  19   !5. LAT and LON variables are ONLY used in chemistry calls in CAM, which is NOT
  20   !   implemented in WRF yet
  21   !6. Variable "num_mz_aerosols" in module_cam_mam_mz_aerosols_intr.F parameterization
  22   !   Fortran file is HARDWIRED to be equal to 'pcnst' (basically, it has to be greater
  23   !   than zero for the parameterization to run)
  24   !
  25   !==================================================================================
  26   !
  27   !!---------------------------------------------------------------------------------
  28   !! Module to interface the aerosol parameterizations with CAM
  29   !! Phil Rasch, Jan 2003
  30   !  Ported to WRF by Balwinder.Singh@pnnl.gov
  31   !!---------------------------------------------------------------------------------
  32   !
  33   use shr_kind_mod, only: r8 => shr_kind_r8, cl => shr_kind_cl
  34
  35   implicit none
  36   private
  37   save
  38   !
  39   !! Public interfaces
  40   !
  41
  42   public :: wetscav_cam_mam_driver_init ! initialization subroutine
  43   public :: wetscav_cam_mam_driver      ! interface to wet deposition
  44
  45   integer      :: itf, jtf, ktf, pverp
  46   real(r8)     :: dp1, dp2
  47
  48   !===============================================================================
  49 contains
  50   !===============================================================================
  51
  52   subroutine wetscav_cam_mam_driver(itimestep,p_hyd,p8w,t_phy,             &
  53        dgnum4d,dgnumwet4d,dlf3d,dlf2_3d,dtstep,qme3d,                      &
  54        prain3d,nevapr3d,rate1ord_cw2pr_st3d,shfrc3d,cmfmc3d,cmfmc2_3d,     &
  55        evapcsh3d,icwmrsh3d,rprdsh3d,evapcdp3d,icwmrdp3d,rprddp3d,          &
  56        qs_curr, f_ice_phy,f_rain_phy,config_flags,cldfra_mp_all,cldfrai,   &
  57        cldfral,cldfra,is_CAMMGMP_used,                                     &
  58        ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                          &
  59        ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                          &
  60        its,ite, jts,jte, kts,kte,                                          &
  61        !intent-inout
  62        qv_curr,qc_curr,qi_curr,ni3d,nc3d,chem,                             &
  63        !intent-out
  64        fracis3D                                                            )
  65
  66     !!-----------------------------------------------------------------------
  67     !!
  68     !! Purpose:
  69     !! Interface to wet processing of all aerosols
  70     !!
  71     !! Method:
  72     !!  use a modified version of the scavenging parameterization described in
  73     !!     Barth et al, 2000, JGR (sulfur cycle paper)
  74     !!     Rasch et al, 2001, JGR (INDOEX paper)
  75     !!
  76     !! Author: Phil Rasch
  77     !  Ported to WRF by Balwinder.Singh@pnnl.gov
  78     !!
  79     !!-----------------------------------------------------------------------
  80     use module_mp_cammgmp_driver,  only: physics_update, physics_ptend_init
  81     use module_cam_support,        only: pcnst =>pcnst_runtime, pcols, pver
  82     use module_state_description,  only: num_chem, param_first_scalar,F_QC, F_QI, F_QV, F_QS, &
  83          CAMZMSCHEME, CAMUWSHCUSCHEME
  84     use module_data_cam_mam_asect, only: lptr_chem_to_q, lptr_chem_to_qqcw, factconv_chem_to_q, waterptr_aer
  85     use wetdep,                    only: clddiag
  86 #if ( defined TROPCHEM || defined MODAL_AERO )
  87     use mz_aerosols_intr,          only: mz_aero_wet_intr
  88 #endif
  89 #if ( defined MODAL_AERO )
  90     use modal_aero_data,           only: ntot_amode
  91 #endif
  92     use module_configure,          only: grid_config_rec_type
  93     use infnan,                    only: nan
  94     !-----------------------------------------------------------------------
  95     implicit none
  96     !-----------------------------------------------------------------------
  97     !
  98     ! Arguments:
  99     !
 100     !
 101     TYPE(grid_config_rec_type),  INTENT(IN   )    :: config_flags
 102
 103     logical, intent(in) :: is_CAMMGMP_used
 104
 105     integer, intent(in) :: itimestep                           !Time step number
 106     integer, intent(in) :: ids,ide, jds,jde, kds,kde
 107     integer, intent(in) :: ims,ime, jms,jme, kms,kme
 108     integer, intent(in) :: its,ite, jts,jte, kts,kte
 109
 110     real, intent(in)    :: dtstep                              !Time step in seconds(s)
 111
 112     !3d real arrays
 113     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: dlf3d          !Detraining cloud water tendency from convection
 114     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: dlf2_3d        !dq/dt due to export of cloud water into environment by shallow convection(kg/kg/s)
 115     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: p8w            !Hydrostatic Pressure at level interface (Pa)
 116     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: p_hyd          !Hydrostatic pressure(Pa)
 117     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: t_phy          !Temperature (K)
 118     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: qme3d          !Net condensation rate (kg/kg/s) *NOTE: Doesn't include contribution from CMELIQ of MACRO-PHYSICS*
 119     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: prain3d        !Rate of conversion of condensate to precipitation (kg/kg/s)
 120     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: nevapr3d       !Evaporation rate of rain + snow (kg/kg/s)
 121     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: rate1ord_cw2pr_st3d !1st order rate for direct conversion of strat. cloud water to precip (1/s)
 122     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: shfrc3d        !Shallow cloud fraction
 123     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: cmfmc3d        !Deep + Shallow Convective mass flux [ kg /s/m^2 ]
 124     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: cmfmc2_3d      !Shallow convective mass flux [ kg/s/m^2 ]
 125     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: evapcsh3d      !Evaporation of shallow convection precipitation (kg/kg/s)
 126     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: icwmrsh3d      !Shallow cumulus in-cloud water mixing ratio (kg/m2)
 127     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: rprdsh3d       !dq/dt due to deep and shallow convective rainout(kg/kg/s)
 128     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: evapcdp3d      !Evaporation of deep convective precipitation (kg/kg/s)
 129     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: icwmrdp3d      !Deep Convection in-cloud water mixing ratio (kg/m2)
 130     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: rprddp3d       !dq/dt due to deep convective rainout (kg/kg/s)
 131     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: qs_curr        !Snow mixing ratio         -Cloud ice  (kg/kg)
 132     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: F_ICE_PHY      !Fraction of ice
 133     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: F_RAIN_PHY     !Fraction of rain
 134     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: cldfra_mp_all
 135     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: cldfrai
 136     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: cldfral
 137     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(in) :: cldfra
 138
 139     !4D-Intent-in-real array
 140     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme, ntot_amode ), intent(in) :: dgnum4d    !4-dimensional Number mode diameters
 141     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme, ntot_amode ), intent(in) :: dgnumwet4d !4-dimensional Number mode diameters
 142
 143     !3D-Intent-inout-real array
 144     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(inout) :: qv_curr     !Water vapor mixing ratio - Moisture  (kg/kg)
 145     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(inout) :: qc_curr     !Cloud water mixing ratio - Cloud liq (kg/kg)
 146     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(inout) :: qi_curr     !Ice mixing ratio         - Cloud ice  (kg/kg)
 147     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(inout) :: ni3d        !Cloud ice number concentration (#/kg)
 148     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme ), intent(inout) :: nc3d        !Cloud water  number concentration (#/kg)
 149
 150
 151     !4D-Intent-inout-real array
 152     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme, num_chem ),   intent(inout) :: chem     !Chem array
 153
 154     !3D-Intent-out-real array
 155     real, dimension( ims:ime, kms:kme, jms:jme, pcnst ), intent(out) :: fracis3d      !Fraction of transported species that are insoluble
 156
 157     !Local variable specific to CAM
 158     real(r8) :: dt                      !Time step
 159     integer  :: nstep                   !Time step number
 160     real(r8) :: clds(pcols,kte)         !Stratiform cloud fraction
 161
 162 #if ( defined MODAL_AERO )
 163     integer  i, k
 164 #endif
 165
 166     character*24 :: ptend_name            !ptend%name in CAM5 - used in parameterization
 167
 168     logical      :: ptend_ls              !ptend%ls   in CAM5 - used for calling physics_update subroutine
 169     logical      :: ptend_lq(pcnst)       !ptend%lq   in CAM5
 170
 171     integer      :: iw, kw, jw, itsm1
 172     integer      :: itile_len, ktep1
 173     integer      :: kflip, l, l2, p1st
 174     integer      :: imode, kcam
 175     integer      :: ncol                  !state%ncol
 176     integer      :: lchnk                 !state%lchnk
 177
 178     real(r8)     :: dp, multFrc
 179
 180     real(r8)     :: cldc(pcols,kte)           ! convective cloud fraction
 181     real(r8)     :: cldv(pcols,kte)           ! cloudy volume undergoing scavenging
 182     real(r8)     :: cldvcu(pcols,kte)         ! Convective precipitation area at the top interface of current layer
 183     real(r8)     :: cldvst(pcols,kte)         ! Stratiform precipitation area at the top interface of current layer
 184     real(r8)     :: conicw(pcols, kte)
 185     real(r8)     :: cmfdqr(pcols, kte)
 186     real(r8)     :: evapc(pcols, kte)         ! Evaporation rate of convective precipitation
 187     real(r8)     :: rainmr(pcols, kte)        ! rain mixing ratio
 188     real(r8)     :: dlf(pcols,kte)            ! Detrainment of convective condensate
 189     real(r8)     :: dlf2(pcols,kte)           ! Detrainment of convective condensate
 190     real(r8)     :: cmfmc(pcols,kte+1)
 191     real(r8)     :: cmfmc2(pcols,kte+1)
 192     real(r8)     :: calday                    ! current calendar day
 193
 194
 195     !State variables [The CAM's side variables are kept almost same by just
 196     !replacing '%' with an '_' (e.g state%t in CAM is state_t in WRF)]
 197     real(r8)     :: state_t(pcols,kte)
 198     real(r8)     :: state_q(pcols,kte,pcnst)
 199     real(r8)     :: state_pmid(pcols,kte)
 200     real(r8)     :: state_pdel(pcols,kte)
 201
 202     real(r8)     :: ptend_s(pcols,kte)         !Dummy arguments for physics_update call
 203     real(r8)     :: state_s(pcols,kte)         !Dummy arguments for physics_update call
 204
 205     real(r8)     :: ptend_q(pcols,kte,pcnst)
 206
 207     !Cam_out variable is a dummy placeholder as currently it is not used in parameterization
 208     real(r8)     :: cam_out
 209
 210
 211     !! physics buffer
 212     ! Variables stored in physics buffer in CAM
 213     real(r8), dimension(pcols,kte)       :: cldn       !cloud fraction
 214     real(r8), dimension(pcols,kte)       :: cme        !local condensation of cloud water
 215     real(r8), dimension(pcols,kte)       :: prain      !production of rain
 216     real(r8), dimension(pcols,kte)       :: evapr      !evaporation of rain
 217     real(r8), dimension(pcols,kte)       :: icwmrdp    !in cloud water mixing ratio, deep convection
 218     real(r8), dimension(pcols,kte)       :: rprddp     !rain production, deep convection
 219     real(r8), dimension(pcols,kte)       :: icwmrsh    !in cloud water mixing ratio, deep convection
 220     real(r8), dimension(pcols,kte)       :: rprdsh     !rain production, deep convection
 221     real(r8), dimension(pcols,kte,pcnst) :: fracis     !fraction of transported species that are insoluble
 222
 223     !! Dec.29.2009. Sungsu
 224     real(r8), dimension(pcols,kte)       ::  sh_frac   !Shallow convective cloud fraction
 225     real(r8), dimension(pcols,kte)       ::  dp_frac   !Deep convective cloud fraction
 226     real(r8), dimension(pcols,kte)       ::  evapcsh   !Evaporation rate of shallow convective precipitation >=0.
 227     real(r8), dimension(pcols,kte)       ::  evapcdp   !Evaporation rate of deep    convective precipitation >=0.
 228     !! Dec.29.2009. Sungsu
 229
 230 #if ( defined MODAL_AERO )
 231     real(r8), dimension(pcols,kte,ntot_amode) :: dgnum_pbuf, dgnumwet_pbuf !Wet/ambient geom. mean diameter (m)
 232
 233     !! for number distribution
 234     real(r8), dimension(pcols,kte,pcnst)      :: qqcw     !cloud-borne aerosol
 235     real(r8), dimension(pcols,kte,ntot_amode) :: qaerwat  !aerosol water
 236     real(r8), dimension(pcols,kte)            :: rate1ord_cw2pr_st   !1st order rate for direct conversion of strat. cloud water to precip (1/s)    ! rce 2010/05/01
 237 #endif
 238
 239     nstep = itimestep
 240     if(itimestep == 1) then
 241        if(config_flags%shcu_physics .NE. CAMUWSHCUSCHEME) call wrf_message('WARNING: sh_frac,evapcsh,icwmrsh,rprdsh,cmfmc,cmfmc2  are set to zero in CAM_MAM_WETSCAV')
 242        if(config_flags%cu_physics   .NE. CAMZMSCHEME)     call wrf_message('WARNING: evapcdp,icwmrdp,rprddp,dlf,dlf2 are set to zero in CAM_MAM_WETSCAV')
 243     endif
 244     !Initialize ptend_name,ptend_q,ptend_s,ptend_lq and ptend_ls so that ptend_q is zeroed out
 245     call physics_ptend_init(ptend_name,ptend_q,ptend_s,ptend_lq,ptend_ls,pcnst)
 246
 247     !Following arrays are declared as NaN as they are NOT used currently but still passed into the parameterization
 248     cme(:,:) = nan
 249
 250     !*NOTE*In CAM bcphiwet,ocphiwet,dstwet1,dstwet2,dstwet3 and dstwet4 of cam_out data struture are updated to be used for surface model.This has
 251     !NOT been implemented in WRF yet
 252     cam_out = nan
 253
 254     !Dry static energy is initialized to NaN and its tendency flag is set to .FALSE.
 255     !Dry static enery is NOT required for wetscavaging but it is required to call WRF
 256     !implementation of CAM's physics_update in CAMMGMP microphysics
 257     state_s(:,:) = nan
 258     ptend_ls     = .FALSE.
 259     ptend_s(:,:) = nan
 260
 261     !Required assignments
 262     p1st  = param_first_scalar ! Obtain CHEM array's first element's index
 263     dt    = real(dtstep,r8)    ! Convert the time step to real*8
 264
 265     ncol  = pcols
 266     !This subroutine requires that ncol == 1
 267     if(ncol .NE. 1) then
 268        call wrf_error_fatal('Number of CAM Columns (NCOL) in CAM_MAM_WETSCAV scheme must be 1')
 269     endif
 270
 271     !Following varibales are set to NaN so that an error is produced whenever they are used
 272     !calday is used only for Chemistry calculations inside the wetscav parameterization, which
 273     !is not implemented yet in WRF
 274     calday = nan
 275
 276     !Divide domain in chuncks and map WRF variables into CAM
 277     !Loop counters are named iw,jw,kw to represent that they index WRF sided variables
 278     !The CAM's side variables are kept almost same by just replacing '%' with an '_' [e.g state%t in CAM is state_t in WRF]
 279
 280     itsm1     = its - 1
 281     itile_len = ite - itsm1
 282     do jw     = jts , jte
 283        do iw  = its , ite
 284
 285           lchnk   = (jw - jts) * itile_len + (iw - itsm1)             !1-D index location from a 2-D tile
 286           ktep1   = kte + 1
 287
 288           !Flip vertically quantities computed at the mid points
 289           do kw  = kts, kte
 290              kflip                = ktep1 - kw
 291
 292              state_pmid(1,kflip)  = p_hyd(iw,kw,jw)                   !Pressure at the mid-points (Pa) [state%pmid in CAM]
 293              dp                   = p8w(iw,kw,jw) - p8w(iw,kw+1,jw)   !Change in pressure (Pa)
 294              state_pdel(1,kflip)  = dp
 295              state_t(1,kflip)     = t_phy(iw,kw,jw)                   !Temprature at the mid points (K) [state%t in CAM]
 296
 297              !Following three formulas are obtained from ported CAM's ZM cumulus scheme
 298              !Values of 0 cause a crash in entropy
 299              multFrc              = 1._r8/(1._r8 + qv_curr(iw,kw,jw))
 300              state_q(1,kflip,1)   = max( qv_curr(iw,kw,jw)*multFrc, 1.0e-30_r8 ) !Specific humidity                       [state%q(:,:,1) in CAM]
 301              state_q(1,kflip,2)   = qc_curr(iw,kw,jw)*multFrc                    !Convert to moist mix ratio-cloud liquid [state%q(:,:,2) in CAM]
 302              state_q(1,kflip,3)   = qi_curr(iw,kw,jw)*multFrc                    !cloud ice                               [state%q(:,:,3) in CAM]
 303              state_q(1,kflip,4)   = nc3d(iw,kw,jw)*multFrc                       !Liquid cloud number
 304              state_q(1,kflip,5)   = ni3d(iw,kw,jw)*multFrc                       !Ice cloud number
 305
 306              !populate state_q and qqcw arrays
 307              !Following Do-Loop is obtained from chem/module_cam_mam_aerchem_driver.F
 308              do l = p1st, num_chem
 309                 l2 = lptr_chem_to_q(l)
 310                 if ((l2 >= 1) .and. (l2 <= pcnst)) then
 311                    state_q(1,kflip,l2) = chem(iw,kw,jw,l)*factconv_chem_to_q(l)
 312                 end if
 313                 l2 = lptr_chem_to_qqcw(l)
 314                 if ((l2 >= 1) .and. (l2 <= pcnst)) then
 315                    qqcw(1,kflip,l2) = chem(iw,kw,jw,l)*factconv_chem_to_q(l)     !Cloud borne aerosols
 316                 end if
 317              end do ! l
 318
 319              !Populate dgnums appropriately
 320              !Following Do-Loop is obtained from chem/module_cam_mam_aerchem_driver.F
 321              do imode = 1 , ntot_amode
 322                 dgnum_pbuf(1,kflip,imode)    = dgnum4D(iw,kw,jw,imode)           !Obtained from 4D arrays
 323                 dgnumwet_pbuf(1,kflip,imode) = dgnumwet4D(iw,kw,jw,imode)
 324
 325                 l = waterptr_aer(1,imode)
 326                 if ((l >= p1st) .and. (l <= num_chem)) then
 327                    qaerwat(1,kflip,imode) = chem(iw,kw,jw,l)*factconv_chem_to_q(l)!aerosol water
 328                 endif
 329              enddo
 330
 331              !*NOTE* QME3D doesn't include contribution from MACROPHYSICS (CMELIQ).Assinment to CME is
 332              !Commented out currently as CME is NEVER used in wetscaging code
 333              !cme(1,kflip)         = qme3d(iw,kw,jw)
 334              cme(1,kflip)         = nan                                          !Net condensation rate (kg/kg/s)
 335              prain(1,kflip)       = prain3d(iw,kw,jw)                            !Rate of conversion of condensate to precipitation (kg/kg/s)
 336              evapr(1,kflip)       = nevapr3d(iw,kw,jw)                           !Evaporation rate of rain + snow (kg/kg/s)
 337
 338              rate1ord_cw2pr_st(1,kflip) = rate1ord_cw2pr_st3d(iw,kw,jw)          !1st order rate for direct conversion of strat. cloud water to precip (1/s)
 339              if(is_CAMMGMP_used) then
 340                 cldn(1,kflip)              = cldfra_mp_all(iw,kw,jw)                !Cloud fraction
 341              else
 342                 cldn(1,kflip)              = cldfra(iw,kw,jw)
 343              endif
 344              cldn(1,kflip)              = min(max(cldn(1,kflip),0._r8),1._r8)
 345
 346              sh_frac(1,kflip)           = 0.0_r8
 347              evapcsh(1,kflip)           = 0.0_r8
 348              icwmrsh(1,kflip)           = 0.0_r8
 349              rprdsh(1,kflip)            = 0.0_r8
 350
 351              if(config_flags%shcu_physics==CAMUWSHCUSCHEME) then
 352                 !inputs from shallow convection
 353                 sh_frac(1,kflip)        = shfrc3d(iw,kw,jw)                      !Shallow cloud fraction
 354                 evapcsh(1,kflip)        = evapcsh3d(iw,kw,jw)                    !Evaporation of shallow convection precipitation (kg/kg/s)
 355                 icwmrsh(1,kflip)        = icwmrsh3d(iw,kw,jw)                    !shallow cumulus in-cloud water mixing ratio (kg/m2)
 356                 rprdsh(1,kflip)         = rprdsh3d(iw,kw,jw)                     !dq/dt due to deep and shallow convective rainout(kg/kg/s)
 357              endif
 358
 359              evapcdp(1,kflip)           = 0.0_r8
 360              icwmrdp(1,kflip)           = 0.0_r8
 361              rprddp(1,kflip)            = 0.0_r8
 362              dlf(1,kflip)               = 0.0_r8
 363              dlf2(1,kflip)              = 0.0_r8
 364
 365              if(config_flags%cu_physics==CAMZMSCHEME)then
 366                 !inputs from deep convection
 367                 evapcdp(1,kflip)        = evapcdp3d(iw,kw,jw)                    !Evaporation of deep convective precipitation (kg/kg/s)
 368                 icwmrdp(1,kflip)        = icwmrdp3d(iw,kw,jw)                    !Deep Convection in-cloud water mixing ratio (kg/m2)
 369                 rprddp(1,kflip)         = rprddp3d(iw,kw,jw)                     !dq/dt due to deep convective rainout (kg/kg/s)
 370                 dlf(1,kflip)            = dlf3d(iw,kw,jw)                        !Detrainment of convective condensate (kg/kg/s)
 371                 dlf2(1,kflip)           = dlf2_3d(iw,kw,jw)                      !dq/dt due to export of cloud water into environment by shallow convection(kg/kg/s)
 372              endif
 373           enddo
 374
 375           do kw = kts, kte+1
 376              kflip = kte - kw + 2
 377
 378              cmfmc(1,kflip)      = 0.0_r8
 379              cmfmc2(1,kflip)     = 0.0_r8
 380              if(config_flags%shcu_physics==CAMUWSHCUSCHEME) then
 381                 cmfmc(1,kflip)   = cmfmc3d(iw,kw,jw)    !Deep + Shallow Convective mass flux [ kg /s/m^2 ]
 382                 cmfmc2(1,kflip)  = cmfmc2_3d(iw,kw,jw)  !Shallow convective mass flux [ kg/s/m^2 ]
 383              endif
 384           end do
 385
 386           do kcam = 1, kte
 387              !Formulation for dp_frac is obtained from cloud_fraction.F90 of CAM
 388              dp_frac(1,kcam)         = max(0.0_r8,min(dp1*log(1.0_r8+dp2*(cmfmc(1,kcam+1)-cmfmc2(1,kcam+1))),0.60_r8))
 389           end do
 390
 391           !The CAM wet scavenging computations begin here
 392           cldc(:ncol,:)  = dp_frac(:ncol,:) + sh_frac(:ncol,:) !! Sungsu included this.
 393           evapc(:ncol,:) = evapcsh(:ncol,:) + evapcdp(:ncol,:) !! Sungsu included this.
 394           clds(:ncol,:)  = cldn(:ncol,:) - cldc(:ncol,:)       !! Stratiform cloud fraction
 395
 396
 397           !! sum deep and shallow convection contributions
 398           conicw(:ncol,:) = (icwmrdp(:ncol,:)*dp_frac(:ncol,:) + icwmrsh(:ncol,:)*sh_frac(:ncol,:))/ &
 399                max(0.01_r8, sh_frac(:ncol,:) + dp_frac(:ncol,:))
 400
 401           cmfdqr(:ncol,:) = rprddp(:ncol,:)  + rprdsh(:ncol,:)
 402
 403
 404           !OUTPUT- cldv, cldvcu, cldvst and rainmr
 405
 406           !!   fields needed for wet scavenging
 407           call clddiag( state_t, state_pmid, state_pdel, cmfdqr, evapc, cldn, cldc, clds, cme, evapr, prain, &
 408                cldv, cldvcu, cldvst, rainmr, ncol )
 409
 410           ptend_name = 'wetdep'
 411
 412           !*Please Note:* Calls to modal_aero_calcsize_sub and modal_aero_wateruptake_sub are taken care of in module_cam_mam_aerchem_driver.F
 413
 414           !Output- ptend_name,ptend_lq,ptend_q, fracis, qqcw, qaerwat
 415
 416           !Balwinder.Singh@pnnl.gov: Changed the arguments to the following
 417           ! call in CAM so that 'state','ptend' and 'cam_out' data structures are not
 418           ! passed into the call.
 419           fracis(:,:,:) = 1.0_r8
 420           call mz_aero_wet_intr (lchnk, ncol, state_q,                 &
 421                state_pdel, state_pmid, state_t, ptend_name,            &
 422                ptend_lq, ptend_q, nstep, dt, cme, prain, evapr, cldv,  &
 423                cldvcu, cldvst, cldc, cldn, fracis, calday, cmfdqr,     &
 424                evapc, conicw, rainmr,                                  &
 425                rate1ord_cw2pr_st,                                      &   ! rce 2010/05/01
 426                dgnumwet_pbuf, qqcw, qaerwat, cam_out, dlf              )
 427
 428           call physics_update(lchnk,dt,state_q,ptend_q,state_s,ptend_s,ptend_name,ptend_lq,ptend_ls, pcnst)
 429
 430           !Post processing of the output from CAM's parameterization
 431           do kw=kts,kte
 432              kflip = kte-kw+1
 433              do imode = 1,  ntot_amode
 434                 l = waterptr_aer(1,imode)
 435                 if ((l >= p1st) .and. (l <= num_chem)) then
 436                    chem(iw,kw,jw,l) = qaerwat(1,kflip,imode)/factconv_chem_to_q(l)
 437                 endif
 438              end do ! imode
 439
 440              !Following equation are derived following UWPBL and CAMZM schemes
 441              qv_curr(iw,kw,jw)       = state_q(1,kflip,1) / (1.0_r8 - state_q(1,kflip,1))
 442              multFrc                 = 1._r8 + qv_curr(iw,kw,jw)
 443
 444              qc_curr(iw,kw,jw)       = state_q(1,kflip,2) * multFrc
 445              qi_curr(iw,kw,jw)       = state_q(1,kflip,3) * multFrc
 446              nc3d(iw,kw,jw)          = state_q(1,kflip,4) * multFrc
 447              ni3d(iw,kw,jw)          = state_q(1,kflip,5) * multFrc
 448              do l = 1 ,5
 449                 fracis3d(iw,kw,jw,l)     = fracis(1,kflip,l)          !Fraction of transported species that are insoluble
 450              enddo
 451              do l = p1st, num_chem
 452                 l2 = lptr_chem_to_q(l)
 453                 if ((l2 >= 1) .and. (l2 <= pcnst)) then
 454                    chem(iw,kw,jw,l) = state_q(1,kflip,l2)/factconv_chem_to_q(l)
 455                    fracis3d(iw,kw,jw,l2)     = fracis(1,kflip,l2)          !Fraction of transported species that are insoluble
 456                 end if
 457                 l2 = lptr_chem_to_qqcw(l)
 458                 if ((l2 >= 1) .and. (l2 <= pcnst)) then
 459                    chem(iw,kw,jw,l) = qqcw(1,kflip,l2)/factconv_chem_to_q(l)
 460                 end if
 461              end do ! l
 462           end do
 463
 464        enddo !iw loop
 465     enddo !jw loop
 466     return
 467
 468   end subroutine wetscav_cam_mam_driver
 469
 470   !----------------------------------------------------------------------------
 471   subroutine wetscav_cam_mam_driver_init(ids,ide, jds,jde, kds,kde, &
 472        ims,ime, jms,jme, kms,kme,                           &
 473        its,ite, jts,jte, kts,kte                            )
 474     !
 475     !Purpose:
 476     !Initialize few variables needed for the driver
 477     !
 478     !Author: Balwinder.Singh@pnnl.gov
 479     !----------------------------------------------------------------------------
 480     use module_cam_support,        only: pver
 481     use mz_aerosols_intr,          only: modal_aero_bcscavcoef_init, mz_aero_initialize
 482     implicit none
 483     integer, intent(in) :: ids,ide, jds,jde, kds,kde
 484     integer, intent(in) :: ims,ime, jms,jme, kms,kme
 485     integer, intent(in) :: its,ite, jts,jte, kts,kte
 486
 487     jtf   = min(jte,jde-1)
 488     ktf   = min(kte,kde-1)
 489     itf   = min(ite,ide-1)
 490
 491     !Map CAM veritcal level variables
 492     pver  = ktf - kts + 1
 493     pverp = pver + 1
 494
 495     !Following constants (dp1 and dp2) are  obtained from cloud_fraction.F90 of CAM for highest resolution(0.23x0.31)
 496     dp1   = 0.10_r8
 497     dp2   = 500.0_r8
 498
 499     !initialize mz_aero
 500     call  mz_aero_initialize
 501
 502   end subroutine wetscav_cam_mam_driver_init
 503
 504 end module module_cam_mam_wetscav