wrfv2_fire/phys/module_cam_physconst.F

   1 #define WRF_PORT
   2
   3 module physconst
   4 !------------------------------------------------------------------------
   5 ! Based on physconst.F90 from CAM
   6 ! Ported to WRF by William.Gustafson@pnl.gov, Nov. 2009
   7 ! Updated to version from CESM 1.0.1 Nov. 2010
   8 !------------------------------------------------------------------------
   9
  10    ! Physical constants.  Use CCSM shared values whenever available.
  11
  12    use shr_kind_mod, only: r8 => shr_kind_r8
  13    use shr_const_mod, only: shr_const_g,      shr_const_stebol, shr_const_tkfrz,  &
  14                             shr_const_mwdair, shr_const_rdair,  shr_const_mwwv,   &
  15                             shr_const_latice, shr_const_latvap, shr_const_cpdair, &
  16                             shr_const_rhofw,  shr_const_cpwv,   shr_const_rgas,   &
  17                             shr_const_karman, shr_const_pstd,   shr_const_rhodair,&
  18                             shr_const_avogad, shr_const_boltz,  shr_const_cpfw,   &
  19                             shr_const_rwv,    shr_const_zvir,   shr_const_pi,     &
  20                             shr_const_rearth, shr_const_sday,   shr_const_cday,   &
  21                             shr_const_spval
  22    implicit none
  23    private
  24    public  :: physconst_readnl
  25    save
  26    ! Constants based off share code or defined in physconst
  27
  28    real(r8), public, parameter :: avogad      = shr_const_avogad     ! Avogadro's number (molecules/kmole)
  29    real(r8), public, parameter :: boltz       = shr_const_boltz      ! Boltzman's constant (J/K/molecule)
  30    real(r8), public, parameter :: cday        = shr_const_cday       ! sec in calendar day ~ sec
  31    real(r8), public, parameter :: cpair       = shr_const_cpdair     ! specific heat of dry air (J/K/kg)
  32    real(r8), public, parameter :: cpliq       = shr_const_cpfw       ! specific heat of fresh h2o (J/K/kg)
  33    real(r8), public, parameter :: karman      = shr_const_karman     ! Von Karman constant
  34    real(r8), public, parameter :: latice      = shr_const_latice     ! Latent heat of fusion (J/kg)
  35    real(r8), public, parameter :: latvap      = shr_const_latvap     ! Latent heat of vaporization (J/kg)
  36    real(r8), public, parameter :: pi          = shr_const_pi         ! 3.14...
  37    real(r8), public, parameter :: pstd        = shr_const_pstd       ! Standard pressure (Pascals)
  38    real(r8), public, parameter :: r_universal = shr_const_rgas       ! Universal gas constant (J/K/kmol)
  39    real(r8), public, parameter :: rhoh2o      = shr_const_rhofw      ! Density of liquid water (STP)
  40    real(r8), public, parameter :: spval       = shr_const_spval      !special value
  41    real(r8), public, parameter :: stebol      = shr_const_stebol     ! Stefan-Boltzmann's constant (W/m^2/K^4)
  42    real(r8), public, parameter :: tmelt       = shr_const_tkfrz      ! Freezing point of water (K)
  43
  44    real(r8), public, parameter :: c0          = 2.99792458e8_r8      ! Speed of light in a vacuum (m/s)
  45    real(r8), public, parameter :: planck      = 6.6260755e-34_r8     ! Planck's constant (J.s)
  46
  47    ! Molecular weights
  48    real(r8), public, parameter :: mwco2       =  44._r8             ! molecular weight co2
  49    real(r8), public, parameter :: mwn2o       =  44._r8             ! molecular weight n2o
  50    real(r8), public, parameter :: mwch4       =  16._r8             ! molecular weight ch4
  51    real(r8), public, parameter :: mwf11       = 136._r8             ! molecular weight cfc11
  52    real(r8), public, parameter :: mwf12       = 120._r8             ! molecular weight cfc12
  53    real(r8), public, parameter :: mwo3        =  48._r8             ! molecular weight O3
  54    real(r8), public, parameter :: mwso2       =  64._r8
  55    real(r8), public, parameter :: mwso4       =  96._r8
  56    real(r8), public, parameter :: mwh2o2      =  34._r8
  57    real(r8), public, parameter :: mwdms       =  62._r8
  58
  59
  60    ! modifiable physical constants for aquaplanet
  61
  62    real(r8), public           :: gravit       = shr_const_g     ! gravitational acceleration (m/s**2)
  63    real(r8), public           :: sday         = shr_const_sday  ! sec in siderial day ~ sec
  64    real(r8), public           :: mwh2o        = shr_const_mwwv  ! molecular weight h2o
  65    real(r8), public           :: cpwv         = shr_const_cpwv  ! specific heat of water vapor (J/K/kg)
  66    real(r8), public           :: mwdry        = shr_const_mwdair! molecular weight dry air
  67    real(r8), public           :: rearth       = shr_const_rearth! radius of earth (m)
  68
  69 !---------------  Variables below here are derived from those above -----------------------
  70
  71    real(r8), public           :: rga          = 1._r8/shr_const_g                 ! reciprocal of gravit
  72    real(r8), public           :: ra           = 1._r8/shr_const_rearth            ! reciprocal of earth radius
  73    real(r8), public           :: omega        = 2.0_R8*shr_const_pi/shr_const_sday! earth rot ~ rad/sec
  74    real(r8), public           :: rh2o         = shr_const_rgas/shr_const_mwwv     ! Water vapor gas constant ~ J/K/kg
  75    real(r8), public           :: rair         = shr_const_rdair   ! Dry air gas constant     ~ J/K/kg
  76    real(r8), public           :: epsilo       = shr_const_mwwv/shr_const_mwdair   ! ratio of h2o to dry air molecular weights
  77    real(r8), public           :: zvir         = (shr_const_rwv/shr_const_rdair)-1.0_R8 ! (rh2o/rair) - 1
  78    real(r8), public           :: cpvir        = (shr_const_cpwv/shr_const_cpdair)-1.0_R8 ! CPWV/CPDAIR - 1.0
  79    real(r8), public           :: rhodair      = shr_const_pstd/(shr_const_rdair*shr_const_tkfrz)
  80    real(r8), public           :: cappa        = (shr_const_rgas/shr_const_mwdair)/shr_const_cpdair  ! R/Cp
  81    real(r8), public           :: ez           ! Coriolis expansion coeff -> omega/sqrt(0.375)
  82    real(r8), public           :: Cpd_on_Cpv   = shr_const_cpdair/shr_const_cpwv
  83
  84
  85 !================================================================================================
  86 contains
  87 !================================================================================================
  88
  89    ! Read namelist variables.
  90    subroutine physconst_readnl(nlfile)
  91 #ifndef WRF_PORT
  92       use namelist_utils,  only: find_group_name
  93       use units,           only: getunit, freeunit
  94       use mpishorthand
  95       use spmd_utils,      only: masterproc
  96       use abortutils,      only: endrun
  97       use cam_logfile,     only: iulog
  98 #endif
  99       character(len=*), intent(in) :: nlfile  ! filepath for file containing namelist input
 100 #ifndef WRF_PORT
 101       ! Local variables
 102       integer :: unitn, ierr
 103       character(len=*), parameter :: subname = 'physconst_readnl'
 104       logical       newg, newsday, newmwh2o, newcpwv, newmwdry, newrearth
 105
 106       ! Physical constants needing to be reset (ie. for aqua planet experiments)
 107       namelist /physconst_nl/  cpwv, gravit, mwdry, mwh2o, rearth, sday
 108
 109       !-----------------------------------------------------------------------------
 110
 111       if (masterproc) then
 112          unitn = getunit()
 113          open( unitn, file=trim(nlfile), status='old' )
 114          call find_group_name(unitn, 'physconst_nl', status=ierr)
 115          if (ierr == 0) then
 116             read(unitn, physconst_nl, iostat=ierr)
 117             if (ierr /= 0) then
 118                call endrun(subname // ':: ERROR reading namelist')
 119             end if
 120          end if
 121          close(unitn)
 122          call freeunit(unitn)
 123       end if
 124
 125 #ifdef SPMD
 126       ! Broadcast namelist variables
 127       call mpibcast(cpwv,      1,                   mpir8,   0, mpicom)
 128       call mpibcast(gravit,    1,                   mpir8,   0, mpicom)
 129       call mpibcast(mwdry,     1,                   mpir8,   0, mpicom)
 130       call mpibcast(mwh2o,     1,                   mpir8,   0, mpicom)
 131       call mpibcast(rearth,    1,                   mpir8,   0, mpicom)
 132       call mpibcast(sday,      1,                   mpir8,   0, mpicom)
 133 #endif
 134
 135
 136
 137       newg     =  gravit .ne. shr_const_g
 138       newsday  =  sday   .ne. shr_const_sday
 139       newmwh2o =  mwh2o  .ne. shr_const_mwwv
 140       newcpwv  =  cpwv   .ne. shr_const_cpwv
 141       newmwdry =  mwdry  .ne. shr_const_mwdair
 142       newrearth=  rearth .ne. shr_const_rearth
 143
 144
 145
 146       if (newg .or. newsday .or. newmwh2o .or. newcpwv .or. newmwdry .or. newrearth) then
 147          if (masterproc) then
 148             write(iulog,*)'****************************************************************************'
 149             write(iulog,*)'***    New Physical Constant Values set via namelist                     ***'
 150             write(iulog,*)'***                                                                      ***'
 151             write(iulog,*)'***    Physical Constant    Old Value                  New Value         ***'
 152             if (newg)       write(iulog,*)'***       GRAVITY   ',shr_const_g,gravit,'***'
 153             if (newsday)    write(iulog,*)'***       SDAY      ',shr_const_sday,sday,'***'
 154             if (newmwh2o)   write(iulog,*)'***       MWH20     ',shr_const_mwwv,mwh2o,'***'
 155             if (newcpwv)    write(iulog,*)'***       CPWV      ',shr_const_cpwv,cpwv,'***'
 156             if (newmwdry)   write(iulog,*)'***       MWDRY     ',shr_const_mwdair,mwdry,'***'
 157             if (newrearth)  write(iulog,*)'***       REARTH    ',shr_const_rearth,rearth,'***'
 158             write(iulog,*)'****************************************************************************'
 159          end if
 160          rga         = 1._r8/gravit
 161          ra          = 1._r8/rearth
 162          omega       = 2.0_R8*pi/sday
 163          cpvir       = cpwv/cpair - 1._r8
 164          epsilo      = mwh2o/mwdry
 165
 166          !  rair and rh2o have to be defined before any of the variables that use them
 167
 168          rair        = r_universal/mwdry
 169          rh2o        = r_universal/mwh2o
 170
 171          cappa       = rair/cpair
 172          rhodair     = pstd/(rair*tmelt)
 173          zvir        =  (rh2o/rair)-1.0_R8
 174          ez          = omega / sqrt(0.375_r8)
 175          Cpd_on_Cpv  = cpair/cpwv
 176
 177       else
 178          ez          = omega / sqrt(0.375_r8)
 179       end if
 180 #endif
 181     end subroutine physconst_readnl
 182
 183   end module physconst