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trunk/libf/phylmd/nuage.f90 revision 52 by guez, Fri Sep 23 12:28:01 2011 UTC trunk/Sources/phylmd/nuage.f revision 175 by guez, Fri Feb 5 16:02:34 2016 UTC
# Line 1  Line 1 
1  SUBROUTINE nuage (paprs, pplay, &  module nuage_m
2       t, pqlwp, pclc, pcltau, pclemi, &  
      pch, pcl, pcm, pct, pctlwp, &  
      ok_aie, &  
      sulfate, sulfate_pi,  &  
      bl95_b0, bl95_b1, &  
      cldtaupi, re, fl)  
   !  
   ! From LMDZ4/libf/phylmd/nuage.F, version 1.1.1.1 2004/05/19 12:53:07  
   !  
   use dimens_m  
   use dimphy  
   use SUPHEC_M  
3    IMPLICIT none    IMPLICIT none
4    !======================================================================  
5    ! Auteur(s): Z.X. Li (LMD/CNRS) date: 19930910  contains
6    ! Objet: Calculer epaisseur optique et emmissivite des nuages  
7    !======================================================================    SUBROUTINE nuage (paprs, pplay, t, pqlwp, pclc, pcltau, pclemi, pch, pcl, &
8    ! Arguments:         pcm, pct, pctlwp, ok_aie, sulfate, sulfate_pi, bl95_b0, bl95_b1, &
9    ! t-------input-R-temperature         cldtaupi, re, fl)
10    ! pqlwp---input-R-eau liquide nuageuse dans l'atmosphere (kg/kg)      !
11    ! pclc----input-R-couverture nuageuse pour le rayonnement (0 a 1)      ! From LMDZ4/libf/phylmd/nuage.F, version 1.1.1.1 2004/05/19 12:53:07
12    ! ok_aie--input-L-apply aerosol indirect effect or not      !
13    ! sulfate-input-R-sulfate aerosol mass concentration [um/m^3]      use dimens_m
14    ! sulfate_pi-input-R-dito, pre-industrial value      use dimphy
15    ! bl95_b0-input-R-a parameter, may be varied for tests (s-sea, l-land)      use nr_util, only: pi
16    ! bl95_b1-input-R-a parameter, may be varied for tests (    -"-      )      use SUPHEC_M
17    !      !======================================================================
18    ! cldtaupi-output-R-pre-industrial value of cloud optical thickness,      ! Auteur(s): Z.X. Li (LMD/CNRS) date: 19930910
19    !                   needed for the diagnostics of the aerosol indirect      ! Objet: Calculer epaisseur optique et emmissivite des nuages
20    !                   radiative forcing (see radlwsw)      !======================================================================
21    ! re------output-R-Cloud droplet effective radius multiplied by fl [um]      ! Arguments:
22    ! fl------output-R-Denominator to re, introduced to avoid problems in      ! t-------input-R-temperature
23    !                  the averaging of the output. fl is the fraction of liquid      ! pqlwp---input-R-eau liquide nuageuse dans l'atmosphere (kg/kg)
24    !                  water clouds within a grid cell      ! pclc----input-R-couverture nuageuse pour le rayonnement (0 a 1)
25    !      ! ok_aie--input-L-apply aerosol indirect effect or not
26    ! pcltau--output-R-epaisseur optique des nuages      ! sulfate-input-R-sulfate aerosol mass concentration [um/m^3]
27    ! pclemi--output-R-emissivite des nuages (0 a 1)      ! sulfate_pi-input-R-dito, pre-industrial value
28    !======================================================================      ! bl95_b0-input-R-a parameter, may be varied for tests (s-sea, l-land)
29    !      ! bl95_b1-input-R-a parameter, may be varied for tests (    -"-      )
30    !      !
31    REAL, intent(in):: paprs(klon,klev+1)      ! cldtaupi-output-R-pre-industrial value of cloud optical thickness,
32    real, intent(in):: pplay(klon,klev)      !                   needed for the diagnostics of the aerosol indirect
33    REAL, intent(in):: t(klon,klev)      !                   radiative forcing (see radlwsw)
34    !      ! re------output-R-Cloud droplet effective radius multiplied by fl [um]
35    REAL pclc(klon,klev)      ! fl------output-R-Denominator to re, introduced to avoid problems in
36    REAL pqlwp(klon,klev)      !                  the averaging of the output. fl is the fraction of liquid
37    REAL pcltau(klon,klev), pclemi(klon,klev)      !                  water clouds within a grid cell
38    !      !
39    REAL pct(klon), pctlwp(klon), pch(klon), pcl(klon), pcm(klon)      ! pcltau--output-R-epaisseur optique des nuages
40    !      ! pclemi--output-R-emissivite des nuages (0 a 1)
41    LOGICAL lo      !======================================================================
42    !      !
43    REAL cetahb, cetamb      !
44    PARAMETER (cetahb = 0.45, cetamb = 0.80)      REAL, intent(in):: paprs(klon,klev+1)
45    !      real, intent(in):: pplay(klon,klev)
46    INTEGER i, k      REAL, intent(in):: t(klon,klev)
47    REAL zflwp, zradef, zfice, zmsac      !
48    !      REAL pclc(klon,klev)
49    REAL radius, rad_froid, rad_chaud, rad_chau1, rad_chau2      REAL pqlwp(klon,klev)
50    PARAMETER (rad_chau1=13.0, rad_chau2=9.0, rad_froid=35.0)      REAL pcltau(klon,klev), pclemi(klon,klev)
51    !cc      PARAMETER (rad_chaud=15.0, rad_froid=35.0)      !
52    ! sintex initial      PARAMETER (rad_chaud=10.0, rad_froid=30.0)      REAL pct(klon), pctlwp(klon), pch(klon), pcl(klon), pcm(klon)
53    REAL coef, coef_froi, coef_chau      !
54    PARAMETER (coef_chau=0.13, coef_froi=0.09)      LOGICAL lo
55    REAL seuil_neb, t_glace      !
56    PARAMETER (seuil_neb=0.001, t_glace=273.0-15.0)      REAL cetahb, cetamb
57    INTEGER nexpo ! exponentiel pour glace/eau      PARAMETER (cetahb = 0.45, cetamb = 0.80)
58    PARAMETER (nexpo=6)      !
59        INTEGER i, k
60    !jq for the aerosol indirect effect      REAL zflwp, zfice
61    !jq introduced by Johannes Quaas (quaas@lmd.jussieu.fr), 27/11/2003      !
62    !jq      REAL radius, rad_froid, rad_chaud, rad_chau1, rad_chau2
63    LOGICAL ok_aie            ! Apply AIE or not?      PARAMETER (rad_chau1=13.0, rad_chau2=9.0, rad_froid=35.0)
64        !cc      PARAMETER (rad_chaud=15.0, rad_froid=35.0)
65    REAL sulfate(klon, klev)  ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3]      ! sintex initial      PARAMETER (rad_chaud=10.0, rad_froid=30.0)
66    REAL cdnc(klon, klev)     ! cloud droplet number concentration [m-3]      REAL coef, coef_froi, coef_chau
67    REAL re(klon, klev)       ! cloud droplet effective radius [um]      PARAMETER (coef_chau=0.13, coef_froi=0.09)
68    REAL sulfate_pi(klon, klev)  ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3] (pre-industrial value)      REAL seuil_neb, t_glace
69    REAL cdnc_pi(klon, klev)     ! cloud droplet number concentration [m-3] (pi value)      PARAMETER (seuil_neb=0.001, t_glace=273.0-15.0)
70    REAL re_pi(klon, klev)       ! cloud droplet effective radius [um] (pi value)      INTEGER nexpo ! exponentiel pour glace/eau
71        PARAMETER (nexpo=6)
72    REAL fl(klon, klev)  ! xliq * rneb (denominator to re ; fraction of liquid water clouds within the grid cell)  
73        !jq for the aerosol indirect effect
74    REAL bl95_b0, bl95_b1     ! Parameter in B&L 95-Formula      !jq introduced by Johannes Quaas (quaas@lmd.jussieu.fr), 27/11/2003
75        !jq
76    REAL cldtaupi(klon, klev) ! pre-industrial cloud opt thickness for diag      LOGICAL ok_aie            ! Apply AIE or not?
77    
78    !cc      PARAMETER (nexpo=1)      REAL sulfate(klon, klev)  ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3]
79    !      REAL cdnc(klon, klev)     ! cloud droplet number concentration [m-3]
80    ! Calculer l'epaisseur optique et l'emmissivite des nuages      REAL re(klon, klev)       ! cloud droplet effective radius [um]
81    !      REAL, intent(in):: sulfate_pi(klon, klev)  ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3] (pre-industrial value)
82    DO k = 1, klev      REAL cdnc_pi(klon, klev)     ! cloud droplet number concentration [m-3] (pi value)
83       DO i = 1, klon  
84          rad_chaud = rad_chau1      REAL fl(klon, klev)  ! xliq * rneb (denominator to re ; fraction of liquid water clouds within the grid cell)
85          IF (k.LE.3) rad_chaud = rad_chau2  
86        REAL bl95_b0, bl95_b1     ! Parameter in B&L 95-Formula
87          pclc(i,k) = MAX(pclc(i,k), seuil_neb)  
88          zflwp = 1000.*pqlwp(i,k)/RG/pclc(i,k) &      REAL cldtaupi(klon, klev) ! pre-industrial cloud opt thickness for diag
89               *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))  
90          zfice = 1.0 - (t(i,k)-t_glace) / (273.13-t_glace)      !cc      PARAMETER (nexpo=1)
91          zfice = MIN(MAX(zfice,0.0),1.0)      !
92          zfice = zfice**nexpo      ! Calculer l'epaisseur optique et l'emmissivite des nuages
93        !
94          IF (ok_aie) THEN      DO k = 1, klev
95             ! Formula "D" of Boucher and Lohmann, Tellus, 1995         DO i = 1, klon
96             !            rad_chaud = rad_chau1
97             cdnc(i,k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1* &            IF (k.LE.3) rad_chaud = rad_chau2
98                  log(MAX(sulfate(i,k),1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3  
99             ! Cloud droplet number concentration (CDNC) is restricted            pclc(i,k) = MAX(pclc(i,k), seuil_neb)
100             ! to be within [20, 1000 cm^3]            zflwp = 1000.*pqlwp(i,k)/RG/pclc(i,k) &
101             !                 *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))
102             cdnc(i,k)=MIN(1000.e6,MAX(20.e6,cdnc(i,k)))            zfice = 1.0 - (t(i,k)-t_glace) / (273.13-t_glace)
103             cdnc_pi(i,k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1* &            zfice = MIN(MAX(zfice,0.0),1.0)
104                  log(MAX(sulfate_pi(i,k),1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3            zfice = zfice**nexpo
105             cdnc_pi(i,k)=MIN(1000.e6,MAX(20.e6,cdnc_pi(i,k)))  
106             !            IF (ok_aie) THEN
107             !               ! Formula "D" of Boucher and Lohmann, Tellus, 1995
108             ! air density: pplay(i,k) / (RD * zT(i,k))               !
109             ! factor 1.1: derive effective radius from volume-mean radius               cdnc(i,k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1* &
110             ! factor 1000 is the water density                    log(MAX(sulfate(i,k),1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3
111             ! _chaud means that this is the CDR for liquid water clouds               ! Cloud droplet number concentration (CDNC) is restricted
112             !               ! to be within [20, 1000 cm^3]
113             rad_chaud =  &               !
114                  1.1 * ( (pqlwp(i,k) * pplay(i,k) / (RD * T(i,k)) )   &               cdnc(i,k)=MIN(1000.e6,MAX(20.e6,cdnc(i,k)))
115                  / (4./3. * RPI * 1000. * cdnc(i,k)) )**(1./3.)               cdnc_pi(i,k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1* &
116             !                    log(MAX(sulfate_pi(i,k),1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3
117             ! Convert to um. CDR shall be at least 3 um.               cdnc_pi(i,k)=MIN(1000.e6,MAX(20.e6,cdnc_pi(i,k)))
118             !               !
119             rad_chaud = MAX(rad_chaud*1.e6, 3.)               !
120                 ! air density: pplay(i,k) / (RD * zT(i,k))
121             ! For output diagnostics               ! factor 1.1: derive effective radius from volume-mean radius
122             !               ! factor 1000 is the water density
123             ! Cloud droplet effective radius [um]               ! _chaud means that this is the CDR for liquid water clouds
124             !               !
125             ! we multiply here with f * xl (fraction of liquid water               rad_chaud =  &
126             ! clouds in the grid cell) to avoid problems in the                    1.1 * ( (pqlwp(i,k) * pplay(i,k) / (RD * T(i,k)) )   &
127             ! averaging of the output.                    / (4./3. * PI * 1000. * cdnc(i,k)) )**(1./3.)
128             ! In the output of IOIPSL, derive the real cloud droplet               !
129             ! effective radius as re/fl               ! Convert to um. CDR shall be at least 3 um.
130             !               !
131             fl(i,k) = pclc(i,k)*(1.-zfice)               rad_chaud = MAX(rad_chaud*1.e6, 3.)
132             re(i,k) = rad_chaud*fl(i,k)  
133                 ! For output diagnostics
134             ! Pre-industrial cloud opt thickness               !
135             !               ! Cloud droplet effective radius [um]
136             ! "radius" is calculated as rad_chaud above (plus the               !
137             ! ice cloud contribution) but using cdnc_pi instead of               ! we multiply here with f * xl (fraction of liquid water
138             ! cdnc.               ! clouds in the grid cell) to avoid problems in the
139             radius = MAX(1.1e6 * ( (pqlwp(i,k)*pplay(i,k)/(RD*T(i,k)))   &               ! averaging of the output.
140                  / (4./3.*RPI*1000.*cdnc_pi(i,k)) )**(1./3.),  &               ! In the output of IOIPSL, derive the real cloud droplet
141                  3.) * (1.-zfice) + rad_froid * zfice               ! effective radius as re/fl
142             cldtaupi(i,k) = 3.0/2.0 * zflwp / radius               !
143                 fl(i,k) = pclc(i,k)*(1.-zfice)
144          END IF                  ! ok_aie               re(i,k) = rad_chaud*fl(i,k)
145    
146          radius = rad_chaud * (1.-zfice) + rad_froid * zfice               ! Pre-industrial cloud opt thickness
147          coef = coef_chau * (1.-zfice) + coef_froi * zfice               !
148          pcltau(i,k) = 3.0/2.0 * zflwp / radius               ! "radius" is calculated as rad_chaud above (plus the
149          pclemi(i,k) = 1.0 - EXP( - coef * zflwp)               ! ice cloud contribution) but using cdnc_pi instead of
150          lo = (pclc(i,k) .LE. seuil_neb)               ! cdnc.
151          IF (lo) pclc(i,k) = 0.0               radius = MAX(1.1e6 * ( (pqlwp(i,k)*pplay(i,k)/(RD*T(i,k)))   &
152          IF (lo) pcltau(i,k) = 0.0                    / (4./3.*PI*1000.*cdnc_pi(i,k)) )**(1./3.),  &
153          IF (lo) pclemi(i,k) = 0.0                    3.) * (1.-zfice) + rad_froid * zfice
154                 cldtaupi(i,k) = 3.0/2.0 * zflwp / radius
155          IF (.NOT.ok_aie) cldtaupi(i,k)=pcltau(i,k)  
156       END DO            END IF                  ! ok_aie
157    END DO  
158    !            radius = rad_chaud * (1.-zfice) + rad_froid * zfice
159    ! COMPUTE CLOUD LIQUID PATH AND TOTAL CLOUDINESS            coef = coef_chau * (1.-zfice) + coef_froi * zfice
160    !            pcltau(i,k) = 3.0/2.0 * zflwp / radius
161    DO i = 1, klon            pclemi(i,k) = 1.0 - EXP( - coef * zflwp)
162       pct(i)=1.0            lo = (pclc(i,k) .LE. seuil_neb)
163       pch(i)=1.0            IF (lo) pclc(i,k) = 0.0
164       pcm(i) = 1.0            IF (lo) pcltau(i,k) = 0.0
165       pcl(i) = 1.0            IF (lo) pclemi(i,k) = 0.0
166       pctlwp(i) = 0.0  
167    END DO            IF (.NOT.ok_aie) cldtaupi(i,k)=pcltau(i,k)
168    !         END DO
169    DO k = klev, 1, -1      END DO
170       DO i = 1, klon      !
171          pctlwp(i) = pctlwp(i)  &      ! COMPUTE CLOUD LIQUID PATH AND TOTAL CLOUDINESS
172               + pqlwp(i,k)*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG      !
173          pct(i) = pct(i)*(1.0-pclc(i,k))      DO i = 1, klon
174          if (pplay(i,k).LE.cetahb*paprs(i,1)) &         pct(i)=1.0
175               pch(i) = pch(i)*(1.0-pclc(i,k))         pch(i)=1.0
176          if (pplay(i,k).GT.cetahb*paprs(i,1) .AND. &         pcm(i) = 1.0
177               pplay(i,k).LE.cetamb*paprs(i,1))  &         pcl(i) = 1.0
178               pcm(i) = pcm(i)*(1.0-pclc(i,k))         pctlwp(i) = 0.0
179          if (pplay(i,k).GT.cetamb*paprs(i,1)) &      END DO
180               pcl(i) = pcl(i)*(1.0-pclc(i,k))      !
181       END DO      DO k = klev, 1, -1
182    END DO         DO i = 1, klon
183    !            pctlwp(i) = pctlwp(i)  &
184    DO i = 1, klon                 + pqlwp(i,k)*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG
185       pct(i)=1.-pct(i)            pct(i) = pct(i)*(1.0-pclc(i,k))
186       pch(i)=1.-pch(i)            if (pplay(i,k).LE.cetahb*paprs(i,1)) &
187       pcm(i)=1.-pcm(i)                 pch(i) = pch(i)*(1.0-pclc(i,k))
188       pcl(i)=1.-pcl(i)            if (pplay(i,k).GT.cetahb*paprs(i,1) .AND. &
189    END DO                 pplay(i,k).LE.cetamb*paprs(i,1))  &
190    !                 pcm(i) = pcm(i)*(1.0-pclc(i,k))
191  END SUBROUTINE nuage            if (pplay(i,k).GT.cetamb*paprs(i,1)) &
192                   pcl(i) = pcl(i)*(1.0-pclc(i,k))
193           END DO
194        END DO
195        !
196        DO i = 1, klon
197           pct(i)=1.-pct(i)
198           pch(i)=1.-pch(i)
199           pcm(i)=1.-pcm(i)
200           pcl(i)=1.-pcl(i)
201        END DO
202        !
203      END SUBROUTINE nuage
204    
205    end module nuage_m

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