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trunk/Sources/phylmd/Radlwsw/radlwsw.f revision 134 by guez, Wed Apr 29 15:47:56 2015 UTC trunk/phylmd/Radlwsw/radlwsw.f revision 308 by guez, Tue Sep 18 15:14:40 2018 UTC
# Line 4  module radlwsw_m Line 4  module radlwsw_m
4    
5  contains  contains
6    
7    SUBROUTINE radlwsw(dist, mu0, fract, paprs, play, tsol, albedo, alblw, &    SUBROUTINE radlwsw(dist, mu0, fract, paprs, play, tsol, albedo, t, q, wo, &
8         t, q, wo, cldfra, cldemi, cldtaupd, heat, heat0, cool, cool0, radsol, &         cldfra, cldemi, cldtaupd, heat, heat0, cool, cool0, radsol, albpla, &
9         albpla, topsw, toplw, solsw, sollw, sollwdown, topsw0, toplw0, solsw0, &         topsw, toplw, solsw, sollw, sollwdown, topsw0, toplw0, solsw0, sollw0, &
10         sollw0, lwdn0, lwdn, lwup0, lwup, swdn0, swdn, swup0, swup, ok_ade, &         lwdn0, lwdn, lwup0, lwup, swdn0, swdn, swup0, swup, ok_ade, topswad, &
11         ok_aie, tau_ae, piz_ae, cg_ae, topswad, solswad, cldtaupi, topswai, &         solswad)
        solswai)  
12    
13      ! From LMDZ4/libf/phylmd/radlwsw.F, version 1.4 2005/06/06 13:16:33      ! From LMDZ4/libf/phylmd/radlwsw.F, version 1.4, 2005/06/06 13:16:33
14      ! Author: Z. X. Li (LMD/CNRS)      ! Author: Z. X. Li (LMD/CNRS)
15      ! Date: 1996/07/19      ! Date: 1996/07/19
16    
17      ! Objet : interface entre le modèle et les rayonnements solaire et      ! Objet : interface entre le modèle et les rayonnements solaire et
18      ! infrarouge      ! infrarouge
19    
20      ! ATTENTION: swai and swad have to be interpreted in the following manner:      ! ATTENTION: swad has to be interpreted in the following manner:
21        ! not ok_ade zero
22      ! not ok_ade and not ok_aie      ! ok_ade aerosol direct forcing is F_{AD} = topsw - topswad
     ! both are zero  
   
     ! ok_ade and not ok_aie  
     ! aerosol direct forcing is F_{AD} = topsw - topswad  
     ! indirect is zero  
   
     ! not ok_ade and ok_aie  
     ! aerosol indirect forcing is F_{AI} = topsw - topswai  
     ! direct is zero  
   
     ! ok_ade and ok_aie  
     ! aerosol indirect forcing is F_{AI} = topsw - topswai  
     ! aerosol direct forcing is F_{AD} = topswai - topswad  
23    
24      USE clesphys, ONLY: solaire      USE clesphys, ONLY: solaire
25      USE dimphy, ONLY: klev, klon      USE dimphy, ONLY: klev, klon
# Line 42  contains Line 28  contains
28      USE suphec_m, ONLY: rg      USE suphec_m, ONLY: rg
29      use sw_m, only: sw      use sw_m, only: sw
30      USE yoethf_m, ONLY: rvtmp2      USE yoethf_m, ONLY: rvtmp2
           
     ! Arguments:  
31    
32      real, intent(in):: dist ! distance astronomique terre-soleil      real, intent(in):: dist ! distance astronomique terre-soleil
33      real, intent(in):: mu0(klon) ! cosinus de l'angle zenithal      real, intent(in):: mu0(klon) ! cosinus de l'angle zenithal
34      real, intent(in):: fract(klon) ! duree d'ensoleillement normalisee      real, intent(in):: fract(klon) ! duree d'ensoleillement normalisee
35      real, intent(in):: paprs(klon, klev+1) ! pression a inter-couche (Pa)      real, intent(in):: paprs(klon, klev+1) ! pression a inter-couche (Pa)
36      real, intent(in):: play(klon, klev) ! pression au milieu de couche (Pa)      real, intent(in):: play(klon, klev) ! pression au milieu de couche (Pa)
37        real, intent(in):: tsol(klon) ! temperature du sol (en K)
38      real tsol(klon), albedo(klon), alblw(klon)      real, intent(in):: albedo(klon) ! albedo du sol (entre 0 et 1)
39      ! albedo---input-R- albedo du sol (entre 0 et 1)      real, intent(in):: t(klon, klev) ! temperature (K)
40      ! tsol-----input-R- temperature du sol (en K)      real, intent(in):: q(klon, klev) ! vapeur d'eau (en kg/kg)
     real, intent(in):: t(klon, klev)  
     ! t--------input-R- temperature (K)  
     real q(klon, klev)  
     ! q--------input-R- vapeur d'eau (en kg/kg)  
41    
42      real, intent(in):: wo(klon, klev)      real, intent(in):: wo(klon, klev)
43      ! column-density of ozone in a layer, in kilo-Dobsons      ! column-density of ozone in a layer, in kilo-Dobsons
44    
45      real cldfra(klon, klev), cldemi(klon, klev)      real, intent(in):: cldfra(klon, klev) ! fraction nuageuse (entre 0 et 1)
46      ! cldfra---input-R- fraction nuageuse (entre 0 et 1)  
47      ! cldemi---input-R- emissivite des nuages dans l'IR (entre 0 et 1)      real, intent(in):: cldemi(klon, klev)
48        ! emissivite des nuages dans l'IR (entre 0 et 1)
49    
50      real cldtaupd(klon, klev)      real, intent(in):: cldtaupd(klon, klev)
51      ! input-R- epaisseur optique des nuages dans le visible (present-day value)      ! epaisseur optique des nuages dans le visible (present-day value)
52    
53      real, intent(out):: heat(klon, klev)      real, intent(out):: heat(klon, klev)
54      ! échauffement atmosphérique (visible) (K/jour)      ! échauffement atmosphérique (visible) (K/jour)
55    
56      real heat0(klon, klev)      real, intent(out):: heat0(klon, klev) ! chauffage solaire ciel clair
57      real cool(klon, klev)      real, intent(out):: cool(klon, klev) ! refroidissement dans l'IR (K/jour)
58      ! cool-----output-R- refroidissement dans l'IR (K/jour)  
59      real cool0(klon, klev)      real, intent(out):: cool0(klon, klev)
60      real radsol(klon)      ! refroidissement infrarouge ciel clair
61      ! radsol---output-R- bilan radiatif net au sol (W/m**2) (+ vers le bas)  
62      real albpla(klon)      real, intent(out):: radsol(klon)
63      ! albpla---output-R- albedo planetaire (entre 0 et 1)      ! bilan radiatif net au sol (W/m**2), positif vers le bas
64      real topsw(klon)  
65      ! topsw----output-R- flux solaire net au sommet de l'atm.      real, intent(out):: albpla(klon) ! albedo planetaire (entre 0 et 1)
66        real, intent(out):: topsw(klon) ! flux solaire net au sommet de l'atm.
67    
68      real, intent(out):: toplw(klon)      real, intent(out):: toplw(klon)
69      ! rayonnement infrarouge montant au sommet de l'atmosphère      ! rayonnement infrarouge montant au sommet de l'atmosphère
# Line 89  contains Line 71  contains
71      real, intent(out):: solsw(klon) ! flux solaire net à la surface      real, intent(out):: solsw(klon) ! flux solaire net à la surface
72    
73      real, intent(out):: sollw(klon)      real, intent(out):: sollw(klon)
74      ! rayonnement infrarouge montant à la surface      ! rayonnement infrarouge net à la surface
75    
76      real, intent(out):: sollwdown(klon)      real, intent(out):: sollwdown(klon)
77      real topsw0(klon)      real, intent(out):: topsw0(klon)
78      real, intent(out):: toplw0(klon)      real, intent(out):: toplw0(klon)
79      real solsw0(klon), sollw0(klon)      real, intent(out):: solsw0(klon), sollw0(klon)
80      !IM output 3D: SWup, SWdn, LWup, LWdn      REAL, intent(out):: lwdn0(klon, klev+1), lwdn(klon, klev+1)
81      REAL lwdn0(klon, klev+1), lwdn(klon, klev+1)      REAL, intent(out):: lwup0(klon, klev+1), lwup(klon, klev+1)
82      REAL lwup0(klon, klev+1), lwup(klon, klev+1)      REAL, intent(out):: swdn0(klon, klev+1), swdn(klon, klev+1)
83      REAL swdn0(klon, klev+1), swdn(klon, klev+1)      REAL, intent(out):: swup0(klon, klev+1), swup(klon, klev+1)
84      REAL swup0(klon, klev+1), swup(klon, klev+1)  
85        logical, intent(in):: ok_ade ! apply the Aerosol Direct Effect
86      logical ok_ade, ok_aie  
87      ! switches whether to use aerosol direct (indirect) effects or not      real, intent(out):: topswad(klon), solswad(klon)
88      ! ok_ade---input-L- apply the Aerosol Direct Effect or not?      ! aerosol direct forcing at TOA and surface
89      ! ok_aie---input-L- apply the Aerosol Indirect Effect or not?      ! rayonnement solaire net absorb\'e
   
     real tau_ae(klon, klev, 2), piz_ae(klon, klev, 2), cg_ae(klon, klev, 2)  
     ! input-R- aerosol optical properties (calculated in aeropt.F)  
   
     real topswad(klon), solswad(klon)  
     ! output: aerosol direct forcing at TOA and surface  
     ! topswad---output-R- ray. solaire absorbe au sommet de l'atm. (aerosol dir)  
     ! solswad---output-R- ray. solaire net absorbe a la surface (aerosol dir)  
   
     real cldtaupi(klon, klev)  
     ! cloud optical thickness for pre-industrial aerosol concentrations  
     ! (i.e. with a smaller droplet concentration and thus larger droplet radii)  
     ! -input-R- epaisseur optique des nuages dans le visible  
     ! calculated for pre-industrial (pi) aerosol concentrations,  
     ! i.e. with smaller droplet concentration, thus larger droplets,  
     ! thus generally cdltaupi cldtaupd it is needed for the  
     ! diagnostics of the aerosol indirect radiative forcing  
   
     real topswai(klon), solswai(klon)  
     ! output: aerosol indirect forcing atTOA and surface  
     ! topswai---output-R- ray. solaire absorbe au sommet de l'atm. (aerosol ind)  
     ! solswai---output-R- ray. solaire net absorbe a la surface (aerosol ind)  
90    
91      ! Local:      ! Local:
92    
     double precision tauae(kdlon, klev, 2) ! aer opt properties  
     double precision pizae(kdlon, klev, 2)  
     double precision cgae(kdlon, klev, 2)  
   
     !IM output 3D  
93      DOUBLE PRECISION ZFSUP(KDLON, KLEV+1)      DOUBLE PRECISION ZFSUP(KDLON, KLEV+1)
94      DOUBLE PRECISION ZFSDN(KDLON, KLEV+1)      DOUBLE PRECISION ZFSDN(KDLON, KLEV+1)
95      DOUBLE PRECISION ZFSUP0(KDLON, KLEV+1)      DOUBLE PRECISION ZFSUP0(KDLON, KLEV+1)
# Line 156  contains Line 111  contains
111      DOUBLE PRECISION PTAVE(kdlon, klev)      DOUBLE PRECISION PTAVE(kdlon, klev)
112      DOUBLE PRECISION PWV(kdlon, klev), PQS(kdlon, klev)      DOUBLE PRECISION PWV(kdlon, klev), PQS(kdlon, klev)
113      DOUBLE PRECISION POZON(kdlon, klev) ! mass fraction of ozone      DOUBLE PRECISION POZON(kdlon, klev) ! mass fraction of ozone
114      DOUBLE PRECISION PAER(kdlon, klev, 5)      DOUBLE PRECISION PAER(kdlon, klev, 5) ! AEROSOLS' OPTICAL THICKNESS
115      DOUBLE PRECISION PCLDLD(kdlon, klev)      DOUBLE PRECISION PCLDLD(kdlon, klev)
116      DOUBLE PRECISION PCLDLU(kdlon, klev)      DOUBLE PRECISION PCLDLU(kdlon, klev)
117      DOUBLE PRECISION PCLDSW(kdlon, klev)      DOUBLE PRECISION PCLDSW(kdlon, klev)
# Line 177  contains Line 132  contains
132      DOUBLE PRECISION zznormcp      DOUBLE PRECISION zznormcp
133    
134      !jq the following quantities are needed for the aerosol radiative forcings      !jq the following quantities are needed for the aerosol radiative forcings
   
     DOUBLE PRECISION PTAUA(kdlon, 2, klev)  
     ! present-day value of cloud opt thickness (PTAU is pre-industrial  
     ! value), local use  
   
     DOUBLE PRECISION POMEGAA(kdlon, 2, klev) ! dito for single scatt albedo  
   
135      DOUBLE PRECISION ztopswad(kdlon), zsolswad(kdlon)      DOUBLE PRECISION ztopswad(kdlon), zsolswad(kdlon)
136      ! Aerosol direct forcing at TOAand surface      ! Aerosol direct forcing at TOA and surface
137    
     DOUBLE PRECISION ztopswai(kdlon), zsolswai(kdlon) ! dito, indirect  
138      real, parameter:: dobson_u = 2.1415e-05 ! Dobson unit, in kg m-2      real, parameter:: dobson_u = 2.1415e-05 ! Dobson unit, in kg m-2
139    
140      !----------------------------------------------------------------------      !----------------------------------------------------------------------
141    
     tauae = 0.  
     pizae = 0.  
     cgae = 0.  
   
142      nb_gr = klon / kdlon      nb_gr = klon / kdlon
143      IF (nb_gr * kdlon /= klon) THEN      IF (nb_gr * kdlon /= klon) THEN
144         PRINT *, "kdlon mauvais :", klon, kdlon, nb_gr         PRINT *, "kdlon mauvais :", klon, kdlon, nb_gr
145         stop 1         stop 1
146      ENDIF      ENDIF
147        
148      heat = 0.      heat = 0.
149      cool = 0.      cool = 0.
150      heat0 = 0.      heat0 = 0.
# Line 213  contains Line 156  contains
156            zfract(i) = fract(iof+i)            zfract(i) = fract(iof+i)
157            zrmu0(i) = mu0(iof+i)            zrmu0(i) = mu0(iof+i)
158            PALBD(i, 1) = albedo(iof+i)            PALBD(i, 1) = albedo(iof+i)
159            PALBD(i, 2) = alblw(iof+i)            PALBD(i, 2) = albedo(iof+i)
160            PALBP(i, 1) = albedo(iof+i)            PALBP(i, 1) = albedo(iof+i)
161            PALBP(i, 2) = alblw(iof+i)            PALBP(i, 2) = albedo(iof+i)
162            ! cf. JLD pour etre en accord avec ORCHIDEE il faut mettre            ! cf. JLD pour etre en accord avec ORCHIDEE il faut mettre
163            ! PEMIS(i) = 0.96            ! PEMIS(i) = 0.96
164            PEMIS(i) = 1.0            PEMIS(i) = 1.
165            PVIEW(i) = 1.66            PVIEW(i) = 1.66
166            PPSOL(i) = paprs(iof+i, 1)            PPSOL(i) = paprs(iof+i, 1)
167            zx_alpha1 = (paprs(iof+i, 1)-play(iof+i, 2))  &            zx_alpha1 = (paprs(iof+i, 1)-play(iof+i, 2))  &
168                 / (play(iof+i, 1)-play(iof+i, 2))                 / (play(iof+i, 1)-play(iof+i, 2))
169            zx_alpha2 = 1.0 - zx_alpha1            zx_alpha2 = 1. - zx_alpha1
170            PTL(i, 1) = t(iof+i, 1) * zx_alpha1 + t(iof+i, 2) * zx_alpha2            PTL(i, 1) = t(iof+i, 1) * zx_alpha1 + t(iof+i, 2) * zx_alpha2
171            PTL(i, klev+1) = t(iof+i, klev)            PTL(i, klev+1) = t(iof+i, klev)
172            PDT0(i) = tsol(iof+i) - PTL(i, 1)            PDT0(i) = tsol(iof+i) - PTL(i, 1)
# Line 237  contains Line 180  contains
180            DO i = 1, kdlon            DO i = 1, kdlon
181               PDP(i, k) = paprs(iof+i, k)-paprs(iof+i, k+1)               PDP(i, k) = paprs(iof+i, k)-paprs(iof+i, k+1)
182               PTAVE(i, k) = t(iof+i, k)               PTAVE(i, k) = t(iof+i, k)
183               PWV(i, k) = MAX (q(iof+i, k), 1.0e-12)               PWV(i, k) = MAX (q(iof+i, k), 1e-12)
184               PQS(i, k) = PWV(i, k)               PQS(i, k) = PWV(i, k)
185               POZON(i, k) = wo(iof+i, k) * RG * dobson_u * 1e3 &               POZON(i, k) = wo(iof+i, k) * RG * dobson_u * 1e3 &
186                    / (paprs(iof+i, k) - paprs(iof+i, k+1))                    / (paprs(iof+i, k) - paprs(iof+i, k+1))
187               PCLDLD(i, k) = cldfra(iof+i, k)*cldemi(iof+i, k)               PCLDLD(i, k) = cldfra(iof+i, k)*cldemi(iof+i, k)
188               PCLDLU(i, k) = cldfra(iof+i, k)*cldemi(iof+i, k)               PCLDLU(i, k) = cldfra(iof+i, k)*cldemi(iof+i, k)
189               PCLDSW(i, k) = cldfra(iof+i, k)               PCLDSW(i, k) = cldfra(iof+i, k)
190               PTAU(i, 1, k) = MAX(cldtaupi(iof+i, k), 1.0e-05)               PTAU(i, 1, k) = MAX(cldtaupd(iof+i, k), 1e-05)
191               ! (1e-12 serait instable)               ! (1e-12 serait instable)
192               PTAU(i, 2, k) = MAX(cldtaupi(iof+i, k), 1.0e-05)               PTAU(i, 2, k) = MAX(cldtaupd(iof+i, k), 1e-05)
193               ! (pour 32-bit machines)               ! (pour 32-bit machines)
194               POMEGA(i, 1, k) = 0.9999 - 5.0e-04 * EXP(-0.5 * PTAU(i, 1, k))               POMEGA(i, 1, k) = 0.9999 - 5e-04 * EXP(-0.5 * PTAU(i, 1, k))
195               POMEGA(i, 2, k) = 0.9988 - 2.5e-03 * EXP(-0.05 * PTAU(i, 2, k))               POMEGA(i, 2, k) = 0.9988 - 2.5e-03 * EXP(-0.05 * PTAU(i, 2, k))
196               PCG(i, 1, k) = 0.865               PCG(i, 1, k) = 0.865
197               PCG(i, 2, k) = 0.910               PCG(i, 2, k) = 0.910
   
              ! Introduced for aerosol indirect forcings.  The  
              ! following values use the cloud optical thickness  
              ! calculated from present-day aerosol concentrations  
              ! whereas the quantities without the "A" at the end are  
              ! for pre-industial (natural-only) aerosol concentrations  
              PTAUA(i, 1, k) = MAX(cldtaupd(iof+i, k), 1.0e-05)  
              ! (1e-12 serait instable)  
              PTAUA(i, 2, k) = MAX(cldtaupd(iof+i, k), 1.0e-05)  
              ! (pour 32-bit machines)  
              POMEGAA(i, 1, k) = 0.9999 - 5.0e-04 * EXP(-0.5 * PTAUA(i, 1, k))  
              POMEGAA(i, 2, k) = 0.9988 - 2.5e-03 * EXP(-0.05 * PTAUA(i, 2, k))  
              !jq-end  
198            ENDDO            ENDDO
199         ENDDO         ENDDO
200    
201         DO k = 1, klev+1         DO k = 1, klev+1
202            DO i = 1, kdlon            DO i = 1, kdlon
203               PPMB(i, k) = paprs(iof+i, k)/100.0               PPMB(i, k) = paprs(iof+i, k)/100.
204            ENDDO            ENDDO
205         ENDDO         ENDDO
206    
207         DO kk = 1, 5         DO kk = 1, 5
208            DO k = 1, klev            DO k = 1, klev
209               DO i = 1, kdlon               DO i = 1, kdlon
210                  PAER(i, k, kk) = 1.0E-15                  PAER(i, k, kk) = 1E-15
211               ENDDO               ENDDO
212            ENDDO            ENDDO
213         ENDDO         ENDDO
214    
215         DO k = 1, klev         CALL LW(PPMB, PDP, PDT0, PEMIS, PTL, PTAVE, PWV, POZON, PAER, PCLDLD, &
216            DO i = 1, kdlon              PCLDLU, PVIEW, zcool, zcool0, ztoplw, zsollw, ztoplw0, zsollw0, &
217               tauae(i, k, 1) = tau_ae(iof+i, k, 1)              zsollwdown, ZFLUP, ZFLDN, ZFLUP0, ZFLDN0)
              pizae(i, k, 1) = piz_ae(iof+i, k, 1)  
              cgae(i, k, 1) =cg_ae(iof+i, k, 1)  
              tauae(i, k, 2) = tau_ae(iof+i, k, 2)  
              pizae(i, k, 2) = piz_ae(iof+i, k, 2)  
              cgae(i, k, 2) =cg_ae(iof+i, k, 2)  
           ENDDO  
        ENDDO  
   
        CALL LW(PPMB, PDP, PPSOL, PDT0, PEMIS, PTL, PTAVE, PWV, POZON, PAER, &  
             PCLDLD, PCLDLU, PVIEW, zcool, zcool0, ztoplw, zsollw, ztoplw0, &  
             zsollw0, zsollwdown, ZFLUP, ZFLDN, ZFLUP0, ZFLDN0)  
218         CALL SW(PSCT, zrmu0, zfract, PPMB, PDP, PPSOL, PALBD, PALBP, PTAVE, &         CALL SW(PSCT, zrmu0, zfract, PPMB, PDP, PPSOL, PALBD, PALBP, PTAVE, &
219              PWV, PQS, POZON, PAER, PCLDSW, PTAU, POMEGA, PCG, zheat, zheat0, &              PWV, PQS, POZON, PCLDSW, PTAU, POMEGA, PCG, zheat, zheat0, &
220              zalbpla, ztopsw, zsolsw, ztopsw0, zsolsw0, ZFSUP, ZFSDN, ZFSUP0, &              zalbpla, ztopsw, zsolsw, ztopsw0, zsolsw0, ZFSUP, ZFSDN, ZFSUP0, &
221              ZFSDN0, tauae, pizae, cgae, PTAUA, POMEGAA, ztopswad, zsolswad, &              ZFSDN0, ztopswad, zsolswad, ok_ade)
             ztopswai, zsolswai, ok_ade, ok_aie)  
222    
223         DO i = 1, kdlon         DO i = 1, kdlon
224            radsol(iof+i) = zsolsw(i) + zsollw(i)            radsol(iof+i) = zsolsw(i) + zsollw(i)
# Line 338  contains Line 256  contains
256            ENDDO            ENDDO
257         ELSE         ELSE
258            DO i = 1, kdlon            DO i = 1, kdlon
259               topswad(iof+i) = 0.0               topswad(iof+i) = 0.
260               solswad(iof+i) = 0.0               solswad(iof+i) = 0.
           ENDDO  
        ENDIF  
        IF (ok_aie) THEN  
           DO i = 1, kdlon  
              topswai(iof+i) = ztopswai(i)  
              solswai(iof+i) = zsolswai(i)  
           ENDDO  
        ELSE  
           DO i = 1, kdlon  
              topswai(iof+i) = 0.0  
              solswai(iof+i) = 0.0  
261            ENDDO            ENDDO
262         ENDIF         ENDIF
263    
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