/[lmdze]/trunk/phylmd/newmicro.f90
ViewVC logotype

Diff of /trunk/phylmd/newmicro.f90

Parent Directory Parent Directory | Revision Log Revision Log | View Patch Patch

trunk/libf/phylmd/newmicro.f revision 38 by guez, Thu Jan 6 17:52:19 2011 UTC trunk/phylmd/newmicro.f90 revision 337 by guez, Mon Sep 16 16:54:50 2019 UTC
# Line 1  Line 1 
1  !  module newmicro_m
2  ! $Header: /home/cvsroot/LMDZ4/libf/phylmd/newmicro.F,v 1.2 2004/06/03 09:22:43 lmdzadmin Exp $  
3  !    IMPLICIT none
4        SUBROUTINE newmicro (paprs, pplay,ok_newmicro,  
5       .                  t, pqlwp, pclc, pcltau, pclemi,  contains
6       .                  pch, pcl, pcm, pct, pctlwp,  
7       s                  xflwp, xfiwp, xflwc, xfiwc,    SUBROUTINE newmicro (paprs, play, t, qlwp, clc, cldtau, clemi, cldh, cldl, &
8       e                  ok_aie,         cldm, cldt, ctlwp, flwp, fiwp, flwc, fiwc)
9       e                  sulfate, sulfate_pi,  
10       e                  bl95_b0, bl95_b1,      ! From LMDZ4/libf/phylmd/newmicro.F, version 1.2 2004/06/03 09:22:43
11       s                  cldtaupi, re, fl)  
12        use dimens_m      ! Authors: Z. X. Li (LMD/CNRS), Johannes Quaas
13        use dimphy      ! Date: 1993/09/10
14        use SUPHEC_M      ! Objet: calcul de l'\'epaisseur optique et de l'\'emissivit\'e des nuages.
15        use nuagecom  
16        IMPLICIT none      USE conf_phys_m, ONLY: rad_chau1, rad_chau2
17  c======================================================================      USE dimphy, ONLY: klev, klon
18  c Auteur(s): Z.X. Li (LMD/CNRS) date: 19930910      USE histwrite_phy_m, ONLY: histwrite_phy
19  c Objet: Calculer epaisseur optique et emmissivite des nuages      USE suphec_m, ONLY: rg
20  c======================================================================  
21  c Arguments:      REAL, intent(in):: paprs(:, :) ! (klon, klev+1)
22  c t-------input-R-temperature      real, intent(in):: play(:, :) ! (klon, klev)
23  c pqlwp---input-R-eau liquide nuageuse dans l'atmosphere (kg/kg)      REAL, intent(in):: t(:, :) ! (klon, klev) temperature
24  c pclc----input-R-couverture nuageuse pour le rayonnement (0 a 1)  
25  c      REAL, intent(in):: qlwp(:, :) ! (klon, klev)
26  c ok_aie--input-L-apply aerosol indirect effect or not      ! eau liquide nuageuse dans l'atmosphère (kg / kg)
27  c sulfate-input-R-sulfate aerosol mass concentration [um/m^3]  
28  c sulfate_pi-input-R-dito, pre-industrial value      REAL, intent(inout):: clc(:, :) ! (klon, klev)
29  c bl95_b0-input-R-a parameter, may be varied for tests (s-sea, l-land)      ! couverture nuageuse pour le rayonnement (0 à 1)
30  c bl95_b1-input-R-a parameter, may be varied for tests (    -"-      )  
31  c            REAL, intent(out):: cldtau(:, :) ! (klon, klev)
32  c cldtaupi-output-R-pre-industrial value of cloud optical thickness,      ! \'epaisseur optique des nuages
33  c                   needed for the diagnostics of the aerosol indirect      
34  c                   radiative forcing (see radlwsw)      REAL, intent(out):: clemi(:, :) ! (klon, klev)
35  c re------output-R-Cloud droplet effective radius multiplied by fl [um]      ! \'emissivit\'e des nuages (0 à 1)
36  c fl------output-R-Denominator to re, introduced to avoid problems in  
37  c                  the averaging of the output. fl is the fraction of liquid      REAL, intent(out):: cldh(:), cldl(:), cldm(:), cldt(:) ! (klon)
38  c                  water clouds within a grid cell                REAL, intent(out):: ctlwp(:) ! (klon)
39  c pcltau--output-R-epaisseur optique des nuages      REAL, intent(out):: flwp(:), fiwp(:) ! (klon)
40  c pclemi--output-R-emissivite des nuages (0 a 1)      REAL, intent(out):: flwc(:, :), fiwc(:, :) ! (klon, klev)
41  c======================================================================  
42  C      ! Local:
43  c  
44        REAL, intent(in):: paprs(klon,klev+1)      REAL re(klon, klev)
45        real, intent(in):: pplay(klon,klev)      ! cloud droplet effective radius multiplied by fl (micro m)
46        REAL t(klon,klev)  
47  c      REAL fl(klon, klev)
48        REAL pclc(klon,klev)      ! Denominator to re, introduced to avoid problems in the averaging
49        REAL pqlwp(klon,klev)      ! of the output. fl is the fraction of liquid water clouds within
50        REAL pcltau(klon,klev), pclemi(klon,klev)      ! a grid cell.
51  c  
52        REAL pct(klon), pctlwp(klon), pch(klon), pcl(klon), pcm(klon)      REAL, PARAMETER:: cetahb = 0.45, cetamb = 0.8
53  c      INTEGER i, k
54        LOGICAL lo      REAL zflwp
55  c      real fice ! fraction of ice in cloud
56        REAL cetahb, cetamb      REAL rad_chaud
57        PARAMETER (cetahb = 0.45, cetamb = 0.80)      REAL, PARAMETER:: coef_chau = 0.13
58  C      REAL, PARAMETER:: seuil_neb = 0.001, t_glace = 258.
59        INTEGER i, k      real rel, tc, rei, zfiwp
60  cIM: 091003   REAL zflwp, zradef, zfice, zmsac      real k_ice
61        REAL zflwp(klon), zradef, zfice, zmsac      real, parameter:: k_ice0 = 0.005 ! units=m2 / g
62  cIM: 091003 rajout      real, parameter:: DF = 1.66 ! diffusivity factor
63        REAL xflwp(klon), xfiwp(klon)  
64        REAL xflwc(klon,klev), xfiwc(klon,klev)      !-----------------------------------------------------------------
65  c  
66        REAL radius, rad_chaud      ! Calculer l'\'epaisseur optique et l'\'emissivit\'e des nuages
67  cc      PARAMETER (rad_chau1=13.0, rad_chau2=9.0, rad_froid=35.0)  
68  ccc      PARAMETER (rad_chaud=15.0, rad_froid=35.0)      loop_horizontal: DO i = 1, klon
69  c sintex initial      PARAMETER (rad_chaud=10.0, rad_froid=30.0)         flwp(i) = 0.
70        REAL coef, coef_froi, coef_chau         fiwp(i) = 0.
71        PARAMETER (coef_chau=0.13, coef_froi=0.09)  
72        REAL seuil_neb, t_glace         loop_vertical: DO k = 1, klev
73        PARAMETER (seuil_neb=0.001, t_glace=273.0-15.0)            clc(i, k) = MAX(clc(i, k), seuil_neb)
74        INTEGER nexpo ! exponentiel pour glace/eau  
75        PARAMETER (nexpo=6)            ! liquid/ice cloud water paths:
76  ccc      PARAMETER (nexpo=1)  
77              ! Linear transition:
78  c -- sb:            fice = 1. - (t(i, k) - t_glace) / (273.13 - t_glace)
79        logical ok_newmicro            fice = MIN(MAX(fice, 0.), 1.)
80  c     parameter (ok_newmicro=.FALSE.)  
81  cIM: 091003   real rel, tc, rei, zfiwp            zflwp = 1000. * (1. - fice) * qlwp(i, k) / clc(i, k) &
82        real rel, tc, rei, zfiwp(klon)                 * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
83        real k_liq, k_ice0, k_ice, DF            zfiwp = 1000. * fice * qlwp(i, k) / clc(i, k) &
84        parameter (k_liq=0.0903, k_ice0=0.005) ! units=m2/g                 * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
85        parameter (DF=1.66) ! diffusivity factor  
86  c sb --            flwp(i) = flwp(i) &
87  cjq for the aerosol indirect effect                 + (1. - fice) * qlwp(i, k) * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
88  cjq introduced by Johannes Quaas (quaas@lmd.jussieu.fr), 27/11/2003            fiwp(i) = fiwp(i) &
89  cjq                       + fice * qlwp(i, k) * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
90        LOGICAL ok_aie            ! Apply AIE or not?  
91        LOGICAL ok_a1lwpdep       ! a1 LWP dependent?            ! Total Liquid/Ice water content
92                    flwc(i, k) = (1.-fice) * qlwp(i, k)
93        REAL sulfate(klon, klev)  ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3]            fiwc(i, k) = fice * qlwp(i, k)
94        REAL cdnc(klon, klev)     ! cloud droplet number concentration [m-3]            ! In-Cloud Liquid/Ice water content
95        REAL re(klon, klev)       ! cloud droplet effective radius [um]  
96        REAL sulfate_pi(klon, klev)  ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3] (pre-industrial value)            ! effective cloud droplet radius (microns):
97        REAL cdnc_pi(klon, klev)     ! cloud droplet number concentration [m-3] (pi value)  
98        REAL re_pi(klon, klev)       ! cloud droplet effective radius [um] (pi value)            ! for liquid water clouds:
99                    rad_chaud = merge(rad_chau2, rad_chau1, k <= 3)
100        REAL fl(klon, klev)       ! xliq * rneb (denominator to re; fraction of liquid water clouds within the grid cell)            
101                    ! For output diagnostics
102        REAL bl95_b0, bl95_b1     ! Parameter in B&L 95-Formula  
103                    ! Cloud droplet effective radius (micro m)
104        REAL cldtaupi(klon, klev) ! pre-industrial cloud opt thickness for diag  
105  cjq-end                ! we multiply here with f * xl (fraction of liquid water
106  c            ! clouds in the grid cell) to avoid problems in the
107  c Calculer l'epaisseur optique et l'emmissivite des nuages            ! averaging of the output.
108  c            ! In the output of IOIPSL, derive the real cloud droplet
109  cIM inversion des DO            ! effective radius as re/fl
110        DO i = 1, klon  
111         xflwp(i)=0.            fl(i, k) = clc(i, k) * (1.-fice)
112         xfiwp(i)=0.            re(i, k) = rad_chaud * fl(i, k)
113        DO k = 1, klev  
114  c            rel = rad_chaud
115         xflwc(i,k)=0.            ! for ice clouds: as a function of the ambiant temperature
116         xfiwc(i,k)=0.            ! (formula used by Iacobellis and Somerville (2000), with an
117  c            ! asymptotical value of 3.5 microns at T<-81.4 C added to be
118           rad_chaud = rad_chau1            ! consistent with observations of Heymsfield et al. 1986):
119           IF (k.LE.3) rad_chaud = rad_chau2            tc = t(i, k)-273.15
120           pclc(i,k) = MAX(pclc(i,k), seuil_neb)            rei = merge(3.5, 0.71 * tc + 61.29, tc <= -81.4)
121           zflwp(i) = 1000.*pqlwp(i,k)/RG/pclc(i,k)  
122       .          *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))            ! Cloud optical thickness:
123           zfice = 1.0 - (t(i,k)-t_glace) / (273.13-t_glace)            ! (for liquid clouds, traditional formula, for ice clouds,
124           zfice = MIN(MAX(zfice,0.0),1.0)            ! Ebert and Curry (1992))
125           zfice = zfice**nexpo            if (zflwp == 0.) rel = 1.
126           radius = rad_chaud * (1.-zfice) + rad_froid * zfice            if (zfiwp == 0. .or. rei <= 0.) rei = 1.
127           coef = coef_chau * (1.-zfice) + coef_froi * zfice            cldtau(i, k) = 3. / 2. * (zflwp / rel) &
128           pcltau(i,k) = 3.0/2.0 * zflwp(i) / radius                 + zfiwp * (3.448e-03 + 2.431 / rei)
129           pclemi(i,k) = 1.0 - EXP( - coef * zflwp(i))  
130              ! cloud infrared emissivity:
131           if (ok_newmicro) then  
132              ! (the broadband infrared absorption coefficient is parameterized
133  c -- liquid/ice cloud water paths:            ! as a function of the effective cld droplet radius)
134    
135           zfice = 1.0 - (t(i,k)-t_glace) / (273.13-t_glace)            ! Ebert and Curry (1992) formula as used by Kiehl & Zender (1995):
136           zfice = MIN(MAX(zfice,0.0),1.0)            k_ice = k_ice0 + 1. / rei
137    
138           zflwp(i) = 1000.*(1.-zfice)*pqlwp(i,k)/pclc(i,k)            clemi(i, k) = 1. - EXP(- coef_chau * zflwp - DF * k_ice * zfiwp)
139       :          *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG  
140           zfiwp(i) = 1000.*zfice*pqlwp(i,k)/pclc(i,k)            if (clc(i, k) <= seuil_neb) then
141       :          *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG               clc(i, k) = 0.
142                 cldtau(i, k) = 0.
143           xflwp(i) = xflwp(i)+ (1.-zfice)*pqlwp(i,k)               clemi(i, k) = 0.
144       :          *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG            end if
145           xfiwp(i) = xfiwp(i)+ zfice*pqlwp(i,k)         ENDDO loop_vertical
146       :          *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG      ENDDO loop_horizontal
147    
148  cIM Total Liquid/Ice water content      ! COMPUTE CLOUD LIQUID PATH AND TOTAL CLOUDINESS
149           xflwc(i,k) = xflwc(i,k)+(1.-zfice)*pqlwp(i,k)  
150           xfiwc(i,k) = xfiwc(i,k)+zfice*pqlwp(i,k)      DO i = 1, klon
151  cIM In-Cloud Liquid/Ice water content         cldt(i)=1.
152  c        xflwc(i,k) = xflwc(i,k)+(1.-zfice)*pqlwp(i,k)/pclc(i,k)         cldh(i)=1.
153  c        xfiwc(i,k) = xfiwc(i,k)+zfice*pqlwp(i,k)/pclc(i,k)         cldm(i) = 1.
154           cldl(i) = 1.
155  c -- effective cloud droplet radius (microns):         ctlwp(i) = 0.
156        ENDDO
157  c for liquid water clouds:  
158           IF (ok_aie) THEN      DO k = klev, 1, -1
159              ! Formula "D" of Boucher and Lohmann, Tellus, 1995         DO i = 1, klon
160              !                        ctlwp(i) = ctlwp(i) &
161              cdnc(i,k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1*                 + qlwp(i, k) * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
162       .           log(MAX(sulfate(i,k),1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3            cldt(i) = cldt(i) * (1.-clc(i, k))
163              ! Cloud droplet number concentration (CDNC) is restricted            if (play(i, k) <= cetahb * paprs(i, 1)) &
164              ! to be within [20, 1000 cm^3]                 cldh(i) = cldh(i) * (1. - clc(i, k))
165              !            if (play(i, k) > cetahb * paprs(i, 1) .AND. &
166              cdnc(i,k)=MIN(1000.e6,MAX(20.e6,cdnc(i,k)))                 play(i, k) <= cetamb * paprs(i, 1)) &
167              !                 cldm(i) = cldm(i) * (1.-clc(i, k))
168              !            if (play(i, k) > cetamb * paprs(i, 1)) &
169              cdnc_pi(i,k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1*                 cldl(i) = cldl(i) * (1. - clc(i, k))
170       .           log(MAX(sulfate_pi(i,k),1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3         ENDDO
171              cdnc_pi(i,k)=MIN(1000.e6,MAX(20.e6,cdnc_pi(i,k)))      ENDDO
172              !              
173              !      DO i = 1, klon
174              ! air density: pplay(i,k) / (RD * zT(i,k))         cldt(i)=1.-cldt(i)
175              ! factor 1.1: derive effective radius from volume-mean radius         cldh(i)=1.-cldh(i)
176              ! factor 1000 is the water density         cldm(i)=1.-cldm(i)
177              ! _chaud means that this is the CDR for liquid water clouds         cldl(i)=1.-cldl(i)
178              !      ENDDO
179              rad_chaud =  
180       .           1.1 * ( (pqlwp(i,k) * pplay(i,k) / (RD * T(i,k)) )        CALL histwrite_phy("re", re)
181       .               / (4./3. * RPI * 1000. * cdnc(i,k)) )**(1./3.)      CALL histwrite_phy("fl", fl)
182              !  
183              ! Convert to um. CDR shall be at least 3 um.    END SUBROUTINE newmicro
184              !  
185  c           rad_chaud = MAX(rad_chaud*1.e6, 3.)  end module newmicro_m
             rad_chaud = MAX(rad_chaud*1.e6, 5.)  
               
             ! Pre-industrial cloud opt thickness  
             !  
             ! "radius" is calculated as rad_chaud above (plus the  
             ! ice cloud contribution) but using cdnc_pi instead of  
             ! cdnc.  
             radius =  
      .           1.1 * ( (pqlwp(i,k) * pplay(i,k) / (RD * T(i,k)) )    
      .               / (4./3. * RPI * 1000. * cdnc_pi(i,k)) )**(1./3.)  
             radius = MAX(radius*1.e6, 5.)  
               
             tc = t(i,k)-273.15  
             rei = 0.71*tc + 61.29  
             if (tc.le.-81.4) rei = 3.5  
             if (zflwp(i).eq.0.) radius = 1.  
             if (zfiwp(i).eq.0. .or. rei.le.0.) rei = 1.  
             cldtaupi(i,k) = 3.0/2.0 * zflwp(i) / radius  
      .             + zfiwp(i) * (3.448e-03  + 2.431/rei)  
          ENDIF                  ! ok_aie  
          ! For output diagnostics  
          !  
          ! Cloud droplet effective radius [um]  
          !  
          ! we multiply here with f * xl (fraction of liquid water  
          ! clouds in the grid cell) to avoid problems in the  
          ! averaging of the output.  
          ! In the output of IOIPSL, derive the real cloud droplet  
          ! effective radius as re/fl  
          !  
          fl(i,k) = pclc(i,k)*(1.-zfice)              
          re(i,k) = rad_chaud*fl(i,k)  
               
 c-jq end          
           
          rel = rad_chaud  
 c for ice clouds: as a function of the ambiant temperature  
 c [formula used by Iacobellis and Somerville (2000), with an  
 c asymptotical value of 3.5 microns at T<-81.4 C added to be  
 c consistent with observations of Heymsfield et al. 1986]:  
          tc = t(i,k)-273.15  
          rei = 0.71*tc + 61.29  
          if (tc.le.-81.4) rei = 3.5  
   
 c -- cloud optical thickness :  
   
 c [for liquid clouds, traditional formula,  
 c  for ice clouds, Ebert & Curry (1992)]  
   
          if (zflwp(i).eq.0.) rel = 1.  
          if (zfiwp(i).eq.0. .or. rei.le.0.) rei = 1.  
          pcltau(i,k) = 3.0/2.0 * ( zflwp(i)/rel )  
      .             + zfiwp(i) * (3.448e-03  + 2.431/rei)  
   
 c -- cloud infrared emissivity:  
   
 c [the broadband infrared absorption coefficient is parameterized  
 c  as a function of the effective cld droplet radius]  
   
 c Ebert and Curry (1992) formula as used by Kiehl & Zender (1995):  
          k_ice = k_ice0 + 1.0/rei  
   
          pclemi(i,k) = 1.0  
      .      - EXP( - coef_chau*zflwp(i) - DF*k_ice*zfiwp(i) )  
   
          endif ! ok_newmicro  
   
          lo = (pclc(i,k) .LE. seuil_neb)  
          IF (lo) pclc(i,k) = 0.0  
          IF (lo) pcltau(i,k) = 0.0  
          IF (lo) pclemi(i,k) = 0.0  
           
          IF (lo) cldtaupi(i,k) = 0.0  
          IF (.NOT.ok_aie) cldtaupi(i,k)=pcltau(i,k)              
       ENDDO  
       ENDDO  
 ccc      DO k = 1, klev  
 ccc      DO i = 1, klon  
 ccc         t(i,k) = t(i,k)  
 ccc         pclc(i,k) = MAX( 1.e-5 , pclc(i,k) )  
 ccc         lo = pclc(i,k) .GT. (2.*1.e-5)  
 ccc         zflwp = pqlwp(i,k)*1000.*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))  
 ccc     .          /(rg*pclc(i,k))  
 ccc         zradef = 10.0 + (1.-sigs(k))*45.0  
 ccc         pcltau(i,k) = 1.5 * zflwp / zradef  
 ccc         zfice=1.0-MIN(MAX((t(i,k)-263.)/(273.-263.),0.0),1.0)  
 ccc         zmsac = 0.13*(1.0-zfice) + 0.08*zfice  
 ccc         pclemi(i,k) = 1.-EXP(-zmsac*zflwp)  
 ccc         if (.NOT.lo) pclc(i,k) = 0.0  
 ccc         if (.NOT.lo) pcltau(i,k) = 0.0  
 ccc         if (.NOT.lo) pclemi(i,k) = 0.0  
 ccc      ENDDO  
 ccc      ENDDO  
 cccccc      print*, 'pas de nuage dans le rayonnement'  
 cccccc      DO k = 1, klev  
 cccccc      DO i = 1, klon  
 cccccc         pclc(i,k) = 0.0  
 cccccc         pcltau(i,k) = 0.0  
 cccccc         pclemi(i,k) = 0.0  
 cccccc      ENDDO  
 cccccc      ENDDO  
 C  
 C COMPUTE CLOUD LIQUID PATH AND TOTAL CLOUDINESS  
 C  
       DO i = 1, klon  
          pct(i)=1.0  
          pch(i)=1.0  
          pcm(i) = 1.0  
          pcl(i) = 1.0  
          pctlwp(i) = 0.0  
       ENDDO  
 C  
       DO k = klev, 1, -1  
       DO i = 1, klon  
          pctlwp(i) = pctlwp(i)  
      .             + pqlwp(i,k)*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG  
          pct(i) = pct(i)*(1.0-pclc(i,k))  
          if (pplay(i,k).LE.cetahb*paprs(i,1))  
      .      pch(i) = pch(i)*(1.0-pclc(i,k))  
          if (pplay(i,k).GT.cetahb*paprs(i,1) .AND.  
      .       pplay(i,k).LE.cetamb*paprs(i,1))  
      .      pcm(i) = pcm(i)*(1.0-pclc(i,k))  
          if (pplay(i,k).GT.cetamb*paprs(i,1))  
      .      pcl(i) = pcl(i)*(1.0-pclc(i,k))  
       ENDDO  
       ENDDO  
 C  
       DO i = 1, klon  
          pct(i)=1.-pct(i)  
          pch(i)=1.-pch(i)  
          pcm(i)=1.-pcm(i)  
          pcl(i)=1.-pcl(i)  
       ENDDO  
 C  
       RETURN  
       END  

Legend:
Removed from v.38  
changed lines
  Added in v.337

  ViewVC Help
Powered by ViewVC 1.1.21