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trunk/libf/phylmd/newmicro.f90 revision 68 by guez, Wed Nov 14 16:59:30 2012 UTC trunk/Sources/phylmd/newmicro.f revision 217 by guez, Thu Mar 30 14:25:18 2017 UTC
# Line 4  module newmicro_m Line 4  module newmicro_m
4    
5  contains  contains
6    
7    SUBROUTINE newmicro (paprs, pplay,ok_newmicro, t, pqlwp, pclc, pcltau, &    SUBROUTINE newmicro (paprs, play, t, qlwp, clc, cltau, clemi, cldh, cldl, &
8         pclemi, pch, pcl, pcm, pct, pctlwp, xflwp, xfiwp, xflwc, xfiwc, &         cldm, cldt, ctlwp, flwp, fiwp, flwc, fiwc)
        ok_aie, sulfate, sulfate_pi, bl95_b0, bl95_b1, cldtaupi, re, fl)  
9    
10      ! From LMDZ4/libf/phylmd/newmicro.F, version 1.2 2004/06/03 09:22:43      ! From LMDZ4/libf/phylmd/newmicro.F, version 1.2 2004/06/03 09:22:43
11    
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'épaisseur optique et de l'émissivité des nuages.
15      use nuagecom  
16      !======================================================================      USE conf_phys_m, ONLY: rad_chau1, rad_chau2
17      ! Auteur(s): Z.X. Li (LMD/CNRS) date: 19930910      USE dimphy, ONLY: klev, klon
18      ! Objet: Calculer epaisseur optique et emmissivite des nuages      USE histwrite_phy_m, ONLY: histwrite_phy
19      !======================================================================      USE suphec_m, ONLY: rg
20      ! Arguments:  
21      ! t-------input-R-temperature      REAL, intent(in):: paprs(:, :) ! (klon, klev+1)
22      ! pqlwp---input-R-eau liquide nuageuse dans l'atmosphere (kg/kg)      real, intent(in):: play(:, :) ! (klon, klev)
23      ! pclc----input-R-couverture nuageuse pour le rayonnement (0 a 1)      REAL, intent(in):: t(:, :) ! (klon, klev) temperature
24      !  
25      ! ok_aie--input-L-apply aerosol indirect effect or not      REAL, intent(in):: qlwp(:, :) ! (klon, klev)
26      ! sulfate-input-R-sulfate aerosol mass concentration [um/m^3]      ! eau liquide nuageuse dans l'atmosphère (kg/kg)
27      ! sulfate_pi-input-R-dito, pre-industrial value  
28      ! bl95_b0-input-R-a parameter, may be varied for tests (s-sea, l-land)      REAL, intent(inout):: clc(:, :) ! (klon, klev)
29      ! bl95_b1-input-R-a parameter, may be varied for tests (    -"-      )      ! couverture nuageuse pour le rayonnement (0 à 1)
30      !        
31      ! cldtaupi-output-R-pre-industrial value of cloud optical thickness,      REAL, intent(out):: cltau(:, :) ! (klon, klev)  épaisseur optique des nuages
32      !                   needed for the diagnostics of the aerosol indirect      REAL, intent(out):: clemi(:, :) ! (klon, klev) émissivité des nuages (0 à 1)
33      !                   radiative forcing (see radlwsw)  
34      ! re------output-R-Cloud droplet effective radius multiplied by fl [um]      REAL, intent(out):: cldh(:), cldl(:), cldm(:), cldt(:) ! (klon)
35      ! fl------output-R-Denominator to re, introduced to avoid problems in      REAL, intent(out):: ctlwp(:) ! (klon)
36      !                  the averaging of the output. fl is the fraction of liquid      REAL, intent(out):: flwp(:), fiwp(:) ! (klon)
37      !                  water clouds within a grid cell                REAL, intent(out):: flwc(:, :), fiwc(:, :) ! (klon, klev)
38      ! pcltau--output-R-epaisseur optique des nuages  
39      ! pclemi--output-R-emissivite des nuages (0 a 1)      ! Local:
40      !======================================================================  
41      !      REAL re(klon, klev)
42      !      ! cloud droplet effective radius multiplied by fl (micro m)
43      REAL, intent(in):: paprs(klon,klev+1)  
44      real, intent(in):: pplay(klon,klev)      REAL fl(klon, klev)
45      REAL, intent(in):: t(klon,klev)      ! Denominator to re, introduced to avoid problems in the averaging
46      !      ! of the output. fl is the fraction of liquid water clouds within
47      REAL pclc(klon,klev)      ! a grid cell.
48      REAL pqlwp(klon,klev)  
49      REAL pcltau(klon,klev), pclemi(klon,klev)      REAL, PARAMETER:: cetahb = 0.45, cetamb = 0.8
     !  
     REAL pct(klon), pctlwp(klon), pch(klon), pcl(klon), pcm(klon)  
     !  
     LOGICAL lo  
     !  
     REAL cetahb, cetamb  
     PARAMETER (cetahb = 0.45, cetamb = 0.80)  
     !  
50      INTEGER i, k      INTEGER i, k
51      !IM: 091003   REAL zflwp, zradef, zfice, zmsac      REAL zflwp(klon), fice
52      REAL zflwp(klon), zradef, zfice, zmsac      REAL rad_chaud
53      !IM: 091003 rajout      REAL, PARAMETER:: coef_chau = 0.13
54      REAL xflwp(klon), xfiwp(klon)      REAL, PARAMETER:: seuil_neb = 0.001, t_glace = 273. - 15.
     REAL xflwc(klon,klev), xfiwc(klon,klev)  
     !  
     REAL radius, rad_chaud  
     !c      PARAMETER (rad_chau1=13.0, rad_chau2=9.0, rad_froid=35.0)  
     !cc      PARAMETER (rad_chaud=15.0, rad_froid=35.0)  
     ! sintex initial      PARAMETER (rad_chaud=10.0, rad_froid=30.0)  
     REAL coef, coef_froi, coef_chau  
     PARAMETER (coef_chau=0.13, coef_froi=0.09)  
     REAL seuil_neb, t_glace  
     PARAMETER (seuil_neb=0.001, t_glace=273.0-15.0)  
     INTEGER nexpo ! exponentiel pour glace/eau  
     PARAMETER (nexpo=6)  
     !cc      PARAMETER (nexpo=1)  
   
     ! -- sb:  
     logical ok_newmicro  
     !     parameter (ok_newmicro=.FALSE.)  
     !IM: 091003   real rel, tc, rei, zfiwp  
55      real rel, tc, rei, zfiwp(klon)      real rel, tc, rei, zfiwp(klon)
56      real k_liq, k_ice0, k_ice, DF      real k_ice
57      parameter (k_liq=0.0903, k_ice0=0.005) ! units=m2/g      real, parameter:: k_ice0 = 0.005 ! units=m2/g
58      parameter (DF=1.66) ! diffusivity factor      real, parameter:: DF = 1.66 ! diffusivity factor
59      ! sb --  
60      !jq for the aerosol indirect effect      !-----------------------------------------------------------------
61      !jq introduced by Johannes Quaas (quaas@lmd.jussieu.fr), 27/11/2003  
62      !jq            ! Calculer l'épaisseur optique et l'émissivité des nuages
63      LOGICAL ok_aie            ! Apply AIE or not?  
64      LOGICAL ok_a1lwpdep       ! a1 LWP dependent?      loop_horizontal: DO i = 1, klon
65           flwp(i) = 0.
66      REAL sulfate(klon, klev)  ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3]         fiwp(i) = 0.
67      REAL cdnc(klon, klev)     ! cloud droplet number concentration [m-3]  
68      REAL re(klon, klev)       ! cloud droplet effective radius [um]         loop_vertical: DO k = 1, klev
69      REAL sulfate_pi(klon, klev)  ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3] (pre-industrial value)            clc(i, k) = MAX(clc(i, k), seuil_neb)
70      REAL cdnc_pi(klon, klev)     ! cloud droplet number concentration [m-3] (pi value)  
71      REAL re_pi(klon, klev)       ! cloud droplet effective radius [um] (pi value)            ! liquid/ice cloud water paths:
72    
73      REAL fl(klon, klev)       ! xliq * rneb (denominator to re; fraction of liquid water clouds within the grid cell)            fice = 1. - (t(i, k) - t_glace) / (273.13 - t_glace)
74              fice = MIN(MAX(fice, 0.), 1.)
75      REAL bl95_b0, bl95_b1     ! Parameter in B&L 95-Formula  
76              zflwp(i) = 1000. * (1. - fice) * qlwp(i, k) / clc(i, k) &
77      REAL cldtaupi(klon, klev) ! pre-industrial cloud opt thickness for diag                 * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
78      !jq-end                zfiwp(i) = 1000. * fice * qlwp(i, k) / clc(i, k) &
79      !                 * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
80      ! Calculer l'epaisseur optique et l'emmissivite des nuages  
81      !            flwp(i) = flwp(i) &
82      !IM inversion des DO                 + (1. - fice) * qlwp(i, k) * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
83      DO i = 1, klon            fiwp(i) = fiwp(i) &
84         xflwp(i)=0.                 + fice * qlwp(i, k) * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
85         xfiwp(i)=0.  
86         DO k = 1, klev            ! Total Liquid/Ice water content
87            !            flwc(i, k) = (1.-fice) * qlwp(i, k)
88            xflwc(i,k)=0.            fiwc(i, k) = fice * qlwp(i, k)
89            xfiwc(i,k)=0.            ! In-Cloud Liquid/Ice water content
90            !  
91            rad_chaud = rad_chau1            ! effective cloud droplet radius (microns):
92            IF (k.LE.3) rad_chaud = rad_chau2  
93            pclc(i,k) = MAX(pclc(i,k), seuil_neb)            ! for liquid water clouds:
94            zflwp(i) = 1000.*pqlwp(i,k)/RG/pclc(i,k) &            rad_chaud = merge(rad_chau2, rad_chau1, k <= 3)
95                 *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))            
96            zfice = 1.0 - (t(i,k)-t_glace) / (273.13-t_glace)            ! For output diagnostics
97            zfice = MIN(MAX(zfice,0.0),1.0)  
98            zfice = zfice**nexpo            ! Cloud droplet effective radius (micro m)
99            radius = rad_chaud * (1.-zfice) + rad_froid * zfice  
100            coef = coef_chau * (1.-zfice) + coef_froi * zfice            ! we multiply here with f * xl (fraction of liquid water
101            pcltau(i,k) = 3.0/2.0 * zflwp(i) / radius            ! clouds in the grid cell) to avoid problems in the
102            pclemi(i,k) = 1.0 - EXP( - coef * zflwp(i))            ! averaging of the output.
103              ! In the output of IOIPSL, derive the real cloud droplet
104            if (ok_newmicro) then            ! effective radius as re/fl
105    
106               ! -- liquid/ice cloud water paths:            fl(i, k) = clc(i, k) * (1.-fice)
107              re(i, k) = rad_chaud * fl(i, k)
108               zfice = 1.0 - (t(i,k)-t_glace) / (273.13-t_glace)  
109               zfice = MIN(MAX(zfice,0.0),1.0)            rel = rad_chaud
110              ! for ice clouds: as a function of the ambiant temperature
111               zflwp(i) = 1000.*(1.-zfice)*pqlwp(i,k)/pclc(i,k) &            ! (formula used by Iacobellis and Somerville (2000), with an
112                    *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG            ! asymptotical value of 3.5 microns at T<-81.4 C added to be
113               zfiwp(i) = 1000.*zfice*pqlwp(i,k)/pclc(i,k) &            ! consistent with observations of Heymsfield et al. 1986):
114                    *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG            tc = t(i, k)-273.15
115              rei = merge(3.5, 0.71 * tc + 61.29, tc <= -81.4)
116               xflwp(i) = xflwp(i)+ (1.-zfice)*pqlwp(i,k) &  
117                    *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG            ! cloud optical thickness:
118               xfiwp(i) = xfiwp(i)+ zfice*pqlwp(i,k) &  
119                    *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG            ! (for liquid clouds, traditional formula,
120              ! for ice clouds, Ebert & Curry (1992))
121               !IM Total Liquid/Ice water content  
122               xflwc(i,k) = xflwc(i,k)+(1.-zfice)*pqlwp(i,k)            if (zflwp(i) == 0.) rel = 1.
123               xfiwc(i,k) = xfiwc(i,k)+zfice*pqlwp(i,k)            if (zfiwp(i) == 0. .or. rei <= 0.) rei = 1.
124               !IM In-Cloud Liquid/Ice water content            cltau(i, k) = 3./2. * (zflwp(i)/rel) &
125               !        xflwc(i,k) = xflwc(i,k)+(1.-zfice)*pqlwp(i,k)/pclc(i,k)                 + zfiwp(i) * (3.448e-03 + 2.431/rei)
126               !        xfiwc(i,k) = xfiwc(i,k)+zfice*pqlwp(i,k)/pclc(i,k)  
127              ! cloud infrared emissivity:
128               ! -- effective cloud droplet radius (microns):  
129              ! (the broadband infrared absorption coefficient is parameterized
130               ! for liquid water clouds:            ! as a function of the effective cld droplet radius)
131               IF (ok_aie) THEN  
132                  ! Formula "D" of Boucher and Lohmann, Tellus, 1995            ! Ebert and Curry (1992) formula as used by Kiehl & Zender (1995):
133                  !                        k_ice = k_ice0 + 1. / rei
134                  cdnc(i,k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1* &  
135                       log(MAX(sulfate(i,k),1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3            clemi(i, k) = 1. - EXP(- coef_chau * zflwp(i) - DF * k_ice * zfiwp(i))
136                  ! Cloud droplet number concentration (CDNC) is restricted  
137                  ! to be within [20, 1000 cm^3]            if (clc(i, k) <= seuil_neb) then
138                  !               clc(i, k) = 0.
139                  cdnc(i,k)=MIN(1000.e6,MAX(20.e6,cdnc(i,k)))               cltau(i, k) = 0.
140                  !               clemi(i, k) = 0.
141                  !            end if
142                  cdnc_pi(i,k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1* &         ENDDO loop_vertical
143                       log(MAX(sulfate_pi(i,k),1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3      ENDDO loop_horizontal
                 cdnc_pi(i,k)=MIN(1000.e6,MAX(20.e6,cdnc_pi(i,k)))  
                 !              
                 !  
                 ! air density: pplay(i,k) / (RD * zT(i,k))  
                 ! factor 1.1: derive effective radius from volume-mean radius  
                 ! factor 1000 is the water density  
                 ! _chaud means that this is the CDR for liquid water clouds  
                 !  
                 rad_chaud =  &  
                      1.1 * ( (pqlwp(i,k) * pplay(i,k) / (RD * T(i,k)) )   &  
                      / (4./3. * RPI * 1000. * cdnc(i,k)) )**(1./3.)  
                 !  
                 ! Convert to um. CDR shall be at least 3 um.  
                 !  
                 !           rad_chaud = MAX(rad_chaud*1.e6, 3.)  
                 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)  
   
              !-jq end          
   
              rel = rad_chaud  
              ! for ice clouds: as a function of the ambiant temperature  
              ! [formula used by Iacobellis and Somerville (2000), with an  
              ! asymptotical value of 3.5 microns at T<-81.4 C added to be  
              ! 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  
   
              ! -- cloud optical thickness :  
   
              ! [for liquid clouds, traditional formula,  
              !  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)  
   
              ! -- cloud infrared emissivity:  
   
              ! [the broadband infrared absorption coefficient is parameterized  
              !  as a function of the effective cld droplet radius]  
   
              ! 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  
144    
           IF (lo) cldtaupi(i,k) = 0.0  
           IF (.NOT.ok_aie) cldtaupi(i,k)=pcltau(i,k)              
        ENDDO  
     ENDDO  
     !cc      DO k = 1, klev  
     !cc      DO i = 1, klon  
     !cc         t(i,k) = t(i,k)  
     !cc         pclc(i,k) = MAX( 1.e-5 , pclc(i,k) )  
     !cc         lo = pclc(i,k) .GT. (2.*1.e-5)  
     !cc         zflwp = pqlwp(i,k)*1000.*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))  
     !cc     .          /(rg*pclc(i,k))  
     !cc         zradef = 10.0 + (1.-sigs(k))*45.0  
     !cc         pcltau(i,k) = 1.5 * zflwp / zradef  
     !cc         zfice=1.0-MIN(MAX((t(i,k)-263.)/(273.-263.),0.0),1.0)  
     !cc         zmsac = 0.13*(1.0-zfice) + 0.08*zfice  
     !cc         pclemi(i,k) = 1.-EXP(-zmsac*zflwp)  
     !cc         if (.NOT.lo) pclc(i,k) = 0.0  
     !cc         if (.NOT.lo) pcltau(i,k) = 0.0  
     !cc         if (.NOT.lo) pclemi(i,k) = 0.0  
     !cc      ENDDO  
     !cc      ENDDO  
     !ccccc      print*, 'pas de nuage dans le rayonnement'  
     !ccccc      DO k = 1, klev  
     !ccccc      DO i = 1, klon  
     !ccccc         pclc(i,k) = 0.0  
     !ccccc         pcltau(i,k) = 0.0  
     !ccccc         pclemi(i,k) = 0.0  
     !ccccc      ENDDO  
     !ccccc      ENDDO  
     !  
145      ! COMPUTE CLOUD LIQUID PATH AND TOTAL CLOUDINESS      ! COMPUTE CLOUD LIQUID PATH AND TOTAL CLOUDINESS
146      !  
147      DO i = 1, klon      DO i = 1, klon
148         pct(i)=1.0         cldt(i)=1.
149         pch(i)=1.0         cldh(i)=1.
150         pcm(i) = 1.0         cldm(i) = 1.
151         pcl(i) = 1.0         cldl(i) = 1.
152         pctlwp(i) = 0.0         ctlwp(i) = 0.
153      ENDDO      ENDDO
154      !  
155      DO k = klev, 1, -1      DO k = klev, 1, -1
156         DO i = 1, klon         DO i = 1, klon
157            pctlwp(i) = pctlwp(i)  &            ctlwp(i) = ctlwp(i) &
158                 + pqlwp(i,k)*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG                 + qlwp(i, k) * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
159            pct(i) = pct(i)*(1.0-pclc(i,k))            cldt(i) = cldt(i) * (1.-clc(i, k))
160            if (pplay(i,k).LE.cetahb*paprs(i,1)) &            if (play(i, k) <= cetahb * paprs(i, 1)) &
161                 pch(i) = pch(i)*(1.0-pclc(i,k))                 cldh(i) = cldh(i) * (1. - clc(i, k))
162            if (pplay(i,k).GT.cetahb*paprs(i,1) .AND. &            if (play(i, k) > cetahb * paprs(i, 1) .AND. &
163                 pplay(i,k).LE.cetamb*paprs(i,1))  &                 play(i, k) <= cetamb * paprs(i, 1)) &
164                 pcm(i) = pcm(i)*(1.0-pclc(i,k))                 cldm(i) = cldm(i) * (1.-clc(i, k))
165            if (pplay(i,k).GT.cetamb*paprs(i,1)) &            if (play(i, k) > cetamb * paprs(i, 1)) &
166                 pcl(i) = pcl(i)*(1.0-pclc(i,k))                 cldl(i) = cldl(i) * (1. - clc(i, k))
167         ENDDO         ENDDO
168      ENDDO      ENDDO
169      !  
170      DO i = 1, klon      DO i = 1, klon
171         pct(i)=1.-pct(i)         cldt(i)=1.-cldt(i)
172         pch(i)=1.-pch(i)         cldh(i)=1.-cldh(i)
173         pcm(i)=1.-pcm(i)         cldm(i)=1.-cldm(i)
174         pcl(i)=1.-pcl(i)         cldl(i)=1.-cldl(i)
175      ENDDO      ENDDO
176    
177        CALL histwrite_phy("re", re)
178        CALL histwrite_phy("fl", fl)
179    
180    END SUBROUTINE newmicro    END SUBROUTINE newmicro
181    
182  end module newmicro_m  end module newmicro_m

Legend:
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