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trunk/libf/phylmd/newmicro.f90 revision 52 by guez, Fri Sep 23 12:28:01 2011 UTC trunk/phylmd/newmicro.f90 revision 337 by guez, Mon Sep 16 16:54:50 2019 UTC
# Line 1  Line 1 
1  SUBROUTINE newmicro (paprs, pplay,ok_newmicro, &  module newmicro_m
2       t, pqlwp, pclc, pcltau, pclemi, &  
      pch, pcl, pcm, pct, pctlwp, &  
      xflwp, xfiwp, xflwc, xfiwc, &  
      ok_aie,  &  
      sulfate, sulfate_pi,  &  
      bl95_b0, bl95_b1, &  
      cldtaupi, re, fl)  
   
   ! From LMDZ4/libf/phylmd/newmicro.F,v 1.2 2004/06/03 09:22:43  
   
   use dimens_m  
   use dimphy  
   use SUPHEC_M  
   use nuagecom  
3    IMPLICIT none    IMPLICIT none
   !======================================================================  
   ! Auteur(s): Z.X. Li (LMD/CNRS) date: 19930910  
   ! Objet: Calculer epaisseur optique et emmissivite des nuages  
   !======================================================================  
   ! Arguments:  
   ! t-------input-R-temperature  
   ! pqlwp---input-R-eau liquide nuageuse dans l'atmosphere (kg/kg)  
   ! pclc----input-R-couverture nuageuse pour le rayonnement (0 a 1)  
   !  
   ! ok_aie--input-L-apply aerosol indirect effect or not  
   ! sulfate-input-R-sulfate aerosol mass concentration [um/m^3]  
   ! sulfate_pi-input-R-dito, pre-industrial value  
   ! bl95_b0-input-R-a parameter, may be varied for tests (s-sea, l-land)  
   ! bl95_b1-input-R-a parameter, may be varied for tests (    -"-      )  
   !        
   ! cldtaupi-output-R-pre-industrial value of cloud optical thickness,  
   !                   needed for the diagnostics of the aerosol indirect  
   !                   radiative forcing (see radlwsw)  
   ! re------output-R-Cloud droplet effective radius multiplied by fl [um]  
   ! fl------output-R-Denominator to re, introduced to avoid problems in  
   !                  the averaging of the output. fl is the fraction of liquid  
   !                  water clouds within a grid cell            
   ! pcltau--output-R-epaisseur optique des nuages  
   ! pclemi--output-R-emissivite des nuages (0 a 1)  
   !======================================================================  
   !  
   !  
   REAL, intent(in):: paprs(klon,klev+1)  
   real, intent(in):: pplay(klon,klev)  
   REAL, intent(in):: t(klon,klev)  
   !  
   REAL pclc(klon,klev)  
   REAL pqlwp(klon,klev)  
   REAL pcltau(klon,klev), pclemi(klon,klev)  
   !  
   REAL pct(klon), pctlwp(klon), pch(klon), pcl(klon), pcm(klon)  
   !  
   LOGICAL lo  
   !  
   REAL cetahb, cetamb  
   PARAMETER (cetahb = 0.45, cetamb = 0.80)  
   !  
   INTEGER i, k  
   !IM: 091003   REAL zflwp, zradef, zfice, zmsac  
   REAL zflwp(klon), zradef, zfice, zmsac  
   !IM: 091003 rajout  
   REAL xflwp(klon), xfiwp(klon)  
   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  
   real rel, tc, rei, zfiwp(klon)  
   real k_liq, k_ice0, k_ice, DF  
   parameter (k_liq=0.0903, k_ice0=0.005) ! units=m2/g  
   parameter (DF=1.66) ! diffusivity factor  
   ! sb --  
   !jq for the aerosol indirect effect  
   !jq introduced by Johannes Quaas (quaas@lmd.jussieu.fr), 27/11/2003  
   !jq        
   LOGICAL ok_aie            ! Apply AIE or not?  
   LOGICAL ok_a1lwpdep       ! a1 LWP dependent?  
   
   REAL sulfate(klon, klev)  ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3]  
   REAL cdnc(klon, klev)     ! cloud droplet number concentration [m-3]  
   REAL re(klon, klev)       ! cloud droplet effective radius [um]  
   REAL sulfate_pi(klon, klev)  ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3] (pre-industrial value)  
   REAL cdnc_pi(klon, klev)     ! cloud droplet number concentration [m-3] (pi value)  
   REAL re_pi(klon, klev)       ! cloud droplet effective radius [um] (pi value)  
   
   REAL fl(klon, klev)       ! xliq * rneb (denominator to re; fraction of liquid water clouds within the grid cell)  
   
   REAL bl95_b0, bl95_b1     ! Parameter in B&L 95-Formula  
   
   REAL cldtaupi(klon, klev) ! pre-industrial cloud opt thickness for diag  
   !jq-end      
   !  
   ! Calculer l'epaisseur optique et l'emmissivite des nuages  
   !  
   !IM inversion des DO  
   DO i = 1, klon  
      xflwp(i)=0.  
      xfiwp(i)=0.  
      DO k = 1, klev  
         !  
         xflwc(i,k)=0.  
         xfiwc(i,k)=0.  
         !  
         rad_chaud = rad_chau1  
         IF (k.LE.3) rad_chaud = rad_chau2  
         pclc(i,k) = MAX(pclc(i,k), seuil_neb)  
         zflwp(i) = 1000.*pqlwp(i,k)/RG/pclc(i,k) &  
              *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))  
         zfice = 1.0 - (t(i,k)-t_glace) / (273.13-t_glace)  
         zfice = MIN(MAX(zfice,0.0),1.0)  
         zfice = zfice**nexpo  
         radius = rad_chaud * (1.-zfice) + rad_froid * zfice  
         coef = coef_chau * (1.-zfice) + coef_froi * zfice  
         pcltau(i,k) = 3.0/2.0 * zflwp(i) / radius  
         pclemi(i,k) = 1.0 - EXP( - coef * zflwp(i))  
   
         if (ok_newmicro) then  
   
            ! -- liquid/ice cloud water paths:  
   
            zfice = 1.0 - (t(i,k)-t_glace) / (273.13-t_glace)  
            zfice = MIN(MAX(zfice,0.0),1.0)  
   
            zflwp(i) = 1000.*(1.-zfice)*pqlwp(i,k)/pclc(i,k) &  
                 *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG  
            zfiwp(i) = 1000.*zfice*pqlwp(i,k)/pclc(i,k) &  
                 *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG  
   
            xflwp(i) = xflwp(i)+ (1.-zfice)*pqlwp(i,k) &  
                 *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG  
            xfiwp(i) = xfiwp(i)+ zfice*pqlwp(i,k) &  
                 *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG  
   
            !IM Total Liquid/Ice water content  
            xflwc(i,k) = xflwc(i,k)+(1.-zfice)*pqlwp(i,k)  
            xfiwc(i,k) = xfiwc(i,k)+zfice*pqlwp(i,k)  
            !IM In-Cloud Liquid/Ice water content  
            !        xflwc(i,k) = xflwc(i,k)+(1.-zfice)*pqlwp(i,k)/pclc(i,k)  
            !        xfiwc(i,k) = xfiwc(i,k)+zfice*pqlwp(i,k)/pclc(i,k)  
   
            ! -- effective cloud droplet radius (microns):  
   
            ! for liquid water clouds:  
            IF (ok_aie) THEN  
               ! Formula "D" of Boucher and Lohmann, Tellus, 1995  
               !              
               cdnc(i,k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1* &  
                    log(MAX(sulfate(i,k),1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3  
               ! Cloud droplet number concentration (CDNC) is restricted  
               ! to be within [20, 1000 cm^3]  
               !  
               cdnc(i,k)=MIN(1000.e6,MAX(20.e6,cdnc(i,k)))  
               !  
               !  
               cdnc_pi(i,k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1* &  
                    log(MAX(sulfate_pi(i,k),1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3  
               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  
   
         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  
   !  
   ! COMPUTE CLOUD LIQUID PATH AND TOTAL CLOUDINESS  
   !  
   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  
   !  
   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  
   !  
   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  
4    
5  END SUBROUTINE newmicro  contains
6    
7      SUBROUTINE newmicro (paprs, play, t, qlwp, clc, cldtau, clemi, cldh, cldl, &
8           cldm, cldt, ctlwp, flwp, fiwp, flwc, fiwc)
9    
10        ! From LMDZ4/libf/phylmd/newmicro.F, version 1.2 2004/06/03 09:22:43
11    
12        ! Authors: Z. X. Li (LMD/CNRS), Johannes Quaas
13        ! Date: 1993/09/10
14        ! Objet: calcul de l'\'epaisseur optique et de l'\'emissivit\'e des nuages.
15    
16        USE conf_phys_m, ONLY: rad_chau1, rad_chau2
17        USE dimphy, ONLY: klev, klon
18        USE histwrite_phy_m, ONLY: histwrite_phy
19        USE suphec_m, ONLY: rg
20    
21        REAL, intent(in):: paprs(:, :) ! (klon, klev+1)
22        real, intent(in):: play(:, :) ! (klon, klev)
23        REAL, intent(in):: t(:, :) ! (klon, klev) temperature
24    
25        REAL, intent(in):: qlwp(:, :) ! (klon, klev)
26        ! eau liquide nuageuse dans l'atmosphère (kg / kg)
27    
28        REAL, intent(inout):: clc(:, :) ! (klon, klev)
29        ! couverture nuageuse pour le rayonnement (0 à 1)
30    
31        REAL, intent(out):: cldtau(:, :) ! (klon, klev)
32        ! \'epaisseur optique des nuages
33        
34        REAL, intent(out):: clemi(:, :) ! (klon, klev)
35        ! \'emissivit\'e des nuages (0 à 1)
36    
37        REAL, intent(out):: cldh(:), cldl(:), cldm(:), cldt(:) ! (klon)
38        REAL, intent(out):: ctlwp(:) ! (klon)
39        REAL, intent(out):: flwp(:), fiwp(:) ! (klon)
40        REAL, intent(out):: flwc(:, :), fiwc(:, :) ! (klon, klev)
41    
42        ! Local:
43    
44        REAL re(klon, klev)
45        ! cloud droplet effective radius multiplied by fl (micro m)
46    
47        REAL fl(klon, klev)
48        ! Denominator to re, introduced to avoid problems in the averaging
49        ! of the output. fl is the fraction of liquid water clouds within
50        ! a grid cell.
51    
52        REAL, PARAMETER:: cetahb = 0.45, cetamb = 0.8
53        INTEGER i, k
54        REAL zflwp
55        real fice ! fraction of ice in cloud
56        REAL rad_chaud
57        REAL, PARAMETER:: coef_chau = 0.13
58        REAL, PARAMETER:: seuil_neb = 0.001, t_glace = 258.
59        real rel, tc, rei, zfiwp
60        real k_ice
61        real, parameter:: k_ice0 = 0.005 ! units=m2 / g
62        real, parameter:: DF = 1.66 ! diffusivity factor
63    
64        !-----------------------------------------------------------------
65    
66        ! Calculer l'\'epaisseur optique et l'\'emissivit\'e des nuages
67    
68        loop_horizontal: DO i = 1, klon
69           flwp(i) = 0.
70           fiwp(i) = 0.
71    
72           loop_vertical: DO k = 1, klev
73              clc(i, k) = MAX(clc(i, k), seuil_neb)
74    
75              ! liquid/ice cloud water paths:
76    
77              ! Linear transition:
78              fice = 1. - (t(i, k) - t_glace) / (273.13 - t_glace)
79              fice = MIN(MAX(fice, 0.), 1.)
80    
81              zflwp = 1000. * (1. - fice) * qlwp(i, k) / clc(i, k) &
82                   * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
83              zfiwp = 1000. * fice * qlwp(i, k) / clc(i, k) &
84                   * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
85    
86              flwp(i) = flwp(i) &
87                   + (1. - fice) * qlwp(i, k) * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
88              fiwp(i) = fiwp(i) &
89                   + fice * qlwp(i, k) * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
90    
91              ! Total Liquid/Ice water content
92              flwc(i, k) = (1.-fice) * qlwp(i, k)
93              fiwc(i, k) = fice * qlwp(i, k)
94              ! In-Cloud Liquid/Ice water content
95    
96              ! effective cloud droplet radius (microns):
97    
98              ! for liquid water clouds:
99              rad_chaud = merge(rad_chau2, rad_chau1, k <= 3)
100              
101              ! For output diagnostics
102    
103              ! Cloud droplet effective radius (micro m)
104    
105              ! we multiply here with f * xl (fraction of liquid water
106              ! clouds in the grid cell) to avoid problems in the
107              ! averaging of the output.
108              ! In the output of IOIPSL, derive the real cloud droplet
109              ! effective radius as re/fl
110    
111              fl(i, k) = clc(i, k) * (1.-fice)
112              re(i, k) = rad_chaud * fl(i, k)
113    
114              rel = rad_chaud
115              ! for ice clouds: as a function of the ambiant temperature
116              ! (formula used by Iacobellis and Somerville (2000), with an
117              ! asymptotical value of 3.5 microns at T<-81.4 C added to be
118              ! consistent with observations of Heymsfield et al. 1986):
119              tc = t(i, k)-273.15
120              rei = merge(3.5, 0.71 * tc + 61.29, tc <= -81.4)
121    
122              ! Cloud optical thickness:
123              ! (for liquid clouds, traditional formula, for ice clouds,
124              ! Ebert and Curry (1992))
125              if (zflwp == 0.) rel = 1.
126              if (zfiwp == 0. .or. rei <= 0.) rei = 1.
127              cldtau(i, k) = 3. / 2. * (zflwp / rel) &
128                   + zfiwp * (3.448e-03 + 2.431 / rei)
129    
130              ! cloud infrared emissivity:
131    
132              ! (the broadband infrared absorption coefficient is parameterized
133              ! as a function of the effective cld droplet radius)
134    
135              ! Ebert and Curry (1992) formula as used by Kiehl & Zender (1995):
136              k_ice = k_ice0 + 1. / rei
137    
138              clemi(i, k) = 1. - EXP(- coef_chau * zflwp - DF * k_ice * zfiwp)
139    
140              if (clc(i, k) <= seuil_neb) then
141                 clc(i, k) = 0.
142                 cldtau(i, k) = 0.
143                 clemi(i, k) = 0.
144              end if
145           ENDDO loop_vertical
146        ENDDO loop_horizontal
147    
148        ! COMPUTE CLOUD LIQUID PATH AND TOTAL CLOUDINESS
149    
150        DO i = 1, klon
151           cldt(i)=1.
152           cldh(i)=1.
153           cldm(i) = 1.
154           cldl(i) = 1.
155           ctlwp(i) = 0.
156        ENDDO
157    
158        DO k = klev, 1, -1
159           DO i = 1, klon
160              ctlwp(i) = ctlwp(i) &
161                   + qlwp(i, k) * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / RG
162              cldt(i) = cldt(i) * (1.-clc(i, k))
163              if (play(i, k) <= cetahb * paprs(i, 1)) &
164                   cldh(i) = cldh(i) * (1. - clc(i, k))
165              if (play(i, k) > cetahb * paprs(i, 1) .AND. &
166                   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                   cldl(i) = cldl(i) * (1. - clc(i, k))
170           ENDDO
171        ENDDO
172    
173        DO i = 1, klon
174           cldt(i)=1.-cldt(i)
175           cldh(i)=1.-cldh(i)
176           cldm(i)=1.-cldm(i)
177           cldl(i)=1.-cldl(i)
178        ENDDO
179    
180        CALL histwrite_phy("re", re)
181        CALL histwrite_phy("fl", fl)
182    
183      END SUBROUTINE newmicro
184    
185    end module newmicro_m
Legend:
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