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revision 169 by guez, Mon Sep 14 17:13:16 2015 UTC revision 213 by guez, Mon Feb 27 15:44:55 2017 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 nr_util, only: pi  
   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 dimphy, only: klon, klev
14    ! sulfate_pi-input-R-dito, pre-industrial value      use nr_util, only: pi
15    ! bl95_b0-input-R-a parameter, may be varied for tests (s-sea, l-land)      use SUPHEC_M, only: rd, rg
16    ! bl95_b1-input-R-a parameter, may be varied for tests (    -"-      )  
17    !      ! Author: Z. X. Li (LMD/CNRS)
18    ! cldtaupi-output-R-pre-industrial value of cloud optical thickness,      ! Date: 1993/09/10
19    !                   needed for the diagnostics of the aerosol indirect      ! Objet: Calculer \'epaisseur optique et \'emissivit\'e 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  
23    !                  the averaging of the output. fl is the fraction of liquid      REAL, intent(in):: paprs(klon, klev+1)
24    !                  water clouds within a grid cell      real, intent(in):: pplay(klon, klev)
25    !      REAL, intent(in):: t(klon, klev) ! temperature
26    ! pcltau--output-R-epaisseur optique des nuages  
27    ! pclemi--output-R-emissivite des nuages (0 a 1)      REAL, intent(in):: pqlwp(klon, klev)
28    !======================================================================      ! eau liquide nuageuse dans l'atmosphere (kg/kg)
29    !  
30    !      REAL, intent(inout):: pclc(klon, klev)
31    REAL, intent(in):: paprs(klon,klev+1)      ! couverture nuageuse pour le rayonnement (0 \`a 1)
32    real, intent(in):: pplay(klon,klev)  
33    REAL, intent(in):: t(klon,klev)      REAL pcltau(klon, klev), pclemi(klon, klev)
34    !      ! pcltau--output-R-epaisseur optique des nuages
35    REAL pclc(klon,klev)      ! pclemi--output-R-emissivite des nuages (0 a 1)
36    REAL pqlwp(klon,klev)  
37    REAL pcltau(klon,klev), pclemi(klon,klev)      REAL pch(klon), pcl(klon), pcm(klon), pct(klon), pctlwp(klon)
38    !  
39    REAL pct(klon), pctlwp(klon), pch(klon), pcl(klon), pcm(klon)      !jq for the aerosol indirect effect
40    !      !jq introduced by Johannes Quaas (quaas@lmd.jussieu.fr), 27/11/2003
41    LOGICAL lo      !jq
42    !      LOGICAL ok_aie ! Apply AIE or not?
43    REAL cetahb, cetamb      ! ok_aie--input-L-apply aerosol indirect effect or not
44    PARAMETER (cetahb = 0.45, cetamb = 0.80)  
45    !      REAL sulfate(klon, klev) ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3]
46    INTEGER i, k      ! sulfate-input-R-sulfate aerosol mass concentration [um/m^3]
47    REAL zflwp, zfice  
48    !      REAL, intent(in):: sulfate_pi(klon, klev) ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3] (pre-industrial value)
49    REAL radius, rad_froid, rad_chaud, rad_chau1, rad_chau2      ! sulfate_pi-input-R-dito, pre-industrial value
50    PARAMETER (rad_chau1=13.0, rad_chau2=9.0, rad_froid=35.0)  
51    !cc      PARAMETER (rad_chaud=15.0, rad_froid=35.0)      REAL bl95_b0, bl95_b1 ! Parameter in B&L 95-Formula
52    ! sintex initial      PARAMETER (rad_chaud=10.0, rad_froid=30.0)      ! bl95_b0-input-R-a parameter, may be varied for tests (s-sea, l-land)
53    REAL coef, coef_froi, coef_chau      ! bl95_b1-input-R-a parameter, may be varied for tests (-"-)
54    PARAMETER (coef_chau=0.13, coef_froi=0.09)  
55    REAL seuil_neb, t_glace      REAL cldtaupi(klon, klev) ! pre-industrial cloud opt thickness for diag
56    PARAMETER (seuil_neb=0.001, t_glace=273.0-15.0)      ! cldtaupi-output-R-pre-industrial value of cloud optical thickness,
57    INTEGER nexpo ! exponentiel pour glace/eau      ! needed for the diagnostics of the aerosol indirect
58    PARAMETER (nexpo=6)      ! radiative forcing (see radlwsw)
59    
60    !jq for the aerosol indirect effect      REAL re(klon, klev) ! cloud droplet effective radius [um]
61    !jq introduced by Johannes Quaas (quaas@lmd.jussieu.fr), 27/11/2003      ! re------output-R-Cloud droplet effective radius multiplied by fl [um]
62    !jq  
63    LOGICAL ok_aie            ! Apply AIE or not?      REAL fl(klon, klev) ! xliq * rneb (denominator to re ; fraction of liquid water clouds within the grid cell)
64        ! fl------output-R-Denominator to re, introduced to avoid problems in
65    REAL sulfate(klon, klev)  ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3]      ! the averaging of the output. fl is the fraction of liquid
66    REAL cdnc(klon, klev)     ! cloud droplet number concentration [m-3]      ! water clouds within a grid cell
67    REAL re(klon, klev)       ! cloud droplet effective radius [um]  
68    REAL sulfate_pi(klon, klev)  ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3] (pre-industrial value)      ! Local:
69    REAL cdnc_pi(klon, klev)     ! cloud droplet number concentration [m-3] (pi value)  
70        LOGICAL lo
71    REAL fl(klon, klev)  ! xliq * rneb (denominator to re ; fraction of liquid water clouds within the grid cell)  
72        REAL cetahb, cetamb
73    REAL bl95_b0, bl95_b1     ! Parameter in B&L 95-Formula      PARAMETER (cetahb = 0.45, cetamb = 0.80)
74    
75    REAL cldtaupi(klon, klev) ! pre-industrial cloud opt thickness for diag      INTEGER i, k
76        REAL zflwp, zfice
77    !cc      PARAMETER (nexpo=1)  
78    !      REAL radius, rad_froid, rad_chaud, rad_chau1, rad_chau2
79    ! Calculer l'epaisseur optique et l'emmissivite des nuages      PARAMETER (rad_chau1=13.0, rad_chau2=9.0, rad_froid=35.0)
80    !      !cc PARAMETER (rad_chaud=15.0, rad_froid=35.0)
81    DO k = 1, klev      ! sintex initial PARAMETER (rad_chaud=10.0, rad_froid=30.0)
82       DO i = 1, klon      REAL coef, coef_froi, coef_chau
83          rad_chaud = rad_chau1      PARAMETER (coef_chau=0.13, coef_froi=0.09)
84          IF (k.LE.3) rad_chaud = rad_chau2      REAL seuil_neb, t_glace
85        PARAMETER (seuil_neb=0.001, t_glace=273.0-15.0)
86          pclc(i,k) = MAX(pclc(i,k), seuil_neb)      INTEGER nexpo ! exponentiel pour glace/eau
87          zflwp = 1000.*pqlwp(i,k)/RG/pclc(i,k) &      PARAMETER (nexpo=6)
88               *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))  
89          zfice = 1.0 - (t(i,k)-t_glace) / (273.13-t_glace)      REAL cdnc(klon, klev) ! cloud droplet number concentration [m-3]
90          zfice = MIN(MAX(zfice,0.0),1.0)      REAL cdnc_pi(klon, klev) ! cloud droplet number concentration [m-3] (pi value)
91          zfice = zfice**nexpo  
92        !--------------------------------------------------------------------
93          IF (ok_aie) THEN      
94             ! Formula "D" of Boucher and Lohmann, Tellus, 1995      ! Calculer l'epaisseur optique et l'emmissivite des nuages
95             !  
96             cdnc(i,k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1* &      DO k = 1, klev
97                  log(MAX(sulfate(i,k),1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3         DO i = 1, klon
98             ! Cloud droplet number concentration (CDNC) is restricted            rad_chaud = rad_chau1
99             ! to be within [20, 1000 cm^3]            IF (k <= 3) rad_chaud = rad_chau2
100             !  
101             cdnc(i,k)=MIN(1000.e6,MAX(20.e6,cdnc(i,k)))            pclc(i, k) = MAX(pclc(i, k), seuil_neb)
102             cdnc_pi(i,k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1* &            zflwp = 1000.*pqlwp(i, k)/RG/pclc(i, k) &
103                  log(MAX(sulfate_pi(i,k),1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3                 *(paprs(i, k)-paprs(i, k+1))
104             cdnc_pi(i,k)=MIN(1000.e6,MAX(20.e6,cdnc_pi(i,k)))            zfice = 1.0 - (t(i, k)-t_glace) / (273.13-t_glace)
105             !            zfice = MIN(MAX(zfice, 0.0), 1.0)
106             !            zfice = zfice**nexpo
107             ! air density: pplay(i,k) / (RD * zT(i,k))  
108             ! factor 1.1: derive effective radius from volume-mean radius            IF (ok_aie) THEN
109             ! factor 1000 is the water density               ! Formula "D" of Boucher and Lohmann, Tellus, 1995
110             ! _chaud means that this is the CDR for liquid water clouds  
111             !               cdnc(i, k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1* &
112             rad_chaud =  &                    log(MAX(sulfate(i, k), 1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3
113                  1.1 * ( (pqlwp(i,k) * pplay(i,k) / (RD * T(i,k)) )   &               ! Cloud droplet number concentration (CDNC) is restricted
114                  / (4./3. * PI * 1000. * cdnc(i,k)) )**(1./3.)               ! to be within [20, 1000 cm^3]
115             !  
116             ! Convert to um. CDR shall be at least 3 um.               cdnc(i, k)=MIN(1000.e6, MAX(20.e6, cdnc(i, k)))
117             !               cdnc_pi(i, k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1* &
118             rad_chaud = MAX(rad_chaud*1.e6, 3.)                    log(MAX(sulfate_pi(i, k), 1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3
119                 cdnc_pi(i, k)=MIN(1000.e6, MAX(20.e6, cdnc_pi(i, k)))
120             ! For output diagnostics  
121             !               ! air density: pplay(i, k) / (RD * zT(i, k))
122             ! Cloud droplet effective radius [um]               ! factor 1.1: derive effective radius from volume-mean radius
123             !               ! factor 1000 is the water density
124             ! we multiply here with f * xl (fraction of liquid water               ! _chaud means that this is the CDR for liquid water clouds
125             ! clouds in the grid cell) to avoid problems in the  
126             ! averaging of the output.               rad_chaud = &
127             ! In the output of IOIPSL, derive the real cloud droplet                    1.1 * ((pqlwp(i, k) * pplay(i, k) / (RD * T(i, k))) &
128             ! effective radius as re/fl                    / (4./3. * PI * 1000. * cdnc(i, k)))**(1./3.)
129             !  
130             fl(i,k) = pclc(i,k)*(1.-zfice)               ! Convert to um. CDR shall be at least 3 um.
131             re(i,k) = rad_chaud*fl(i,k)  
132                 rad_chaud = MAX(rad_chaud*1.e6, 3.)
133             ! Pre-industrial cloud opt thickness  
134             !               ! For output diagnostics
135             ! "radius" is calculated as rad_chaud above (plus the  
136             ! ice cloud contribution) but using cdnc_pi instead of               ! Cloud droplet effective radius [um]
137             ! cdnc.  
138             radius = MAX(1.1e6 * ( (pqlwp(i,k)*pplay(i,k)/(RD*T(i,k)))   &               ! we multiply here with f * xl (fraction of liquid water
139                  / (4./3.*PI*1000.*cdnc_pi(i,k)) )**(1./3.),  &               ! clouds in the grid cell) to avoid problems in the
140                  3.) * (1.-zfice) + rad_froid * zfice               ! averaging of the output.
141             cldtaupi(i,k) = 3.0/2.0 * zflwp / radius               ! In the output of IOIPSL, derive the real cloud droplet
142                 ! effective radius as re/fl
143          END IF                  ! ok_aie  
144                 fl(i, k) = pclc(i, k)*(1.-zfice)
145          radius = rad_chaud * (1.-zfice) + rad_froid * zfice               re(i, k) = rad_chaud*fl(i, k)
146          coef = coef_chau * (1.-zfice) + coef_froi * zfice  
147          pcltau(i,k) = 3.0/2.0 * zflwp / radius               ! Pre-industrial cloud opt thickness
148          pclemi(i,k) = 1.0 - EXP( - coef * zflwp)  
149          lo = (pclc(i,k) .LE. seuil_neb)               ! "radius" is calculated as rad_chaud above (plus the
150          IF (lo) pclc(i,k) = 0.0               ! ice cloud contribution) but using cdnc_pi instead of
151          IF (lo) pcltau(i,k) = 0.0               ! cdnc.
152          IF (lo) pclemi(i,k) = 0.0               radius = MAX(1.1e6 * ((pqlwp(i, k)*pplay(i, k)/(RD*T(i, k))) &
153                      / (4./3.*PI*1000.*cdnc_pi(i, k)))**(1./3.), &
154          IF (.NOT.ok_aie) cldtaupi(i,k)=pcltau(i,k)                    3.) * (1.-zfice) + rad_froid * zfice
155       END DO               cldtaupi(i, k) = 3.0/2.0 * zflwp / radius
156    END DO  
157    !            END IF ! ok_aie
158    ! COMPUTE CLOUD LIQUID PATH AND TOTAL CLOUDINESS  
159    !            radius = rad_chaud * (1.-zfice) + rad_froid * zfice
160    DO i = 1, klon            coef = coef_chau * (1.-zfice) + coef_froi * zfice
161       pct(i)=1.0            pcltau(i, k) = 3.0/2.0 * zflwp / radius
162       pch(i)=1.0            pclemi(i, k) = 1.0 - EXP(- coef * zflwp)
163       pcm(i) = 1.0            lo = (pclc(i, k) <= seuil_neb)
164       pcl(i) = 1.0            IF (lo) pclc(i, k) = 0.0
165       pctlwp(i) = 0.0            IF (lo) pcltau(i, k) = 0.0
166    END DO            IF (lo) pclemi(i, k) = 0.0
167    !  
168    DO k = klev, 1, -1            IF (.NOT.ok_aie) cldtaupi(i, k)=pcltau(i, k)
169       DO i = 1, klon         END DO
170          pctlwp(i) = pctlwp(i)  &      END DO
171               + pqlwp(i,k)*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG  
172          pct(i) = pct(i)*(1.0-pclc(i,k))      ! COMPUTE CLOUD LIQUID PATH AND TOTAL CLOUDINESS
173          if (pplay(i,k).LE.cetahb*paprs(i,1)) &  
174               pch(i) = pch(i)*(1.0-pclc(i,k))      DO i = 1, klon
175          if (pplay(i,k).GT.cetahb*paprs(i,1) .AND. &         pct(i)=1.0
176               pplay(i,k).LE.cetamb*paprs(i,1))  &         pch(i)=1.0
177               pcm(i) = pcm(i)*(1.0-pclc(i,k))         pcm(i) = 1.0
178          if (pplay(i,k).GT.cetamb*paprs(i,1)) &         pcl(i) = 1.0
179               pcl(i) = pcl(i)*(1.0-pclc(i,k))         pctlwp(i) = 0.0
180       END DO      END DO
181    END DO  
182    !      DO k = klev, 1, -1
183    DO i = 1, klon         DO i = 1, klon
184       pct(i)=1.-pct(i)            pctlwp(i) = pctlwp(i) &
185       pch(i)=1.-pch(i)                 + pqlwp(i, k)*(paprs(i, k)-paprs(i, k+1))/RG
186       pcm(i)=1.-pcm(i)            pct(i) = pct(i)*(1.0-pclc(i, k))
187       pcl(i)=1.-pcl(i)            if (pplay(i, k) <= cetahb*paprs(i, 1)) &
188    END DO                 pch(i) = pch(i)*(1.0-pclc(i, k))
189    !            if (pplay(i, k) > cetahb*paprs(i, 1) .AND. &
190  END SUBROUTINE nuage                 pplay(i, k) <= cetamb*paprs(i, 1)) &
191                   pcm(i) = pcm(i)*(1.0-pclc(i, k))
192              if (pplay(i, k) > cetamb*paprs(i, 1)) &
193                   pcl(i) = pcl(i)*(1.0-pclc(i, k))
194           END DO
195        END DO
196    
197        DO i = 1, klon
198           pct(i)=1.-pct(i)
199           pch(i)=1.-pch(i)
200           pcm(i)=1.-pcm(i)
201           pcl(i)=1.-pcl(i)
202        END DO
203    
204      END SUBROUTINE nuage
205    
206    end module nuage_m
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