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trunk/libf/phylmd/nuage.f90 revision 51 by guez, Tue Sep 20 09:14:34 2011 UTC trunk/Sources/phylmd/nuage.f revision 217 by guez, Thu Mar 30 14:25:18 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 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)
9    ! t-------input-R-temperature  
10    ! pqlwp---input-R-eau liquide nuageuse dans l'atmosphere (kg/kg)      ! From LMDZ4/libf/phylmd/nuage.F, version 1.1.1.1, 2004/05/19 12:53:07
11    ! pclc----input-R-couverture nuageuse pour le rayonnement (0 a 1)  
12    ! ok_aie--input-L-apply aerosol indirect effect or not      use dimphy, only: klon, klev
13    ! sulfate-input-R-sulfate aerosol mass concentration [um/m^3]      use SUPHEC_M, only: rg
14    ! sulfate_pi-input-R-dito, pre-industrial value  
15    ! bl95_b0-input-R-a parameter, may be varied for tests (s-sea, l-land)      ! Author: Z. X. Li (LMD/CNRS)
16    ! bl95_b1-input-R-a parameter, may be varied for tests (    -"-      )      ! Date: 1993/09/10
17    !      ! Objet: Calculer \'epaisseur optique et \'emissivit\'e des nuages
18    ! cldtaupi-output-R-pre-industrial value of cloud optical thickness,  
19    !                   needed for the diagnostics of the aerosol indirect      ! Arguments:
20    !                   radiative forcing (see radlwsw)  
21    ! re------output-R-Cloud droplet effective radius multiplied by fl [um]      REAL, intent(in):: paprs(klon, klev+1)
22    ! fl------output-R-Denominator to re, introduced to avoid problems in      real, intent(in):: pplay(klon, klev)
23    !                  the averaging of the output. fl is the fraction of liquid      REAL, intent(in):: t(klon, klev) ! temperature
24    !                  water clouds within a grid cell  
25    !      REAL, intent(in):: pqlwp(klon, klev)
26    ! pcltau--output-R-epaisseur optique des nuages      ! eau liquide nuageuse dans l'atmosphere (kg/kg)
27    ! pclemi--output-R-emissivite des nuages (0 a 1)  
28    !======================================================================      REAL, intent(inout):: pclc(klon, klev)
29    !      ! couverture nuageuse pour le rayonnement (0 \`a 1)
30    !  
31    REAL, intent(in):: paprs(klon,klev+1)      REAL, intent(out):: pcltau(klon, klev) ! \'epaisseur optique des nuages
32    real, intent(in):: pplay(klon,klev)      real pclemi(klon, klev) ! pclemi--output-R-emissivite des nuages (0 a 1)
33    REAL t(klon,klev)      REAL pch(klon), pcl(klon), pcm(klon), pct(klon), pctlwp(klon)
34    !  
35    REAL pclc(klon,klev)      ! Local:
36    REAL pqlwp(klon,klev)  
37    REAL pcltau(klon,klev), pclemi(klon,klev)      LOGICAL lo
38    !  
39    REAL pct(klon), pctlwp(klon), pch(klon), pcl(klon), pcm(klon)      REAL cetahb, cetamb
40    !      PARAMETER (cetahb = 0.45, cetamb = 0.80)
41    LOGICAL lo  
42    !      INTEGER i, k
43    REAL cetahb, cetamb      REAL zflwp, zfice
44    PARAMETER (cetahb = 0.45, cetamb = 0.80)  
45    !      REAL radius, rad_froid, rad_chaud, rad_chau1, rad_chau2
46    INTEGER i, k      PARAMETER (rad_chau1=13.0, rad_chau2=9.0, rad_froid=35.0)
47    REAL zflwp, zradef, zfice, zmsac      !cc PARAMETER (rad_chaud=15.0, rad_froid=35.0)
48    !      ! sintex initial PARAMETER (rad_chaud=10.0, rad_froid=30.0)
49    REAL radius, rad_froid, rad_chaud, rad_chau1, rad_chau2      REAL coef, coef_froi, coef_chau
50    PARAMETER (rad_chau1=13.0, rad_chau2=9.0, rad_froid=35.0)      PARAMETER (coef_chau=0.13, coef_froi=0.09)
51    !cc      PARAMETER (rad_chaud=15.0, rad_froid=35.0)      REAL seuil_neb, t_glace
52    ! sintex initial      PARAMETER (rad_chaud=10.0, rad_froid=30.0)      PARAMETER (seuil_neb=0.001, t_glace=273.0-15.0)
53    REAL coef, coef_froi, coef_chau      INTEGER nexpo ! exponentiel pour glace/eau
54    PARAMETER (coef_chau=0.13, coef_froi=0.09)      PARAMETER (nexpo=6)
55    REAL seuil_neb, t_glace  
56    PARAMETER (seuil_neb=0.001, t_glace=273.0-15.0)      !--------------------------------------------------------------------
57    INTEGER nexpo ! exponentiel pour glace/eau      
58    PARAMETER (nexpo=6)      ! Calculer l'epaisseur optique et l'emmissivite des nuages
59    
60    !jq for the aerosol indirect effect      DO k = 1, klev
61    !jq introduced by Johannes Quaas (quaas@lmd.jussieu.fr), 27/11/2003         DO i = 1, klon
62    !jq            rad_chaud = rad_chau1
63    LOGICAL ok_aie            ! Apply AIE or not?            IF (k <= 3) rad_chaud = rad_chau2
64    
65    REAL sulfate(klon, klev)  ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3]            pclc(i, k) = MAX(pclc(i, k), seuil_neb)
66    REAL cdnc(klon, klev)     ! cloud droplet number concentration [m-3]            zflwp = 1000.*pqlwp(i, k)/RG/pclc(i, k) &
67    REAL re(klon, klev)       ! cloud droplet effective radius [um]                 *(paprs(i, k)-paprs(i, k+1))
68    REAL sulfate_pi(klon, klev)  ! sulfate aerosol mass concentration [ug m-3] (pre-industrial value)            zfice = 1.0 - (t(i, k)-t_glace) / (273.13-t_glace)
69    REAL cdnc_pi(klon, klev)     ! cloud droplet number concentration [m-3] (pi value)            zfice = MIN(MAX(zfice, 0.0), 1.0)
70    REAL re_pi(klon, klev)       ! cloud droplet effective radius [um] (pi value)            zfice = zfice**nexpo
71    
72    REAL fl(klon, klev)  ! xliq * rneb (denominator to re ; fraction of liquid water clouds within the grid cell)            radius = rad_chaud * (1.-zfice) + rad_froid * zfice
73              coef = coef_chau * (1.-zfice) + coef_froi * zfice
74    REAL bl95_b0, bl95_b1     ! Parameter in B&L 95-Formula            pcltau(i, k) = 3.0/2.0 * zflwp / radius
75              pclemi(i, k) = 1.0 - EXP(- coef * zflwp)
76    REAL cldtaupi(klon, klev) ! pre-industrial cloud opt thickness for diag            lo = (pclc(i, k) <= seuil_neb)
77              IF (lo) pclc(i, k) = 0.0
78    !cc      PARAMETER (nexpo=1)            IF (lo) pcltau(i, k) = 0.0
79    !            IF (lo) pclemi(i, k) = 0.0
80    ! Calculer l'epaisseur optique et l'emmissivite des nuages         END DO
81    !      END DO
82    DO k = 1, klev  
83       DO i = 1, klon      ! COMPUTE CLOUD LIQUID PATH AND TOTAL CLOUDINESS
84          rad_chaud = rad_chau1  
85          IF (k.LE.3) rad_chaud = rad_chau2      DO i = 1, klon
86           pct(i)=1.0
87          pclc(i,k) = MAX(pclc(i,k), seuil_neb)         pch(i)=1.0
88          zflwp = 1000.*pqlwp(i,k)/RG/pclc(i,k) &         pcm(i) = 1.0
89               *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))         pcl(i) = 1.0
90          zfice = 1.0 - (t(i,k)-t_glace) / (273.13-t_glace)         pctlwp(i) = 0.0
91          zfice = MIN(MAX(zfice,0.0),1.0)      END DO
92          zfice = zfice**nexpo  
93        DO k = klev, 1, -1
94          IF (ok_aie) THEN         DO i = 1, klon
95             ! Formula "D" of Boucher and Lohmann, Tellus, 1995            pctlwp(i) = pctlwp(i) &
96             !                 + pqlwp(i, k)*(paprs(i, k)-paprs(i, k+1))/RG
97             cdnc(i,k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1* &            pct(i) = pct(i)*(1.0-pclc(i, k))
98                  log(MAX(sulfate(i,k),1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3            if (pplay(i, k) <= cetahb*paprs(i, 1)) &
99             ! Cloud droplet number concentration (CDNC) is restricted                 pch(i) = pch(i)*(1.0-pclc(i, k))
100             ! to be within [20, 1000 cm^3]            if (pplay(i, k) > cetahb*paprs(i, 1) .AND. &
101             !                 pplay(i, k) <= cetamb*paprs(i, 1)) &
102             cdnc(i,k)=MIN(1000.e6,MAX(20.e6,cdnc(i,k)))                 pcm(i) = pcm(i)*(1.0-pclc(i, k))
103             cdnc_pi(i,k) = 10.**(bl95_b0+bl95_b1* &            if (pplay(i, k) > cetamb*paprs(i, 1)) &
104                  log(MAX(sulfate_pi(i,k),1.e-4))/log(10.))*1.e6 !-m-3                 pcl(i) = pcl(i)*(1.0-pclc(i, k))
105             cdnc_pi(i,k)=MIN(1000.e6,MAX(20.e6,cdnc_pi(i,k)))         END DO
106             !      END DO
107             !  
108             ! air density: pplay(i,k) / (RD * zT(i,k))      DO i = 1, klon
109             ! factor 1.1: derive effective radius from volume-mean radius         pct(i)=1.-pct(i)
110             ! factor 1000 is the water density         pch(i)=1.-pch(i)
111             ! _chaud means that this is the CDR for liquid water clouds         pcm(i)=1.-pcm(i)
112             !         pcl(i)=1.-pcl(i)
113             rad_chaud =  &      END DO
114                  1.1 * ( (pqlwp(i,k) * pplay(i,k) / (RD * T(i,k)) )   &  
115                  / (4./3. * RPI * 1000. * cdnc(i,k)) )**(1./3.)    END SUBROUTINE nuage
116             !  
117             ! Convert to um. CDR shall be at least 3 um.  end module nuage_m
            !  
            rad_chaud = MAX(rad_chaud*1.e6, 3.)  
   
            ! 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)  
   
            ! 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 = MAX(1.1e6 * ( (pqlwp(i,k)*pplay(i,k)/(RD*T(i,k)))   &  
                 / (4./3.*RPI*1000.*cdnc_pi(i,k)) )**(1./3.),  &  
                 3.) * (1.-zfice) + rad_froid * zfice  
            cldtaupi(i,k) = 3.0/2.0 * zflwp / radius  
   
         END IF                  ! ok_aie  
   
         radius = rad_chaud * (1.-zfice) + rad_froid * zfice  
         coef = coef_chau * (1.-zfice) + coef_froi * zfice  
         pcltau(i,k) = 3.0/2.0 * zflwp / radius  
         pclemi(i,k) = 1.0 - EXP( - coef * zflwp)  
         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 (.NOT.ok_aie) cldtaupi(i,k)=pcltau(i,k)  
      END DO  
   END DO  
   !  
   ! 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  
   END DO  
   !  
   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))  
      END DO  
   END DO  
   !  
   DO i = 1, klon  
      pct(i)=1.-pct(i)  
      pch(i)=1.-pch(i)  
      pcm(i)=1.-pcm(i)  
      pcl(i)=1.-pcl(i)  
   END DO  
   !  
 END SUBROUTINE nuage  
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