New URL for NEMO forge!   http://forge.nemo-ocean.eu

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
sbcblk.F90 in NEMO/branches/2019/dev_r11085_ASINTER-05_Brodeau_Advanced_Bulk/src/OCE/SBC – NEMO

source: NEMO/branches/2019/dev_r11085_ASINTER-05_Brodeau_Advanced_Bulk/src/OCE/SBC/sbcblk.F90 @ 11845

Last change on this file since 11845 was 11841, checked in by laurent, 4 years ago

Better use of function "bulk_formula()" (in sbcblk_phy.F90)

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 70.9 KB
Line 
1MODULE sbcblk
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  sbcblk  ***
4   !! Ocean forcing:  momentum, heat and freshwater flux formulation
5   !!                         Aerodynamic Bulk Formulas
6   !!                        SUCCESSOR OF "sbcblk_core"
7   !!=====================================================================
8   !! History :  1.0  !  2004-08  (U. Schweckendiek)  Original CORE code
9   !!            2.0  !  2005-04  (L. Brodeau, A.M. Treguier)  improved CORE bulk and its user interface
10   !!            3.0  !  2006-06  (G. Madec)  sbc rewritting
11   !!             -   !  2006-12  (L. Brodeau)  Original code for turb_core
12   !!            3.2  !  2009-04  (B. Lemaire)  Introduce iom_put
13   !!            3.3  !  2010-10  (S. Masson)  add diurnal cycle
14   !!            3.4  !  2011-11  (C. Harris)  Fill arrays required by CICE
15   !!            3.7  !  2014-06  (L. Brodeau)  simplification and optimization of CORE bulk
16   !!            4.0  !  2016-06  (L. Brodeau)  sbcblk_core becomes sbcblk and is not restricted to the CORE algorithm anymore
17   !!                 !                        ==> based on AeroBulk (https://github.com/brodeau/aerobulk/)
18   !!            4.0  !  2016-10  (G. Madec)  introduce a sbc_blk_init routine
19   !!            4.0  !  2016-10  (M. Vancoppenolle)  Introduce conduction flux emulator (M. Vancoppenolle)
20   !!----------------------------------------------------------------------
21
22   !!----------------------------------------------------------------------
23   !!   sbc_blk_init  : initialisation of the chosen bulk formulation as ocean surface boundary condition
24   !!   sbc_blk       : bulk formulation as ocean surface boundary condition
25   !!   blk_oce       : computes momentum, heat and freshwater fluxes over ocean
26   !!             sea-ice case only :
27   !!   blk_ice_tau   : provide the air-ice stress
28   !!   blk_ice_flx   : provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
29   !!   blk_ice_qcn   : provide ice surface temperature and snow/ice conduction flux (emulating conduction flux)
30   !!   Cdn10_Lupkes2012 : Lupkes et al. (2012) air-ice drag
31   !!   Cdn10_Lupkes2015 : Lupkes et al. (2015) air-ice drag
32   !!----------------------------------------------------------------------
33   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
34   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
35   USE phycst         ! physical constants
36   USE fldread        ! read input fields
37   USE sbc_oce        ! Surface boundary condition: ocean fields
38   USE cyclone        ! Cyclone 10m wind form trac of cyclone centres
39   USE sbcdcy         ! surface boundary condition: diurnal cycle
40   USE sbcwave , ONLY :   cdn_wave ! wave module
41   USE sbc_ice        ! Surface boundary condition: ice fields
42   USE lib_fortran    ! to use key_nosignedzero
43#if defined key_si3
44   USE ice     , ONLY :   u_ice, v_ice, jpl, a_i_b, at_i_b, t_su, rn_cnd_s, hfx_err_dif
45   USE icethd_dh      ! for CALL ice_thd_snwblow
46#endif
47   USE sbcblk_algo_ncar     ! => turb_ncar     : NCAR - CORE (Large & Yeager, 2009)
48   USE sbcblk_algo_coare3p0 ! => turb_coare3p0 : COAREv3.0 (Fairall et al. 2003)
49   USE sbcblk_algo_coare3p6 ! => turb_coare3p6 : COAREv3.6 (Fairall et al. 2018 + Edson et al. 2013)
50   USE sbcblk_algo_ecmwf    ! => turb_ecmwf    : ECMWF (IFS cycle 45r1)
51   !
52   USE iom            ! I/O manager library
53   USE in_out_manager ! I/O manager
54   USE lib_mpp        ! distribued memory computing library
55   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
56   USE prtctl         ! Print control
57
58   USE sbcblk_phy     !LB: all thermodynamics functions in the marine boundary layer, rho_air, q_sat, etc...
59
60
61   IMPLICIT NONE
62   PRIVATE
63
64   PUBLIC   sbc_blk_init  ! called in sbcmod
65   PUBLIC   sbc_blk       ! called in sbcmod
66#if defined key_si3
67   PUBLIC   blk_ice_tau   ! routine called in icesbc
68   PUBLIC   blk_ice_flx   ! routine called in icesbc
69   PUBLIC   blk_ice_qcn   ! routine called in icesbc
70#endif
71
72   INTEGER , PARAMETER ::   jpfld   =10           ! maximum number of files to read
73   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndi = 1           ! index of 10m wind velocity (i-component) (m/s)    at T-point
74   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndj = 2           ! index of 10m wind velocity (j-component) (m/s)    at T-point
75   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tair = 3           ! index of 10m air temperature             (Kelvin)
76   INTEGER , PARAMETER ::   jp_humi = 4           ! index of specific humidity               ( % )
77   INTEGER , PARAMETER ::   jp_qsr  = 5           ! index of solar heat                      (W/m2)
78   INTEGER , PARAMETER ::   jp_qlw  = 6           ! index of Long wave                       (W/m2)
79   INTEGER , PARAMETER ::   jp_prec = 7           ! index of total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
80   INTEGER , PARAMETER ::   jp_snow = 8           ! index of snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
81   INTEGER , PARAMETER ::   jp_slp  = 9           ! index of sea level pressure              (Pa)
82   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tdif =10           ! index of tau diff associated to HF tau   (N/m2)   at T-point
83
84   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   sf   ! structure of input fields (file informations, fields read)
85
86   !                           !!* Namelist namsbc_blk : bulk parameters
87   LOGICAL  ::   ln_NCAR        ! "NCAR"      algorithm   (Large and Yeager 2008)
88   LOGICAL  ::   ln_COARE_3p0   ! "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)
89   LOGICAL  ::   ln_COARE_3p6   ! "COARE 3.6" algorithm   (Edson et al. 2013)
90   LOGICAL  ::   ln_ECMWF       ! "ECMWF"     algorithm   (IFS cycle 45r1)
91   !
92   LOGICAL  ::   ln_taudif      ! logical flag to use the "mean of stress module - module of mean stress" data
93   REAL(wp) ::   rn_pfac        ! multiplication factor for precipitation
94   REAL(wp) ::   rn_efac        ! multiplication factor for evaporation
95   REAL(wp) ::   rn_vfac        ! multiplication factor for ice/ocean velocity in the calculation of wind stress
96   REAL(wp) ::   rn_zqt         ! z(q,t) : height of humidity and temperature measurements
97   REAL(wp) ::   rn_zu          ! z(u)   : height of wind measurements
98   !!gm ref namelist initialize it so remove the setting to false below
99   LOGICAL  ::   ln_Cd_L12 = .FALSE. !  Modify the drag ice-atm depending on ice concentration (from Lupkes et al. JGR2012)
100   LOGICAL  ::   ln_Cd_L15 = .FALSE. !  Modify the drag ice-atm depending on ice concentration (from Lupkes et al. JGR2015)
101   !
102   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   Cd_atm                    ! transfer coefficient for momentum      (tau)
103   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   Ch_atm                    ! transfer coefficient for sensible heat (Q_sens)
104   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   Ce_atm                    ! tansfert coefficient for evaporation   (Q_lat)
105   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   t_zu                      ! air temperature at wind speed height (needed by Lupkes 2015 bulk scheme)
106   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   q_zu                      ! air spec. hum.  at wind speed height (needed by Lupkes 2015 bulk scheme)
107   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   cdn_oce, chn_oce, cen_oce ! needed by Lupkes 2015 bulk scheme
108
109   !LB:
110   LOGICAL  ::   ln_skin_cs     ! use the cool-skin (only available in ECMWF and COARE algorithms) !LB
111   LOGICAL  ::   ln_skin_wl     ! use the warm-layer parameterization (only available in ECMWF and COARE algorithms) !LB
112   LOGICAL  ::   ln_humi_sph    ! humidity read in files ("sn_humi") is specific humidity [kg/kg] if .true. !LB
113   LOGICAL  ::   ln_humi_dpt    ! humidity read in files ("sn_humi") is dew-point temperature [K] if .true. !LB
114   LOGICAL  ::   ln_humi_rlh    ! humidity read in files ("sn_humi") is relative humidity     [%] if .true. !LB
115   !
116   INTEGER  ::   nhumi          ! choice of the bulk algorithm
117   !                            ! associated indices:
118   INTEGER, PARAMETER :: np_humi_sph = 1
119   INTEGER, PARAMETER :: np_humi_dpt = 2
120   INTEGER, PARAMETER :: np_humi_rlh = 3
121   !LB.
122
123   INTEGER  ::   nblk           ! choice of the bulk algorithm
124   !                            ! associated indices:
125   INTEGER, PARAMETER ::   np_NCAR      = 1   ! "NCAR" algorithm        (Large and Yeager 2008)
126   INTEGER, PARAMETER ::   np_COARE_3p0 = 2   ! "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)
127   INTEGER, PARAMETER ::   np_COARE_3p6 = 3   ! "COARE 3.6" algorithm   (Edson et al. 2013)
128   INTEGER, PARAMETER ::   np_ECMWF     = 4   ! "ECMWF" algorithm       (IFS cycle 45r1)
129
130   !! * Substitutions
131#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
132   !!----------------------------------------------------------------------
133   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
134   !! $Id$
135   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
136   !!----------------------------------------------------------------------
137CONTAINS
138
139   INTEGER FUNCTION sbc_blk_alloc()
140      !!-------------------------------------------------------------------
141      !!             ***  ROUTINE sbc_blk_alloc ***
142      !!-------------------------------------------------------------------
143      ALLOCATE( Cd_atm (jpi,jpj), Ch_atm (jpi,jpj), Ce_atm (jpi,jpj), t_zu(jpi,jpj), q_zu(jpi,jpj), &
144         &      cdn_oce(jpi,jpj), chn_oce(jpi,jpj), cen_oce(jpi,jpj), STAT=sbc_blk_alloc )
145      !
146      CALL mpp_sum ( 'sbcblk', sbc_blk_alloc )
147      IF( sbc_blk_alloc /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_alloc: failed to allocate arrays' )
148   END FUNCTION sbc_blk_alloc
149
150   !LB:
151   INTEGER FUNCTION sbc_blk_cswl_alloc()
152      !!-------------------------------------------------------------------
153      !!             ***  ROUTINE sbc_blk_cswl_alloc ***
154      !!-------------------------------------------------------------------
155      !WRITE(numout,*) '*** LB: allocating tsk!'
156      ALLOCATE( tsk(jpi,jpj), STAT=sbc_blk_cswl_alloc )
157      !WRITE(numout,*) '*** LB: done!'
158      CALL mpp_sum ( 'sbcblk', sbc_blk_cswl_alloc )
159      IF( sbc_blk_cswl_alloc /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_cswl_alloc: failed to allocate arrays' )
160   END FUNCTION sbc_blk_cswl_alloc
161   !LB.
162
163
164   SUBROUTINE sbc_blk_init
165      !!---------------------------------------------------------------------
166      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk_init  ***
167      !!
168      !! ** Purpose :   choose and initialize a bulk formulae formulation
169      !!
170      !! ** Method  :
171      !!
172      !!----------------------------------------------------------------------
173      INTEGER  ::   ifpr, jfld            ! dummy loop indice and argument
174      INTEGER  ::   ios, ierror, ioptio   ! Local integer
175      !!
176      CHARACTER(len=100)            ::   cn_dir                ! Root directory for location of atmospheric forcing files
177      TYPE(FLD_N), DIMENSION(jpfld) ::   slf_i                 ! array of namelist informations on the fields to read
178      TYPE(FLD_N) ::   sn_wndi, sn_wndj, sn_humi, sn_qsr       ! informations about the fields to be read
179      TYPE(FLD_N) ::   sn_qlw , sn_tair, sn_prec, sn_snow      !       "                        "
180      TYPE(FLD_N) ::   sn_slp , sn_tdif                        !       "                        "
181      NAMELIST/namsbc_blk/ sn_wndi, sn_wndj, sn_humi, sn_qsr, sn_qlw ,                &   ! input fields
182         &                 sn_tair, sn_prec, sn_snow, sn_slp, sn_tdif,                &
183         &                 ln_NCAR, ln_COARE_3p0, ln_COARE_3p6, ln_ECMWF,             &   ! bulk algorithm
184         &                 cn_dir , ln_taudif, rn_zqt, rn_zu,                         &
185         &                 rn_pfac, rn_efac, rn_vfac, ln_Cd_L12, ln_Cd_L15,           &
186         &                 ln_skin_cs, ln_skin_wl, ln_humi_sph, ln_humi_dpt, ln_humi_rlh    ! cool-skin / warm-layer !LB
187      !!---------------------------------------------------------------------
188      !
189      !                                      ! allocate sbc_blk_core array
190      IF( sbc_blk_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk : unable to allocate standard arrays' )
191      !
192      !                             !** read bulk namelist
193      REWIND( numnam_ref )                !* Namelist namsbc_blk in reference namelist : bulk parameters
194      READ  ( numnam_ref, namsbc_blk, IOSTAT = ios, ERR = 901)
195901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_blk in reference namelist' )
196      !
197      REWIND( numnam_cfg )                !* Namelist namsbc_blk in configuration namelist : bulk parameters
198      READ  ( numnam_cfg, namsbc_blk, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
199902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_blk in configuration namelist' )
200      !
201      IF(lwm) WRITE( numond, namsbc_blk )
202      !
203      !                             !** initialization of the chosen bulk formulae (+ check)
204      !                                   !* select the bulk chosen in the namelist and check the choice
205      ioptio = 0
206      IF( ln_NCAR      ) THEN
207         nblk =  np_NCAR        ;   ioptio = ioptio + 1
208      ENDIF
209      IF( ln_COARE_3p0 ) THEN
210         nblk =  np_COARE_3p0   ;   ioptio = ioptio + 1
211      ENDIF
212      IF( ln_COARE_3p6 ) THEN
213         nblk =  np_COARE_3p6   ;   ioptio = ioptio + 1
214      ENDIF
215      IF( ln_ECMWF     ) THEN
216         nblk =  np_ECMWF       ;   ioptio = ioptio + 1
217      ENDIF
218      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Choose one and only one bulk algorithm' )
219
220
221
222      !LB:
223      !                             !** initialization of the cool-skin / warm-layer parametrization
224      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
225         IF ( ln_NCAR ) CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Cool-skin/warm-layer param. not compatible with NCAR algorithm!' )
226         !                       ! allocate array(s) for cool-skin/warm-layer param.
227         IF( sbc_blk_cswl_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk : unable to allocate standard arrays' )
228      END IF
229      !
230      ioptio = 0
231      IF( ln_humi_sph ) THEN
232         nhumi =  np_humi_sph    ;   ioptio = ioptio + 1
233      ENDIF
234      IF( ln_humi_dpt ) THEN
235         nhumi =  np_humi_dpt    ;   ioptio = ioptio + 1
236      ENDIF
237      IF( ln_humi_rlh ) THEN
238         nhumi =  np_humi_rlh    ;   ioptio = ioptio + 1
239      ENDIF
240      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Choose one and only one type of air humidity' )
241      !LB.
242
243      !
244      IF( ln_dm2dc ) THEN                 !* check: diurnal cycle on Qsr
245         IF( sn_qsr%freqh /= 24. )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: ln_dm2dc=T only with daily short-wave input' )
246         IF( sn_qsr%ln_tint ) THEN
247            CALL ctl_warn( 'sbc_blk_init: ln_dm2dc=T daily qsr time interpolation done by sbcdcy module',   &
248               &           '              ==> We force time interpolation = .false. for qsr' )
249            sn_qsr%ln_tint = .false.
250         ENDIF
251      ENDIF
252      !                                   !* set the bulk structure
253      !                                      !- store namelist information in an array
254      slf_i(jp_wndi) = sn_wndi   ;   slf_i(jp_wndj) = sn_wndj
255      slf_i(jp_qsr ) = sn_qsr    ;   slf_i(jp_qlw ) = sn_qlw
256      slf_i(jp_tair) = sn_tair   ;   slf_i(jp_humi) = sn_humi
257      slf_i(jp_prec) = sn_prec   ;   slf_i(jp_snow) = sn_snow
258      slf_i(jp_slp)  = sn_slp    ;   slf_i(jp_tdif) = sn_tdif
259      !
260      lhftau = ln_taudif                     !- add an extra field if HF stress is used
261      jfld = jpfld - COUNT( (/.NOT.lhftau/) )
262      !
263      !                                      !- allocate the bulk structure
264      ALLOCATE( sf(jfld), STAT=ierror )
265      IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_init: unable to allocate sf structure' )
266      DO ifpr= 1, jfld
267         ALLOCATE( sf(ifpr)%fnow(jpi,jpj,1) )
268         IF( slf_i(ifpr)%ln_tint )   ALLOCATE( sf(ifpr)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
269         IF( slf_i(ifpr)%freqh > 0. .AND. MOD( NINT(3600. * slf_i(ifpr)%freqh), nn_fsbc * NINT(rdt) ) /= 0 )   &
270            &  CALL ctl_warn( 'sbc_blk_init: sbcmod timestep rdt*nn_fsbc is NOT a submultiple of atmospheric forcing frequency.',   &
271            &                 '               This is not ideal. You should consider changing either rdt or nn_fsbc value...' )
272
273      END DO
274      !                                      !- fill the bulk structure with namelist informations
275      CALL fld_fill( sf, slf_i, cn_dir, 'sbc_blk_init', 'surface boundary condition -- bulk formulae', 'namsbc_blk' )
276      !
277      IF ( ln_wave ) THEN
278         !Activated wave module but neither drag nor stokes drift activated
279         IF ( .NOT.(ln_cdgw .OR. ln_sdw .OR. ln_tauwoc .OR. ln_stcor ) )   THEN
280            CALL ctl_stop( 'STOP',  'Ask for wave coupling but ln_cdgw=F, ln_sdw=F, ln_tauwoc=F, ln_stcor=F' )
281            !drag coefficient read from wave model definable only with mfs bulk formulae and core
282         ELSEIF (ln_cdgw .AND. .NOT. ln_NCAR )       THEN
283            CALL ctl_stop( 'drag coefficient read from wave model definable only with NCAR and CORE bulk formulae')
284         ELSEIF (ln_stcor .AND. .NOT. ln_sdw)                             THEN
285            CALL ctl_stop( 'Stokes-Coriolis term calculated only if activated Stokes Drift ln_sdw=T')
286         ENDIF
287      ELSE
288         IF ( ln_cdgw .OR. ln_sdw .OR. ln_tauwoc .OR. ln_stcor )                &
289            &   CALL ctl_stop( 'Not Activated Wave Module (ln_wave=F) but asked coupling ',    &
290            &                  'with drag coefficient (ln_cdgw =T) '  ,                        &
291            &                  'or Stokes Drift (ln_sdw=T) ' ,                                 &
292            &                  'or ocean stress modification due to waves (ln_tauwoc=T) ',      &
293            &                  'or Stokes-Coriolis term (ln_stcori=T)'  )
294      ENDIF
295      !
296      !
297      IF(lwp) THEN                     !** Control print
298         !
299         WRITE(numout,*)                  !* namelist
300         WRITE(numout,*) '   Namelist namsbc_blk (other than data information):'
301         WRITE(numout,*) '      "NCAR"      algorithm   (Large and Yeager 2008)     ln_NCAR      = ', ln_NCAR
302         WRITE(numout,*) '      "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)       ln_COARE_3p0 = ', ln_COARE_3p0
303         WRITE(numout,*) '      "COARE 3.6" algorithm (Fairall 2018 + Edson al 2013)ln_COARE_3p6 = ', ln_COARE_3p6
304         WRITE(numout,*) '      "ECMWF"     algorithm   (IFS cycle 45r1)            ln_ECMWF     = ', ln_ECMWF
305         WRITE(numout,*) '      add High freq.contribution to the stress module     ln_taudif    = ', ln_taudif
306         WRITE(numout,*) '      Air temperature and humidity reference height (m)   rn_zqt       = ', rn_zqt
307         WRITE(numout,*) '      Wind vector reference height (m)                    rn_zu        = ', rn_zu
308         WRITE(numout,*) '      factor applied on precipitation (total & snow)      rn_pfac      = ', rn_pfac
309         WRITE(numout,*) '      factor applied on evaporation                       rn_efac      = ', rn_efac
310         WRITE(numout,*) '      factor applied on ocean/ice velocity                rn_vfac      = ', rn_vfac
311         WRITE(numout,*) '         (form absolute (=0) to relative winds(=1))'
312         WRITE(numout,*) '      use ice-atm drag from Lupkes2012                    ln_Cd_L12    = ', ln_Cd_L12
313         WRITE(numout,*) '      use ice-atm drag from Lupkes2015                    ln_Cd_L15    = ', ln_Cd_L15
314         !
315         WRITE(numout,*)
316         SELECT CASE( nblk )              !* Print the choice of bulk algorithm
317         CASE( np_NCAR      )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "NCAR" algorithm        (Large and Yeager 2008)'
318         CASE( np_COARE_3p0 )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)'
319         CASE( np_COARE_3p6 )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "COARE 3.6" algorithm (Fairall 2018+Edson et al. 2013)'
320         CASE( np_ECMWF     )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "ECMWF" algorithm       (IFS cycle 45r1)'
321         END SELECT
322         !
323         WRITE(numout,*)
324         WRITE(numout,*) '      use cool-skin  parameterization (SSST)  ln_skin_cs  = ', ln_skin_cs !LB
325         WRITE(numout,*) '      use warm-layer parameterization (SSST)  ln_skin_wl  = ', ln_skin_wl !LB
326         !
327         !LB:
328         WRITE(numout,*)
329         SELECT CASE( nhumi )              !* Print the choice of air humidity
330         CASE( np_humi_sph )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is SPECIFIC HUMIDITY     [kg/kg]'
331         CASE( np_humi_dpt )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is DEW-POINT TEMPERATURE [K]'
332         CASE( np_humi_rlh )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is RELATIVE HUMIDITY     [%]'
333         END SELECT
334         !LB.
335         !
336      ENDIF
337      !
338   END SUBROUTINE sbc_blk_init
339
340
341   SUBROUTINE sbc_blk( kt )
342      !!---------------------------------------------------------------------
343      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk  ***
344      !!
345      !! ** Purpose :   provide at each time step the surface ocean fluxes
346      !!              (momentum, heat, freshwater and runoff)
347      !!
348      !! ** Method  : (1) READ each fluxes in NetCDF files:
349      !!      the 10m wind velocity (i-component) (m/s)    at T-point
350      !!      the 10m wind velocity (j-component) (m/s)    at T-point
351      !!      the 10m or 2m specific humidity     ( % )
352      !!      the solar heat                      (W/m2)
353      !!      the Long wave                       (W/m2)
354      !!      the 10m or 2m air temperature       (Kelvin)
355      !!      the total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
356      !!      the snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
357      !!      the tau diff associated to HF tau   (N/m2)   at T-point   (ln_taudif=T)
358      !!              (2) CALL blk_oce
359      !!
360      !!      C A U T I O N : never mask the surface stress fields
361      !!                      the stress is assumed to be in the (i,j) mesh referential
362      !!
363      !! ** Action  :   defined at each time-step at the air-sea interface
364      !!              - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
365      !!              - taum        wind stress module at T-point
366      !!              - wndm        wind speed  module at T-point over free ocean or leads in presence of sea-ice
367      !!              - qns, qsr    non-solar and solar heat fluxes
368      !!              - emp         upward mass flux (evapo. - precip.)
369      !!              - sfx         salt flux due to freezing/melting (non-zero only if ice is present)
370      !!
371      !! ** References :   Large & Yeager, 2004 / Large & Yeager, 2008
372      !!                   Brodeau et al. Ocean Modelling 2010
373      !!----------------------------------------------------------------------
374      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
375      !!---------------------------------------------------------------------
376      !
377      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )             ! input fields provided at the current time-step
378      !
379      IF( kt == nit000 ) tsk(:,:) = sst_m(:,:)*tmask(:,:,1)  ! no previous estimate of skin temperature => using bulk SST
380      !
381      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   CALL blk_oce( kt, sf, sst_m, ssu_m, ssv_m ) !  compute the surface ocean fluxes using bulk formulea
382
383#if defined key_cice
384      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   THEN
385         qlw_ice(:,:,1)   = sf(jp_qlw )%fnow(:,:,1)
386         IF( ln_dm2dc ) THEN
387            qsr_ice(:,:,1) = sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) )
388         ELSE
389            qsr_ice(:,:,1) =          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)
390         ENDIF
391         tatm_ice(:,:)    = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)
392         !LB:
393         SELECT CASE( nhumi )
394         CASE( np_humi_sph )
395            qatm_ice(:,:) =           sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)
396         CASE( np_humi_dpt )
397            qatm_ice(:,:) = q_sat(    sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
398         CASE( np_humi_rlh )
399            qatm_ice(:,:) = q_air_rh( 0.01_wp*sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1)) !LB: 0.01 => RH is % percent in file
400         END SELECT
401         !LB.
402         tprecip(:,:)     = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
403         sprecip(:,:)     = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
404         wndi_ice(:,:)    = sf(jp_wndi)%fnow(:,:,1)
405         wndj_ice(:,:)    = sf(jp_wndj)%fnow(:,:,1)
406      ENDIF
407#endif
408      !
409   END SUBROUTINE sbc_blk
410
411
412   SUBROUTINE blk_oce( kt, sf, pst, pu, pv )
413      !!---------------------------------------------------------------------
414      !!                     ***  ROUTINE blk_oce  ***
415      !!
416      !! ** Purpose :   provide the momentum, heat and freshwater fluxes at
417      !!      the ocean surface at each time step
418      !!
419      !! ** Method  :   bulk formulea for the ocean using atmospheric
420      !!      fields read in sbc_read
421      !!
422      !! ** Outputs : - utau    : i-component of the stress at U-point  (N/m2)
423      !!              - vtau    : j-component of the stress at V-point  (N/m2)
424      !!              - taum    : Wind stress module at T-point         (N/m2)
425      !!              - wndm    : Wind speed module at T-point          (m/s)
426      !!              - qsr     : Solar heat flux over the ocean        (W/m2)
427      !!              - qns     : Non Solar heat flux over the ocean    (W/m2)
428      !!              - emp     : evaporation minus precipitation       (kg/m2/s)
429      !!
430      !!  ** Nota  :   sf has to be a dummy argument for AGRIF on NEC
431      !!---------------------------------------------------------------------
432      INTEGER  , INTENT(in   )                 ::   kt    ! time step index
433      TYPE(fld), INTENT(inout), DIMENSION(:)   ::   sf    ! input data
434      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pst   ! surface temperature                      [Celcius]
435      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pu    ! surface current at U-point (i-component) [m/s]
436      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pv    ! surface current at V-point (j-component) [m/s]
437      !
438      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
439      REAL(wp) ::   zztmp                ! local variable
440      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zwnd_i, zwnd_j    ! wind speed components at T-point
441      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zsq               ! specific humidity at pst  [kg/kg]
442      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqlw, zqsb        ! long wave and sensible heat fluxes
443      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqla, zevap       ! latent heat fluxes and evaporation
444      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zst               ! surface temperature in Kelvin
445      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zU_zu             ! bulk wind speed at height zu  [m/s]
446      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   ztpot             ! potential temperature of air at z=rn_zqt [K]
447      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqair             ! specific humidity     of air at z=rn_zqt [kg/kg] !LB
448      !!---------------------------------------------------------------------
449      !
450      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
451      zst(:,:) = pst(:,:) + rt0      ! convert SST from Celcius to Kelvin (and set minimum value far above 0 K)
452
453      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
454      !      0   Wind components and module at T-point relative to the moving ocean   !
455      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
456
457      ! ... components ( U10m - U_oce ) at T-point (unmasked)
458      !!gm    move zwnd_i (_j) set to zero  inside the key_cyclone ???
459      zwnd_i(:,:) = 0._wp
460      zwnd_j(:,:) = 0._wp
461#if defined key_cyclone
462      CALL wnd_cyc( kt, zwnd_i, zwnd_j )    ! add analytical tropical cyclone (Vincent et al. JGR 2012)
463      DO jj = 2, jpjm1
464         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
465            sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) = sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) + zwnd_i(ji,jj)
466            sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) = sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) + zwnd_j(ji,jj)
467         END DO
468      END DO
469#endif
470      DO jj = 2, jpjm1
471         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
472            zwnd_i(ji,jj) = (  sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pu(ji-1,jj  ) + pu(ji,jj) )  )
473            zwnd_j(ji,jj) = (  sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pv(ji  ,jj-1) + pv(ji,jj) )  )
474         END DO
475      END DO
476      CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', zwnd_i, 'T', -1., zwnd_j, 'T', -1. )
477      ! ... scalar wind ( = | U10m - U_oce | ) at T-point (masked)
478      wndm(:,:) = SQRT(  zwnd_i(:,:) * zwnd_i(:,:)   &
479         &             + zwnd_j(:,:) * zwnd_j(:,:)  ) * tmask(:,:,1)
480
481      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
482      !      I   Solar FLUX                                                           !
483      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
484
485      ! ocean albedo assumed to be constant + modify now Qsr to include the diurnal cycle                    ! Short Wave
486      zztmp = 1. - albo
487      IF( ln_dm2dc ) THEN
488         qsr(:,:) = zztmp * sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) ) * tmask(:,:,1)
489      ELSE
490         qsr(:,:) = zztmp *          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)   * tmask(:,:,1)
491      ENDIF
492
493
494      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
495      !     II    Turbulent FLUXES                                                    !
496      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
497
498      ! ... specific humidity at SST and IST tmask(
499      zsq(:,:) = rdct_qsat_salt * q_sat( zst(:,:), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
500
501      IF ( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
502         zqsb(:,:) = zst(:,:) !LB: using array zqsb to backup original zst before skin action
503         zqla(:,:) = zsq(:,:) !LB: using array zqla to backup original zsq before skin action
504      END IF
505
506      !LB:
507      ! zqair = specific humidity of air at "rn_zqt" m above thes sea:
508      SELECT CASE( nhumi )
509      CASE( np_humi_sph )
510         zqair(:,:) =        sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)      ! what we read in file is already a spec. humidity!
511      CASE( np_humi_dpt )
512         IF (lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_oce => computing q_air out of d_air and slp !' !LBrm
513         zqair(:,:) = q_sat( sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
514      CASE( np_humi_rlh )
515         IF (lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_oce => computing q_air out of RH, t_air and slp !' !LBrm
516         zqair(:,:) = q_air_rh( 0.01_wp*sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) ) !LB: 0.01 => RH is % percent in file
517      END SELECT
518      !LB.
519
520      !! Estimate of potential temperature at z=rn_zqt, based on adiabatic lapse-rate
521      !!    (see Josey, Gulev & Yu, 2013) / doi=10.1016/B978-0-12-391851-2.00005-2
522      !!    (since reanalysis products provide absolute temperature "T" at z, not theta !)
523      ztpot = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) + gamma_moist( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), zqair(:,:) ) * rn_zqt
524
525
526      IF ( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
527
528         SELECT CASE( nblk )        !==  transfer coefficients  ==!   Cd, Ch, Ce at T-point
529
530         CASE( np_COARE_3p0 )
531            IF (lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_oce => calling "turb_coare3p0" WITH CSWL options!!!, gdept_1d(1)=', gdept_1d(1) !LBrm
532            CALL turb_coare3p0 ( kt, rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl,&  ! COARE v3.0
533               &                Cd_atm, Ch_atm, Ce_atm, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce,    &
534               &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1), slp=sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
535
536         CASE( np_COARE_3p6 )
537            IF (lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_oce => calling "turb_coare3p6" WITH CSWL options!!!, gdept_1d(1)=', gdept_1d(1) !LBrm
538            CALL turb_coare3p6 ( kt, rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl,&  ! COARE v3.6
539               &                Cd_atm, Ch_atm, Ce_atm, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce,    &
540               &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1), slp=sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
541
542         CASE( np_ECMWF     )
543            IF (lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_oce => calling "turb_ecmwf" WITH CSWL options!!!, gdept_1d(1)=', gdept_1d(1) !LBrm
544            CALL turb_ecmwf   ( kt, rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl,    &  ! ECMWF
545               &                Cd_atm, Ch_atm, Ce_atm, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce,   &
546               &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1), slp=sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
547
548         CASE DEFAULT
549            CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_oce: unsuported bulk formula selection for "ln_skin_*==.true."' )
550         END SELECT
551
552         !! In the presence of sea-ice we forget about the cool-skin/warm-layer update of zst and zsq:
553         WHERE ( fr_i < 0.001_wp )
554            ! zst and zsq have been updated by cool-skin/warm-layer scheme and we keep it!!!
555            zst(:,:) = zst(:,:)*tmask(:,:,1)
556            zsq(:,:) = zsq(:,:)*tmask(:,:,1)
557         ELSEWHERE
558            ! we forget about the update...
559            zst(:,:) = zqsb(:,:) !LB: using what we backed up before skin-algo
560            zsq(:,:) = zqla(:,:) !LB:  "   "   "
561         END WHERE
562
563         !LB: Update of tsk, the "official" array for skin temperature
564         tsk(:,:) = zst(:,:)
565
566      ELSE !IF ( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl )
567
568
569         SELECT CASE( nblk )        !==  transfer coefficients  ==!   Cd, Ch, Ce at T-point
570            !
571         CASE( np_NCAR      )
572            CALL turb_ncar    ( rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, zqair, wndm,   &  ! NCAR-COREv2
573               &                Cd_atm, Ch_atm, Ce_atm, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce )
574
575         CASE( np_COARE_3p0 )
576            IF (lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_oce => calling "turb_coare3p0" WITHOUT CSWL optional arrays!!!' !LBrm
577            CALL turb_coare3p0 ( kt, rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl,&  ! COARE v3.0
578               &                Cd_atm, Ch_atm, Ce_atm, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce )
579
580         CASE( np_COARE_3p6 )
581            IF (lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_oce => calling "turb_coare3p6" WITHOUT CSWL optional arrays!!!' !LBrm
582            CALL turb_coare3p6 ( kt, rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl,&  ! COARE v3.6
583               &                Cd_atm, Ch_atm, Ce_atm, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce )
584
585         CASE( np_ECMWF     )
586            IF (lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_oce => calling "turb_ecmwf" WITHOUT CSWL optional arrays!!!' !LBrm
587            CALL turb_ecmwf   ( kt, rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl,    &  ! ECMWF
588               &                Cd_atm, Ch_atm, Ce_atm, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce )
589
590         CASE DEFAULT
591            CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_oce: non-existing bulk formula selected' )
592         END SELECT
593
594      END IF ! IF ( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl )
595
596      !!      CALL iom_put( "Cd_oce", Cd_atm)  ! output value of pure ocean-atm. transfer coef.
597      !!      CALL iom_put( "Ch_oce", Ch_atm)  ! output value of pure ocean-atm. transfer coef.
598     
599      IF( ABS(rn_zu - rn_zqt) < 0.1_wp ) THEN
600         !! If zu == zt, then ensuring once for all that:
601         t_zu(:,:) = ztpot(:,:)
602         q_zu(:,:) = zqair(:,:)
603      END IF
604     
605
606      !  Turbulent fluxes over ocean  => BULK_FORMULA @ sbcblk_phy.F90
607      ! -------------------------------------------------------------
608     
609      CALL BULK_FORMULA( rn_zu, zst(:,:), zsq(:,:), t_zu(:,:), q_zu(:,:), Cd_atm(:,:), Ch_atm(:,:), Ce_atm(:,:), &
610         &                 wndm(:,:), zU_zu(:,:), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1), &
611         &                 taum(:,:), zqsb(:,:), zqla(:,:),               &
612         &                 pEvap=zevap(:,:), prhoa=rhoa(:,:) )
613     
614      zqla(:,:)  =  zqla(:,:) * tmask(:,:,1)
615      zqsb(:,:)  =  zqsb(:,:) * tmask(:,:,1)
616      taum(:,:)  =  taum(:,:) * tmask(:,:,1)
617      zevap(:,:) = zevap(:,:) * tmask(:,:,1)
618     
619      ! Tau i and j component on T-grid points, using array "Cd_atm" as a temporary array...
620      Cd_atm = 0._wp
621      WHERE ( wndm > 0._wp ) Cd_atm = taum / wndm
622      zwnd_i = Cd_atm * zwnd_i
623      zwnd_j = Cd_atm * zwnd_j     
624      !DO jj = 1, jpj             ! tau i and j component on T-grid points
625      !   DO ji = 1, jpi
626      !      zztmp = taum(ji,jj) / MAX( wndm(ji,jj) , 0.01_wp )
627      !      zwnd_i(ji,jj) = zztmp * zwnd_i(ji,jj)
628      !      zwnd_j(ji,jj) = zztmp * zwnd_j(ji,jj)
629      !   END DO
630      !END DO
631      !                          ! add the HF tau contribution to the wind stress module
632      IF( lhftau )   taum(:,:) = taum(:,:) + sf(jp_tdif)%fnow(:,:,1)
633
634      CALL iom_put( "taum_oce", taum )   ! output wind stress module
635
636      ! ... utau, vtau at U- and V_points, resp.
637      !     Note the use of 0.5*(2-umask) in order to unmask the stress along coastlines
638      !     Note the use of MAX(tmask(i,j),tmask(i+1,j) is to mask tau over ice shelves
639      DO jj = 1, jpjm1
640         DO ji = 1, fs_jpim1
641            utau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_i(ji,jj) + zwnd_i(ji+1,jj  ) ) &
642               &          * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji+1,jj,1))
643            vtau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_j(ji,jj) + zwnd_j(ji  ,jj+1) ) &
644               &          * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji,jj+1,1))
645         END DO
646      END DO
647      CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', utau, 'U', -1., vtau, 'V', -1. )
648
649
650      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
651      !     III    Net longwave radiative FLUX                                        !
652      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
653
654      !! LB: now moved after Turbulent fluxes because must use the skin temperature rather that the SST ! (zst is skin temperature if ln_skin_cs==.TRUE. .OR. ln_skin_wl==.TRUE.)
655      zqlw(:,:) = emiss_w * ( sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1) - stefan*zst(:,:)*zst(:,:)*zst(:,:)*zst(:,:) ) * tmask(:,:,1)   ! Net radiative longwave flux
656
657
658      IF(ln_ctl) THEN
659         CALL prt_ctl( tab2d_1=zevap , clinfo1=' blk_oce: zevap  : ') !LB
660         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqla  , clinfo1=' blk_oce: zqla   : ', tab2d_2=Ce_atm , clinfo2=' Ce_oce  : ' )
661         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqsb  , clinfo1=' blk_oce: zqsb   : ', tab2d_2=Ch_atm , clinfo2=' Ch_oce  : ' )
662         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqlw  , clinfo1=' blk_oce: zqlw   : ', tab2d_2=qsr, clinfo2=' qsr : ' )
663         CALL prt_ctl( tab2d_1=zsq   , clinfo1=' blk_oce: zsq    : ', tab2d_2=zst, clinfo2=' zst : ' )
664         CALL prt_ctl( tab2d_1=utau  , clinfo1=' blk_oce: utau   : ', mask1=umask,   &
665            &          tab2d_2=vtau  , clinfo2=           ' vtau : ', mask2=vmask )
666         CALL prt_ctl( tab2d_1=wndm  , clinfo1=' blk_oce: wndm   : ')
667         CALL prt_ctl( tab2d_1=zst   , clinfo1=' blk_oce: zst    : ')
668      ENDIF
669
670      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
671      !     IV    Total FLUXES                                                       !
672      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
673      !
674      emp (:,:) = (  zevap(:,:)                                          &   ! mass flux (evap. - precip.)
675         &         - sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac  ) * tmask(:,:,1)
676      !
677      qns(:,:) = zqlw(:,:) + zqsb(:,:) + zqla(:,:)                                &   ! Downward Non Solar
678         &     - sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * rLfus                        &   ! remove latent melting heat for solid precip
679         &     - zevap(:,:) * pst(:,:) * rcp                                      &   ! remove evap heat content at SST !LB??? pst is Celsius !?
680         &     + ( sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) - sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) ) * rn_pfac  &   ! add liquid precip heat content at Tair
681         &     * ( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) - rt0 ) * rcp                          &
682         &     + sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac                                &   ! add solid  precip heat content at min(Tair,Tsnow)
683         &     * ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0 ) - rt0 ) * rcpi
684      qns(:,:) = qns(:,:) * tmask(:,:,1)
685      !
686#if defined key_si3
687      qns_oce(:,:) = zqlw(:,:) + zqsb(:,:) + zqla(:,:)                                ! non solar without emp (only needed by SI3)
688      qsr_oce(:,:) = qsr(:,:)
689#endif
690      !
691      !!#LB: NO WHY???? IF ( nn_ice == 0 ) THEN
692      CALL iom_put( "rho_air"  ,   rhoa )                 ! output air density (kg/m^3) !#LB
693      CALL iom_put( "qlw_oce"  ,   zqlw )                 ! output downward longwave heat over the ocean
694      CALL iom_put( "qsb_oce"  ,   zqsb )                 ! output downward sensible heat over the ocean
695      CALL iom_put( "qla_oce"  ,   zqla )                 ! output downward latent   heat over the ocean
696      CALL iom_put( "evap_oce" ,  zevap )                 ! evaporation
697      CALL iom_put( "qemp_oce" ,   qns-zqlw-zqsb-zqla )   ! output downward heat content of E-P over the ocean
698      CALL iom_put( "qns_oce"  ,   qns  )                 ! output downward non solar heat over the ocean
699      CALL iom_put( "qsr_oce"  ,   qsr  )                 ! output downward solar heat over the ocean
700      CALL iom_put( "qt_oce"   ,   qns+qsr )              ! output total downward heat over the ocean
701      tprecip(:,:) = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * tmask(:,:,1) ! output total precipitation [kg/m2/s]
702      sprecip(:,:) = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * tmask(:,:,1) ! output solid precipitation [kg/m2/s]
703      CALL iom_put( 'snowpre', sprecip )                 ! Snow
704      CALL iom_put( 'precip' , tprecip )                 ! Total precipitation
705      IF ( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
706         CALL iom_put( "t_skin" ,  (zst - rt0) * tmask(:,:,1) )           ! T_skin in Celsius
707         CALL iom_put( "dt_skin" , (zst - pst - rt0) * tmask(:,:,1) )     ! T_skin - SST temperature difference...
708      END IF
709      !!#LB. ENDIF
710      !
711      IF(ln_ctl) THEN
712         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqsb , clinfo1=' blk_oce: zqsb   : ', tab2d_2=zqlw , clinfo2=' zqlw  : ')
713         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqla , clinfo1=' blk_oce: zqla   : ', tab2d_2=qsr  , clinfo2=' qsr   : ')
714         CALL prt_ctl(tab2d_1=pst  , clinfo1=' blk_oce: pst    : ', tab2d_2=emp  , clinfo2=' emp   : ')
715         CALL prt_ctl(tab2d_1=utau , clinfo1=' blk_oce: utau   : ', mask1=umask,   &
716            &         tab2d_2=vtau , clinfo2=              ' vtau  : ' , mask2=vmask )
717      ENDIF
718      !
719   END SUBROUTINE blk_oce
720
721
722
723#if defined key_si3
724   !!----------------------------------------------------------------------
725   !!   'key_si3'                                       SI3 sea-ice model
726   !!----------------------------------------------------------------------
727   !!   blk_ice_tau : provide the air-ice stress
728   !!   blk_ice_flx : provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
729   !!   blk_ice_qcn : provide ice surface temperature and snow/ice conduction flux (emulating conduction flux)
730   !!   Cdn10_Lupkes2012 : Lupkes et al. (2012) air-ice drag
731   !!   Cdn10_Lupkes2015 : Lupkes et al. (2015) air-ice drag
732   !!----------------------------------------------------------------------
733
734   SUBROUTINE blk_ice_tau
735      !!---------------------------------------------------------------------
736      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_tau  ***
737      !!
738      !! ** Purpose :   provide the surface boundary condition over sea-ice
739      !!
740      !! ** Method  :   compute momentum using bulk formulation
741      !!                formulea, ice variables and read atmospheric fields.
742      !!                NB: ice drag coefficient is assumed to be a constant
743      !!---------------------------------------------------------------------
744      INTEGER  ::   ji, jj    ! dummy loop indices
745      REAL(wp) ::   zwndi_f , zwndj_f, zwnorm_f   ! relative wind module and components at F-point
746      REAL(wp) ::   zwndi_t , zwndj_t             ! relative wind components at T-point
747      !!---------------------------------------------------------------------
748      !
749      ! set transfer coefficients to default sea-ice values
750      Cd_atm(:,:) = rCd_ice
751      Ch_atm(:,:) = rCd_ice
752      Ce_atm(:,:) = rCd_ice
753
754      wndm_ice(:,:) = 0._wp      !!gm brutal....
755
756      ! ------------------------------------------------------------ !
757      !    Wind module relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
758      ! ------------------------------------------------------------ !
759      ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
760      DO jj = 2, jpjm1
761         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
762            zwndi_t = (  sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( u_ice(ji-1,jj  ) + u_ice(ji,jj) )  )
763            zwndj_t = (  sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( v_ice(ji  ,jj-1) + v_ice(ji,jj) )  )
764            wndm_ice(ji,jj) = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
765         END DO
766      END DO
767      CALL lbc_lnk( 'sbcblk', wndm_ice, 'T',  1. )
768      !
769      ! Make ice-atm. drag dependent on ice concentration
770      IF    ( ln_Cd_L12 ) THEN   ! calculate new drag from Lupkes(2012) equations
771         CALL Cdn10_Lupkes2012( Cd_atm )
772         Ch_atm(:,:) = Cd_atm(:,:)       ! momentum and heat transfer coef. are considered identical
773      ELSEIF( ln_Cd_L15 ) THEN   ! calculate new drag from Lupkes(2015) equations
774         CALL Cdn10_Lupkes2015( Cd_atm, Ch_atm )
775      ENDIF
776
777      !!      CALL iom_put( "rCd_ice", Cd_atm)  ! output value of pure ice-atm. transfer coef.
778      !!      CALL iom_put( "Ch_ice", Ch_atm)  ! output value of pure ice-atm. transfer coef.
779
780      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
781
782      !!gm brutal....
783      utau_ice  (:,:) = 0._wp
784      vtau_ice  (:,:) = 0._wp
785      !!gm end
786
787      ! ------------------------------------------------------------ !
788      !    Wind stress relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
789      ! ------------------------------------------------------------ !
790      ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
791      DO jj = 2, jpjm1
792         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
793            utau_ice(ji,jj) = 0.5 * rhoa(ji,jj) * Cd_atm(ji,jj) * ( wndm_ice(ji+1,jj  ) + wndm_ice(ji,jj) )            &
794               &          * ( 0.5 * (sf(jp_wndi)%fnow(ji+1,jj,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) ) - rn_vfac * u_ice(ji,jj) )
795            vtau_ice(ji,jj) = 0.5 * rhoa(ji,jj) * Cd_atm(ji,jj) * ( wndm_ice(ji,jj+1  ) + wndm_ice(ji,jj) )            &
796               &          * ( 0.5 * (sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj+1,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) ) - rn_vfac * v_ice(ji,jj) )
797         END DO
798      END DO
799      CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', utau_ice, 'U', -1., vtau_ice, 'V', -1. )
800      !
801      !
802      IF(ln_ctl) THEN
803         CALL prt_ctl(tab2d_1=utau_ice  , clinfo1=' blk_ice: utau_ice : ', tab2d_2=vtau_ice  , clinfo2=' vtau_ice : ')
804         CALL prt_ctl(tab2d_1=wndm_ice  , clinfo1=' blk_ice: wndm_ice : ')
805      ENDIF
806      !
807   END SUBROUTINE blk_ice_tau
808
809
810   SUBROUTINE blk_ice_flx( ptsu, phs, phi, palb )
811      !!---------------------------------------------------------------------
812      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_flx  ***
813      !!
814      !! ** Purpose :   provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
815      !!
816      !! ** Method  :   compute heat and freshwater exchanged
817      !!                between atmosphere and sea-ice using bulk formulation
818      !!                formulea, ice variables and read atmmospheric fields.
819      !!
820      !! caution : the net upward water flux has with mm/day unit
821      !!---------------------------------------------------------------------
822      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   ptsu   ! sea ice surface temperature
823      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   phs    ! snow thickness
824      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   phi    ! ice thickness
825      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   palb   ! ice albedo (all skies)
826      !!
827      INTEGER  ::   ji, jj, jl               ! dummy loop indices
828      REAL(wp) ::   zst3                     ! local variable
829      REAL(wp) ::   zcoef_dqlw, zcoef_dqla   !   -      -
830      REAL(wp) ::   zztmp, z1_rLsub          !   -      -
831      REAL(wp) ::   zfr1, zfr2               ! local variables
832      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z1_st         ! inverse of surface temperature
833      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_qlw         ! long wave heat flux over ice
834      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_qsb         ! sensible  heat flux over ice
835      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_dqlw        ! long wave heat sensitivity over ice
836      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_dqsb        ! sensible  heat sensitivity over ice
837      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zevap, zsnw   ! evaporation and snw distribution after wind blowing (SI3)
838      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zqair         ! specific humidity of air at z=rn_zqt [kg/kg] !LB
839      !!---------------------------------------------------------------------
840      !
841      zcoef_dqlw = 4._wp * 0.95_wp * stefan             ! local scalars
842      zcoef_dqla = -rLsub * 11637800._wp * (-5897.8_wp) !LB: BAD!
843      !
844
845      !LB:
846      SELECT CASE( nhumi )
847      CASE( np_humi_sph )
848         zqair(:,:) =        sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)      ! what we read in file is already a spec. humidity!
849      CASE( np_humi_dpt )
850         IF (lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_ice_flx => computing q_air out of d_air and slp !' !LBrm
851         zqair(:,:) = q_sat( sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
852      CASE( np_humi_rlh )
853         IF (lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_ice_flx => computing q_air out of RH, t_air and slp !' !LBrm
854         zqair(:,:) = q_air_rh( 0.01_wp*sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) ) !LB: 0.01 => RH is % percent in file
855      END SELECT
856      !LB.
857
858      zztmp = 1. / ( 1. - albo )
859      WHERE( ptsu(:,:,:) /= 0._wp )
860         z1_st(:,:,:) = 1._wp / ptsu(:,:,:)
861      ELSEWHERE
862         z1_st(:,:,:) = 0._wp
863      END WHERE
864      !                                     ! ========================== !
865      DO jl = 1, jpl                        !  Loop over ice categories  !
866         !                                  ! ========================== !
867         DO jj = 1 , jpj
868            DO ji = 1, jpi
869               ! ----------------------------!
870               !      I   Radiative FLUXES   !
871               ! ----------------------------!
872               zst3 = ptsu(ji,jj,jl) * ptsu(ji,jj,jl) * ptsu(ji,jj,jl)
873               ! Short Wave (sw)
874               qsr_ice(ji,jj,jl) = zztmp * ( 1. - palb(ji,jj,jl) ) * qsr(ji,jj)
875               ! Long  Wave (lw)
876               z_qlw(ji,jj,jl) = 0.95 * ( sf(jp_qlw)%fnow(ji,jj,1) - stefan * ptsu(ji,jj,jl) * zst3 ) * tmask(ji,jj,1)
877               ! lw sensitivity
878               z_dqlw(ji,jj,jl) = zcoef_dqlw * zst3
879
880               ! ----------------------------!
881               !     II    Turbulent FLUXES  !
882               ! ----------------------------!
883
884               ! ... turbulent heat fluxes with Ch_atm recalculated in blk_ice_tau
885               ! Sensible Heat
886               z_qsb(ji,jj,jl) = rhoa(ji,jj) * rCp_air * Ch_atm(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj) * (ptsu(ji,jj,jl) - sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1))
887               ! Latent Heat
888               qla_ice(ji,jj,jl) = rn_efac * MAX( 0.e0, rhoa(ji,jj) * rLsub  * Ch_atm(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj) *  &
889                  &                ( 11637800. * EXP( -5897.8 * z1_st(ji,jj,jl) ) / rhoa(ji,jj) - zqair(ji,jj) ) )
890               ! Latent heat sensitivity for ice (Dqla/Dt)
891               IF( qla_ice(ji,jj,jl) > 0._wp ) THEN
892                  dqla_ice(ji,jj,jl) = rn_efac * zcoef_dqla * Ch_atm(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj) *  &
893                     &                 z1_st(ji,jj,jl)*z1_st(ji,jj,jl) * EXP(-5897.8 * z1_st(ji,jj,jl))
894               ELSE
895                  dqla_ice(ji,jj,jl) = 0._wp
896               ENDIF
897
898               ! Sensible heat sensitivity (Dqsb_ice/Dtn_ice)
899               z_dqsb(ji,jj,jl) = rhoa(ji,jj) * rCp_air * Ch_atm(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj)
900
901               ! ----------------------------!
902               !     III    Total FLUXES     !
903               ! ----------------------------!
904               ! Downward Non Solar flux
905               qns_ice (ji,jj,jl) =     z_qlw (ji,jj,jl) - z_qsb (ji,jj,jl) - qla_ice (ji,jj,jl)
906               ! Total non solar heat flux sensitivity for ice
907               dqns_ice(ji,jj,jl) = - ( z_dqlw(ji,jj,jl) + z_dqsb(ji,jj,jl) + dqla_ice(ji,jj,jl) )
908            END DO
909            !
910         END DO
911         !
912      END DO
913      !
914      tprecip(:,:) = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * tmask(:,:,1)  ! total precipitation [kg/m2/s]
915      sprecip(:,:) = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * tmask(:,:,1)  ! solid precipitation [kg/m2/s]
916      CALL iom_put( 'snowpre', sprecip )                    ! Snow precipitation
917      CALL iom_put( 'precip' , tprecip )                    ! Total precipitation
918
919      ! --- evaporation --- !
920      z1_rLsub = 1._wp / rLsub
921      evap_ice (:,:,:) = rn_efac * qla_ice (:,:,:) * z1_rLsub    ! sublimation
922      devap_ice(:,:,:) = rn_efac * dqla_ice(:,:,:) * z1_rLsub    ! d(sublimation)/dT
923      zevap    (:,:)   = rn_efac * ( emp(:,:) + tprecip(:,:) )   ! evaporation over ocean
924
925      ! --- evaporation minus precipitation --- !
926      zsnw(:,:) = 0._wp
927      CALL ice_thd_snwblow( (1.-at_i_b(:,:)), zsnw )  ! snow distribution over ice after wind blowing
928      emp_oce(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * zevap(:,:) - ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) - sprecip(:,:) * (1._wp - zsnw )
929      emp_ice(:,:) = SUM( a_i_b(:,:,:) * evap_ice(:,:,:), dim=3 ) - sprecip(:,:) * zsnw
930      emp_tot(:,:) = emp_oce(:,:) + emp_ice(:,:)
931
932      ! --- heat flux associated with emp --- !
933      qemp_oce(:,:) = - ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * zevap(:,:) * sst_m(:,:) * rcp                  & ! evap at sst
934         &          + ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) * ( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) - rt0 ) * rcp  & ! liquid precip at Tair
935         &          +   sprecip(:,:) * ( 1._wp - zsnw ) *                                        & ! solid precip at min(Tair,Tsnow)
936         &              ( ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
937      qemp_ice(:,:) =   sprecip(:,:) * zsnw *                                                    & ! solid precip (only)
938         &              ( ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
939
940      ! --- total solar and non solar fluxes --- !
941      qns_tot(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * qns_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qns_ice(:,:,:), dim=3 )  &
942         &           + qemp_ice(:,:) + qemp_oce(:,:)
943      qsr_tot(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * qsr_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qsr_ice(:,:,:), dim=3 )
944
945      ! --- heat content of precip over ice in J/m3 (to be used in 1D-thermo) --- !
946      qprec_ice(:,:) = rhos * ( ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
947
948      ! --- heat content of evap over ice in W/m2 (to be used in 1D-thermo) ---
949      DO jl = 1, jpl
950         qevap_ice(:,:,jl) = 0._wp ! should be -evap_ice(:,:,jl)*( ( Tice - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) )
951         !                         ! But we do not have Tice => consider it at 0degC => evap=0
952      END DO
953
954      ! --- shortwave radiation transmitted below the surface (W/m2, see Grenfell Maykut 77) --- !
955      zfr1 = ( 0.18 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.35 * cldf_ice )            ! transmission when hi>10cm
956      zfr2 = ( 0.82 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.65 * cldf_ice )            ! zfr2 such that zfr1 + zfr2 to equal 1
957      !
958      WHERE    ( phs(:,:,:) <= 0._wp .AND. phi(:,:,:) <  0.1_wp )       ! linear decrease from hi=0 to 10cm
959         qtr_ice_top(:,:,:) = qsr_ice(:,:,:) * ( zfr1 + zfr2 * ( 1._wp - phi(:,:,:) * 10._wp ) )
960      ELSEWHERE( phs(:,:,:) <= 0._wp .AND. phi(:,:,:) >= 0.1_wp )       ! constant (zfr1) when hi>10cm
961         qtr_ice_top(:,:,:) = qsr_ice(:,:,:) * zfr1
962      ELSEWHERE                                                         ! zero when hs>0
963         qtr_ice_top(:,:,:) = 0._wp
964      END WHERE
965      !
966      IF(ln_ctl) THEN
967         CALL prt_ctl(tab3d_1=qla_ice , clinfo1=' blk_ice: qla_ice  : ', tab3d_2=z_qsb   , clinfo2=' z_qsb    : ', kdim=jpl)
968         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_qlw   , clinfo1=' blk_ice: z_qlw    : ', tab3d_2=dqla_ice, clinfo2=' dqla_ice : ', kdim=jpl)
969         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_dqsb  , clinfo1=' blk_ice: z_dqsb   : ', tab3d_2=z_dqlw  , clinfo2=' z_dqlw   : ', kdim=jpl)
970         CALL prt_ctl(tab3d_1=dqns_ice, clinfo1=' blk_ice: dqns_ice : ', tab3d_2=qsr_ice , clinfo2=' qsr_ice  : ', kdim=jpl)
971         CALL prt_ctl(tab3d_1=ptsu    , clinfo1=' blk_ice: ptsu     : ', tab3d_2=qns_ice , clinfo2=' qns_ice  : ', kdim=jpl)
972         CALL prt_ctl(tab2d_1=tprecip , clinfo1=' blk_ice: tprecip  : ', tab2d_2=sprecip , clinfo2=' sprecip  : ')
973      ENDIF
974      !
975   END SUBROUTINE blk_ice_flx
976
977
978   SUBROUTINE blk_ice_qcn( ld_virtual_itd, ptsu, ptb, phs, phi )
979      !!---------------------------------------------------------------------
980      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_qcn  ***
981      !!
982      !! ** Purpose :   Compute surface temperature and snow/ice conduction flux
983      !!                to force sea ice / snow thermodynamics
984      !!                in the case conduction flux is emulated
985      !!
986      !! ** Method  :   compute surface energy balance assuming neglecting heat storage
987      !!                following the 0-layer Semtner (1976) approach
988      !!
989      !! ** Outputs : - ptsu    : sea-ice / snow surface temperature (K)
990      !!              - qcn_ice : surface inner conduction flux (W/m2)
991      !!
992      !!---------------------------------------------------------------------
993      LOGICAL                   , INTENT(in   ) ::   ld_virtual_itd  ! single-category option
994      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(inout) ::   ptsu            ! sea ice / snow surface temperature
995      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   ptb             ! sea ice base temperature
996      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   phs             ! snow thickness
997      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   phi             ! sea ice thickness
998      !
999      INTEGER , PARAMETER ::   nit = 10                  ! number of iterations
1000      REAL(wp), PARAMETER ::   zepsilon = 0.1_wp         ! characteristic thickness for enhanced conduction
1001      !
1002      INTEGER  ::   ji, jj, jl           ! dummy loop indices
1003      INTEGER  ::   iter                 ! local integer
1004      REAL(wp) ::   zfac, zfac2, zfac3   ! local scalars
1005      REAL(wp) ::   zkeff_h, ztsu, ztsu0 !
1006      REAL(wp) ::   zqc, zqnet           !
1007      REAL(wp) ::   zhe, zqa0            !
1008      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   zgfac   ! enhanced conduction factor
1009      !!---------------------------------------------------------------------
1010
1011      ! -------------------------------------!
1012      !      I   Enhanced conduction factor  !
1013      ! -------------------------------------!
1014      ! Emulates the enhancement of conduction by unresolved thin ice (ld_virtual_itd = T)
1015      ! Fichefet and Morales Maqueda, JGR 1997
1016      !
1017      zgfac(:,:,:) = 1._wp
1018
1019      IF( ld_virtual_itd ) THEN
1020         !
1021         zfac  = 1._wp /  ( rn_cnd_s + rcnd_i )
1022         zfac2 = EXP(1._wp) * 0.5_wp * zepsilon
1023         zfac3 = 2._wp / zepsilon
1024         !
1025         DO jl = 1, jpl
1026            DO jj = 1 , jpj
1027               DO ji = 1, jpi
1028                  zhe = ( rn_cnd_s * phi(ji,jj,jl) + rcnd_i * phs(ji,jj,jl) ) * zfac                            ! Effective thickness
1029                  IF( zhe >=  zfac2 )   zgfac(ji,jj,jl) = MIN( 2._wp, 0.5_wp * ( 1._wp + LOG( zhe * zfac3 ) ) ) ! Enhanced conduction factor
1030               END DO
1031            END DO
1032         END DO
1033         !
1034      ENDIF
1035
1036      ! -------------------------------------------------------------!
1037      !      II   Surface temperature and conduction flux            !
1038      ! -------------------------------------------------------------!
1039      !
1040      zfac = rcnd_i * rn_cnd_s
1041      !
1042      DO jl = 1, jpl
1043         DO jj = 1 , jpj
1044            DO ji = 1, jpi
1045               !
1046               zkeff_h = zfac * zgfac(ji,jj,jl) / &                                    ! Effective conductivity of the snow-ice system divided by thickness
1047                  &      ( rcnd_i * phs(ji,jj,jl) + rn_cnd_s * MAX( 0.01, phi(ji,jj,jl) ) )
1048               ztsu    = ptsu(ji,jj,jl)                                                ! Store current iteration temperature
1049               ztsu0   = ptsu(ji,jj,jl)                                                ! Store initial surface temperature
1050               zqa0    = qsr_ice(ji,jj,jl) - qtr_ice_top(ji,jj,jl) + qns_ice(ji,jj,jl) ! Net initial atmospheric heat flux
1051               !
1052               DO iter = 1, nit     ! --- Iterative loop
1053                  zqc   = zkeff_h * ( ztsu - ptb(ji,jj) )                              ! Conduction heat flux through snow-ice system (>0 downwards)
1054                  zqnet = zqa0 + dqns_ice(ji,jj,jl) * ( ztsu - ptsu(ji,jj,jl) ) - zqc  ! Surface energy budget
1055                  ztsu  = ztsu - zqnet / ( dqns_ice(ji,jj,jl) - zkeff_h )              ! Temperature update
1056               END DO
1057               !
1058               ptsu   (ji,jj,jl) = MIN( rt0, ztsu )
1059               qcn_ice(ji,jj,jl) = zkeff_h * ( ptsu(ji,jj,jl) - ptb(ji,jj) )
1060               qns_ice(ji,jj,jl) = qns_ice(ji,jj,jl) + dqns_ice(ji,jj,jl) * ( ptsu(ji,jj,jl) - ztsu0 )
1061               qml_ice(ji,jj,jl) = ( qsr_ice(ji,jj,jl) - qtr_ice_top(ji,jj,jl) + qns_ice(ji,jj,jl) - qcn_ice(ji,jj,jl) )  &
1062                  &   * MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp, ptsu(ji,jj,jl) - rt0 ) )
1063
1064               ! --- Diagnose the heat loss due to changing non-solar flux (as in icethd_zdf_bl99) --- !
1065               hfx_err_dif(ji,jj) = hfx_err_dif(ji,jj) - ( dqns_ice(ji,jj,jl) * ( ptsu(ji,jj,jl) - ztsu0 ) ) * a_i_b(ji,jj,jl)
1066
1067            END DO
1068         END DO
1069         !
1070      END DO
1071      !
1072   END SUBROUTINE blk_ice_qcn
1073
1074
1075   SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2012( Cd )
1076      !!----------------------------------------------------------------------
1077      !!                      ***  ROUTINE  Cdn10_Lupkes2012  ***
1078      !!
1079      !! ** Purpose :    Recompute the neutral air-ice drag referenced at 10m
1080      !!                 to make it dependent on edges at leads, melt ponds and flows.
1081      !!                 After some approximations, this can be resumed to a dependency
1082      !!                 on ice concentration.
1083      !!
1084      !! ** Method :     The parameterization is taken from Lupkes et al. (2012) eq.(50)
1085      !!                 with the highest level of approximation: level4, eq.(59)
1086      !!                 The generic drag over a cell partly covered by ice can be re-written as follows:
1087      !!
1088      !!                 Cd = Cdw * (1-A) + Cdi * A + Ce * (1-A)**(nu+1/(10*beta)) * A**mu
1089      !!
1090      !!                    Ce = 2.23e-3       , as suggested by Lupkes (eq. 59)
1091      !!                    nu = mu = beta = 1 , as suggested by Lupkes (eq. 59)
1092      !!                    A is the concentration of ice minus melt ponds (if any)
1093      !!
1094      !!                 This new drag has a parabolic shape (as a function of A) starting at
1095      !!                 Cdw(say 1.5e-3) for A=0, reaching 1.97e-3 for A~0.5
1096      !!                 and going down to Cdi(say 1.4e-3) for A=1
1097      !!
1098      !!                 It is theoretically applicable to all ice conditions (not only MIZ)
1099      !!                 => see Lupkes et al (2013)
1100      !!
1101      !! ** References : Lupkes et al. JGR 2012 (theory)
1102      !!                 Lupkes et al. GRL 2013 (application to GCM)
1103      !!
1104      !!----------------------------------------------------------------------
1105      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(inout) ::   Cd
1106      REAL(wp), PARAMETER ::   zCe   = 2.23e-03_wp
1107      REAL(wp), PARAMETER ::   znu   = 1._wp
1108      REAL(wp), PARAMETER ::   zmu   = 1._wp
1109      REAL(wp), PARAMETER ::   zbeta = 1._wp
1110      REAL(wp)            ::   zcoef
1111      !!----------------------------------------------------------------------
1112      zcoef = znu + 1._wp / ( 10._wp * zbeta )
1113
1114      ! generic drag over a cell partly covered by ice
1115      !!Cd(:,:) = Cd_oce(:,:) * ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) +  &                        ! pure ocean drag
1116      !!   &      rCd_ice      *           at_i_b(:,:)   +  &                        ! pure ice drag
1117      !!   &      zCe         * ( 1._wp - at_i_b(:,:) )**zcoef * at_i_b(:,:)**zmu   ! change due to sea-ice morphology
1118
1119      ! ice-atm drag
1120      Cd(:,:) = rCd_ice +  &                                                         ! pure ice drag
1121         &      zCe    * ( 1._wp - at_i_b(:,:) )**zcoef * at_i_b(:,:)**(zmu-1._wp)  ! change due to sea-ice morphology
1122
1123   END SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2012
1124
1125
1126   SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2015( Cd, Ch )
1127      !!----------------------------------------------------------------------
1128      !!                      ***  ROUTINE  Cdn10_Lupkes2015  ***
1129      !!
1130      !! ** pUrpose :    Alternative turbulent transfert coefficients formulation
1131      !!                 between sea-ice and atmosphere with distinct momentum
1132      !!                 and heat coefficients depending on sea-ice concentration
1133      !!                 and atmospheric stability (no meltponds effect for now).
1134      !!
1135      !! ** Method :     The parameterization is adapted from Lupkes et al. (2015)
1136      !!                 and ECHAM6 atmospheric model. Compared to Lupkes2012 scheme,
1137      !!                 it considers specific skin and form drags (Andreas et al. 2010)
1138      !!                 to compute neutral transfert coefficients for both heat and
1139      !!                 momemtum fluxes. Atmospheric stability effect on transfert
1140      !!                 coefficient is also taken into account following Louis (1979).
1141      !!
1142      !! ** References : Lupkes et al. JGR 2015 (theory)
1143      !!                 Lupkes et al. ECHAM6 documentation 2015 (implementation)
1144      !!
1145      !!----------------------------------------------------------------------
1146      !
1147      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(inout) ::   Cd
1148      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(inout) ::   Ch
1149      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)            ::   ztm_su, zst, zqo_sat, zqi_sat
1150      !
1151      ! ECHAM6 constants
1152      REAL(wp), PARAMETER ::   z0_skin_ice  = 0.69e-3_wp  ! Eq. 43 [m]
1153      REAL(wp), PARAMETER ::   z0_form_ice  = 0.57e-3_wp  ! Eq. 42 [m]
1154      REAL(wp), PARAMETER ::   z0_ice       = 1.00e-3_wp  ! Eq. 15 [m]
1155      REAL(wp), PARAMETER ::   zce10        = 2.80e-3_wp  ! Eq. 41
1156      REAL(wp), PARAMETER ::   zbeta        = 1.1_wp      ! Eq. 41
1157      REAL(wp), PARAMETER ::   zc           = 5._wp       ! Eq. 13
1158      REAL(wp), PARAMETER ::   zc2          = zc * zc
1159      REAL(wp), PARAMETER ::   zam          = 2. * zc     ! Eq. 14
1160      REAL(wp), PARAMETER ::   zah          = 3. * zc     ! Eq. 30
1161      REAL(wp), PARAMETER ::   z1_alpha     = 1._wp / 0.2_wp  ! Eq. 51
1162      REAL(wp), PARAMETER ::   z1_alphaf    = z1_alpha    ! Eq. 56
1163      REAL(wp), PARAMETER ::   zbetah       = 1.e-3_wp    ! Eq. 26
1164      REAL(wp), PARAMETER ::   zgamma       = 1.25_wp     ! Eq. 26
1165      REAL(wp), PARAMETER ::   z1_gamma     = 1._wp / zgamma
1166      REAL(wp), PARAMETER ::   r1_3         = 1._wp / 3._wp
1167      !
1168      INTEGER  ::   ji, jj         ! dummy loop indices
1169      REAL(wp) ::   zthetav_os, zthetav_is, zthetav_zu
1170      REAL(wp) ::   zrib_o, zrib_i
1171      REAL(wp) ::   zCdn_skin_ice, zCdn_form_ice, zCdn_ice
1172      REAL(wp) ::   zChn_skin_ice, zChn_form_ice
1173      REAL(wp) ::   z0w, z0i, zfmi, zfmw, zfhi, zfhw
1174      REAL(wp) ::   zCdn_form_tmp
1175      !!----------------------------------------------------------------------
1176
1177      ! mean temperature
1178      WHERE( at_i_b(:,:) > 1.e-20 )
1179         ztm_su(:,:) = SUM( t_su(:,:,:) * a_i_b(:,:,:) , dim=3 ) / at_i_b(:,:)
1180      ELSEWHERE
1181         ztm_su(:,:) = rt0
1182      ENDWHERE
1183
1184      ! Momentum Neutral Transfert Coefficients (should be a constant)
1185      zCdn_form_tmp = zce10 * ( LOG( 10._wp / z0_form_ice + 1._wp ) / LOG( rn_zu / z0_form_ice + 1._wp ) )**2   ! Eq. 40
1186      zCdn_skin_ice = ( vkarmn                                      / LOG( rn_zu / z0_skin_ice + 1._wp ) )**2   ! Eq. 7
1187      zCdn_ice      = zCdn_skin_ice   ! Eq. 7 (cf Lupkes email for details)
1188      !zCdn_ice     = 1.89e-3         ! old ECHAM5 value (cf Eq. 32)
1189
1190      ! Heat Neutral Transfert Coefficients
1191      zChn_skin_ice = vkarmn**2 / ( LOG( rn_zu / z0_ice + 1._wp ) * LOG( rn_zu * z1_alpha / z0_skin_ice + 1._wp ) )   ! Eq. 50 + Eq. 52 (cf Lupkes email for details)
1192
1193      ! Atmospheric and Surface Variables
1194      zst(:,:)     = sst_m(:,:) + rt0                                        ! convert SST from Celcius to Kelvin
1195      zqo_sat(:,:) = rdct_qsat_salt * q_sat( zst(:,:)   , sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )  ! saturation humidity over ocean [kg/kg]
1196      zqi_sat(:,:) =                  q_sat( ztm_su(:,:), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )  ! saturation humidity over ice   [kg/kg] !LB: no 0.98 !!(rdct_qsat_salt)
1197      !
1198      DO jj = 2, jpjm1           ! reduced loop is necessary for reproducibility
1199         DO ji = fs_2, fs_jpim1
1200            ! Virtual potential temperature [K]
1201            zthetav_os = zst(ji,jj)    * ( 1._wp + rctv0 * zqo_sat(ji,jj) )   ! over ocean
1202            zthetav_is = ztm_su(ji,jj) * ( 1._wp + rctv0 * zqi_sat(ji,jj) )   ! ocean ice
1203            zthetav_zu = t_zu (ji,jj)  * ( 1._wp + rctv0 * q_zu(ji,jj)    )   ! at zu
1204
1205            ! Bulk Richardson Number (could use Ri_bulk function from aerobulk instead)
1206            zrib_o = grav / zthetav_os * ( zthetav_zu - zthetav_os ) * rn_zu / MAX( 0.5, wndm(ji,jj)     )**2   ! over ocean
1207            zrib_i = grav / zthetav_is * ( zthetav_zu - zthetav_is ) * rn_zu / MAX( 0.5, wndm_ice(ji,jj) )**2   ! over ice
1208
1209            ! Momentum and Heat Neutral Transfert Coefficients
1210            zCdn_form_ice = zCdn_form_tmp * at_i_b(ji,jj) * ( 1._wp - at_i_b(ji,jj) )**zbeta  ! Eq. 40
1211            zChn_form_ice = zCdn_form_ice / ( 1._wp + ( LOG( z1_alphaf ) / vkarmn ) * SQRT( zCdn_form_ice ) )               ! Eq. 53
1212
1213            ! Momentum and Heat Stability functions (possibility to use psi_m_ecmwf instead)
1214            z0w = rn_zu * EXP( -1._wp * vkarmn / SQRT( Cdn_oce(ji,jj) ) ) ! over water
1215            z0i = z0_skin_ice                                             ! over ice (cf Lupkes email for details)
1216            IF( zrib_o <= 0._wp ) THEN
1217               zfmw = 1._wp - zam * zrib_o / ( 1._wp + 3._wp * zc2 * Cdn_oce(ji,jj) * SQRT( -zrib_o * ( rn_zu / z0w + 1._wp ) ) )  ! Eq. 10
1218               zfhw = ( 1._wp + ( zbetah * ( zthetav_os - zthetav_zu )**r1_3 / ( Chn_oce(ji,jj) * MAX(0.01, wndm(ji,jj)) )   &     ! Eq. 26
1219                  &             )**zgamma )**z1_gamma
1220            ELSE
1221               zfmw = 1._wp / ( 1._wp + zam * zrib_o / SQRT( 1._wp + zrib_o ) )   ! Eq. 12
1222               zfhw = 1._wp / ( 1._wp + zah * zrib_o / SQRT( 1._wp + zrib_o ) )   ! Eq. 28
1223            ENDIF
1224
1225            IF( zrib_i <= 0._wp ) THEN
1226               zfmi = 1._wp - zam * zrib_i / (1._wp + 3._wp * zc2 * zCdn_ice * SQRT( -zrib_i * ( rn_zu / z0i + 1._wp)))   ! Eq.  9
1227               zfhi = 1._wp - zah * zrib_i / (1._wp + 3._wp * zc2 * zCdn_ice * SQRT( -zrib_i * ( rn_zu / z0i + 1._wp)))   ! Eq. 25
1228            ELSE
1229               zfmi = 1._wp / ( 1._wp + zam * zrib_i / SQRT( 1._wp + zrib_i ) )   ! Eq. 11
1230               zfhi = 1._wp / ( 1._wp + zah * zrib_i / SQRT( 1._wp + zrib_i ) )   ! Eq. 27
1231            ENDIF
1232
1233            ! Momentum Transfert Coefficients (Eq. 38)
1234            Cd(ji,jj) = zCdn_skin_ice *   zfmi +  &
1235               &        zCdn_form_ice * ( zfmi * at_i_b(ji,jj) + zfmw * ( 1._wp - at_i_b(ji,jj) ) ) / MAX( 1.e-06, at_i_b(ji,jj) )
1236
1237            ! Heat Transfert Coefficients (Eq. 49)
1238            Ch(ji,jj) = zChn_skin_ice *   zfhi +  &
1239               &        zChn_form_ice * ( zfhi * at_i_b(ji,jj) + zfhw * ( 1._wp - at_i_b(ji,jj) ) ) / MAX( 1.e-06, at_i_b(ji,jj) )
1240            !
1241         END DO
1242      END DO
1243      CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', Cd, 'T',  1., Ch, 'T', 1. )
1244      !
1245   END SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2015
1246
1247#endif
1248
1249   !!======================================================================
1250END MODULE sbcblk
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.