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 @ 12029

Last change on this file since 12029 was 12029, checked in by laurent, 4 years ago

Making "sbcblk.F90" compliant for AGRIF (function returns a scalar)

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 68.6 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. 201 + 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     ! a catalog of functions for physical/meteorological parameters 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), tsk (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
151   SUBROUTINE sbc_blk_init
152      !!---------------------------------------------------------------------
153      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk_init  ***
154      !!
155      !! ** Purpose :   choose and initialize a bulk formulae formulation
156      !!
157      !! ** Method  :
158      !!
159      !!----------------------------------------------------------------------
160      INTEGER  ::   ifpr, jfld            ! dummy loop indice and argument
161      INTEGER  ::   ios, ierror, ioptio   ! Local integer
162      !!
163      CHARACTER(len=100)            ::   cn_dir                ! Root directory for location of atmospheric forcing files
164      TYPE(FLD_N), DIMENSION(jpfld) ::   slf_i                 ! array of namelist informations on the fields to read
165      TYPE(FLD_N) ::   sn_wndi, sn_wndj, sn_humi, sn_qsr       ! informations about the fields to be read
166      TYPE(FLD_N) ::   sn_qlw , sn_tair, sn_prec, sn_snow      !       "                        "
167      TYPE(FLD_N) ::   sn_slp , sn_tdif                        !       "                        "
168      NAMELIST/namsbc_blk/ sn_wndi, sn_wndj, sn_humi, sn_qsr, sn_qlw ,                &   ! input fields
169         &                 sn_tair, sn_prec, sn_snow, sn_slp, sn_tdif,                &
170         &                 ln_NCAR, ln_COARE_3p0, ln_COARE_3p6, ln_ECMWF,             &   ! bulk algorithm
171         &                 cn_dir , ln_taudif, rn_zqt, rn_zu,                         &
172         &                 rn_pfac, rn_efac, rn_vfac, ln_Cd_L12, ln_Cd_L15,           &
173         &                 ln_skin_cs, ln_skin_wl, ln_humi_sph, ln_humi_dpt, ln_humi_rlh    ! cool-skin / warm-layer !LB
174      !!---------------------------------------------------------------------
175      !
176      !                                      ! allocate sbc_blk_core array
177      IF( sbc_blk_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk : unable to allocate standard arrays' )
178      !
179      !                             !** read bulk namelist
180      REWIND( numnam_ref )                !* Namelist namsbc_blk in reference namelist : bulk parameters
181      READ  ( numnam_ref, namsbc_blk, IOSTAT = ios, ERR = 901)
182901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_blk in reference namelist' )
183      !
184      REWIND( numnam_cfg )                !* Namelist namsbc_blk in configuration namelist : bulk parameters
185      READ  ( numnam_cfg, namsbc_blk, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
186902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_blk in configuration namelist' )
187      !
188      IF(lwm) WRITE( numond, namsbc_blk )
189      !
190      !                             !** initialization of the chosen bulk formulae (+ check)
191      !                                   !* select the bulk chosen in the namelist and check the choice
192      ioptio = 0
193      IF( ln_NCAR      ) THEN
194         nblk =  np_NCAR        ;   ioptio = ioptio + 1
195      ENDIF
196      IF( ln_COARE_3p0 ) THEN
197         nblk =  np_COARE_3p0   ;   ioptio = ioptio + 1
198      ENDIF
199      IF( ln_COARE_3p6 ) THEN
200         nblk =  np_COARE_3p6   ;   ioptio = ioptio + 1
201      ENDIF
202      IF( ln_ECMWF     ) THEN
203         nblk =  np_ECMWF       ;   ioptio = ioptio + 1
204      ENDIF
205      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Choose one and only one bulk algorithm' )
206
207
208
209
210      !                             !** initialization of the cool-skin / warm-layer parametrization
211      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
212         !! Some namelist sanity tests:
213         IF( ln_NCAR )      &
214            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Cool-skin/warm-layer param. not compatible with NCAR algorithm' )
215         IF( nn_fsbc /= 1 ) &
216            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Please set "nn_fsbc" to 1 when using cool-skin/warm-layer param.')
217      END IF
218
219      ioptio = 0
220      IF( ln_humi_sph ) THEN
221         nhumi =  np_humi_sph    ;   ioptio = ioptio + 1
222      ENDIF
223      IF( ln_humi_dpt ) THEN
224         nhumi =  np_humi_dpt    ;   ioptio = ioptio + 1
225      ENDIF
226      IF( ln_humi_rlh ) THEN
227         nhumi =  np_humi_rlh    ;   ioptio = ioptio + 1
228      ENDIF
229      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Choose one and only one type of air humidity' )
230      !LB.
231
232      !
233      IF( ln_dm2dc ) THEN                 !* check: diurnal cycle on Qsr
234         IF( sn_qsr%freqh /= 24. )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: ln_dm2dc=T only with daily short-wave input' )
235         IF( sn_qsr%ln_tint ) THEN
236            CALL ctl_warn( 'sbc_blk_init: ln_dm2dc=T daily qsr time interpolation done by sbcdcy module',   &
237               &           '              ==> We force time interpolation = .false. for qsr' )
238            sn_qsr%ln_tint = .false.
239         ENDIF
240      ENDIF
241      !                                   !* set the bulk structure
242      !                                      !- store namelist information in an array
243      slf_i(jp_wndi) = sn_wndi   ;   slf_i(jp_wndj) = sn_wndj
244      slf_i(jp_qsr ) = sn_qsr    ;   slf_i(jp_qlw ) = sn_qlw
245      slf_i(jp_tair) = sn_tair   ;   slf_i(jp_humi) = sn_humi
246      slf_i(jp_prec) = sn_prec   ;   slf_i(jp_snow) = sn_snow
247      slf_i(jp_slp)  = sn_slp    ;   slf_i(jp_tdif) = sn_tdif
248      !
249      lhftau = ln_taudif                     !- add an extra field if HF stress is used
250      jfld = jpfld - COUNT( (/.NOT.lhftau/) )
251      !
252      !                                      !- allocate the bulk structure
253      ALLOCATE( sf(jfld), STAT=ierror )
254      IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_init: unable to allocate sf structure' )
255      DO ifpr= 1, jfld
256         ALLOCATE( sf(ifpr)%fnow(jpi,jpj,1) )
257         IF( slf_i(ifpr)%ln_tint )   ALLOCATE( sf(ifpr)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
258         IF( slf_i(ifpr)%freqh > 0. .AND. MOD( NINT(3600. * slf_i(ifpr)%freqh), nn_fsbc * NINT(rdt) ) /= 0 )   &
259            &  CALL ctl_warn( 'sbc_blk_init: sbcmod timestep rdt*nn_fsbc is NOT a submultiple of atmospheric forcing frequency.',   &
260            &                 '               This is not ideal. You should consider changing either rdt or nn_fsbc value...' )
261
262      END DO
263      !                                      !- fill the bulk structure with namelist informations
264      CALL fld_fill( sf, slf_i, cn_dir, 'sbc_blk_init', 'surface boundary condition -- bulk formulae', 'namsbc_blk' )
265      !
266      IF( ln_wave ) THEN
267         !Activated wave module but neither drag nor stokes drift activated
268         IF( .NOT.(ln_cdgw .OR. ln_sdw .OR. ln_tauwoc .OR. ln_stcor ) )   THEN
269            CALL ctl_stop( 'STOP',  'Ask for wave coupling but ln_cdgw=F, ln_sdw=F, ln_tauwoc=F, ln_stcor=F' )
270            !drag coefficient read from wave model definable only with mfs bulk formulae and core
271         ELSEIF(ln_cdgw .AND. .NOT. ln_NCAR )       THEN
272            CALL ctl_stop( 'drag coefficient read from wave model definable only with NCAR and CORE bulk formulae')
273         ELSEIF(ln_stcor .AND. .NOT. ln_sdw)                             THEN
274            CALL ctl_stop( 'Stokes-Coriolis term calculated only if activated Stokes Drift ln_sdw=T')
275         ENDIF
276      ELSE
277         IF( ln_cdgw .OR. ln_sdw .OR. ln_tauwoc .OR. ln_stcor )                &
278            &   CALL ctl_stop( 'Not Activated Wave Module (ln_wave=F) but asked coupling ',    &
279            &                  'with drag coefficient (ln_cdgw =T) '  ,                        &
280            &                  'or Stokes Drift (ln_sdw=T) ' ,                                 &
281            &                  'or ocean stress modification due to waves (ln_tauwoc=T) ',      &
282            &                  'or Stokes-Coriolis term (ln_stcori=T)'  )
283      ENDIF
284      !
285      !
286      IF(lwp) THEN                     !** Control print
287         !
288         WRITE(numout,*)                  !* namelist
289         WRITE(numout,*) '   Namelist namsbc_blk (other than data information):'
290         WRITE(numout,*) '      "NCAR"      algorithm   (Large and Yeager 2008)     ln_NCAR      = ', ln_NCAR
291         WRITE(numout,*) '      "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)       ln_COARE_3p0 = ', ln_COARE_3p0
292         WRITE(numout,*) '      "COARE 3.6" algorithm (Fairall 2018 + Edson al 2013)ln_COARE_3p6 = ', ln_COARE_3p6
293         WRITE(numout,*) '      "ECMWF"     algorithm   (IFS cycle 45r1)            ln_ECMWF     = ', ln_ECMWF
294         WRITE(numout,*) '      add High freq.contribution to the stress module     ln_taudif    = ', ln_taudif
295         WRITE(numout,*) '      Air temperature and humidity reference height (m)   rn_zqt       = ', rn_zqt
296         WRITE(numout,*) '      Wind vector reference height (m)                    rn_zu        = ', rn_zu
297         WRITE(numout,*) '      factor applied on precipitation (total & snow)      rn_pfac      = ', rn_pfac
298         WRITE(numout,*) '      factor applied on evaporation                       rn_efac      = ', rn_efac
299         WRITE(numout,*) '      factor applied on ocean/ice velocity                rn_vfac      = ', rn_vfac
300         WRITE(numout,*) '         (form absolute (=0) to relative winds(=1))'
301         WRITE(numout,*) '      use ice-atm drag from Lupkes2012                    ln_Cd_L12    = ', ln_Cd_L12
302         WRITE(numout,*) '      use ice-atm drag from Lupkes2015                    ln_Cd_L15    = ', ln_Cd_L15
303         !
304         WRITE(numout,*)
305         SELECT CASE( nblk )              !* Print the choice of bulk algorithm
306         CASE( np_NCAR      )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "NCAR" algorithm        (Large and Yeager 2008)'
307         CASE( np_COARE_3p0 )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)'
308         CASE( np_COARE_3p6 )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "COARE 3.6" algorithm (Fairall 2018+Edson et al. 2013)'
309         CASE( np_ECMWF     )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "ECMWF" algorithm       (IFS cycle 45r1)'
310         END SELECT
311         !
312         WRITE(numout,*)
313         WRITE(numout,*) '      use cool-skin  parameterization (SSST)  ln_skin_cs  = ', ln_skin_cs
314         WRITE(numout,*) '      use warm-layer parameterization (SSST)  ln_skin_wl  = ', ln_skin_wl
315         !
316         WRITE(numout,*)
317         SELECT CASE( nhumi )              !* Print the choice of air humidity
318         CASE( np_humi_sph )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is SPECIFIC HUMIDITY     [kg/kg]'
319         CASE( np_humi_dpt )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is DEW-POINT TEMPERATURE [K]'
320         CASE( np_humi_rlh )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is RELATIVE HUMIDITY     [%]'
321         END SELECT
322         !
323      ENDIF
324      !
325   END SUBROUTINE sbc_blk_init
326
327
328   SUBROUTINE sbc_blk( kt )
329      !!---------------------------------------------------------------------
330      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk  ***
331      !!
332      !! ** Purpose :   provide at each time step the surface ocean fluxes
333      !!              (momentum, heat, freshwater and runoff)
334      !!
335      !! ** Method  : (1) READ each fluxes in NetCDF files:
336      !!      the 10m wind velocity (i-component) (m/s)    at T-point
337      !!      the 10m wind velocity (j-component) (m/s)    at T-point
338      !!      the 10m or 2m specific humidity     ( % )
339      !!      the solar heat                      (W/m2)
340      !!      the Long wave                       (W/m2)
341      !!      the 10m or 2m air temperature       (Kelvin)
342      !!      the total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
343      !!      the snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
344      !!      the tau diff associated to HF tau   (N/m2)   at T-point   (ln_taudif=T)
345      !!              (2) CALL blk_oce
346      !!
347      !!      C A U T I O N : never mask the surface stress fields
348      !!                      the stress is assumed to be in the (i,j) mesh referential
349      !!
350      !! ** Action  :   defined at each time-step at the air-sea interface
351      !!              - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
352      !!              - taum        wind stress module at T-point
353      !!              - wndm        wind speed  module at T-point over free ocean or leads in presence of sea-ice
354      !!              - qns, qsr    non-solar and solar heat fluxes
355      !!              - emp         upward mass flux (evapo. - precip.)
356      !!              - sfx         salt flux due to freezing/melting (non-zero only if ice is present)
357      !!
358      !! ** References :   Large & Yeager, 2004 / Large & Yeager, 2008
359      !!                   Brodeau et al. Ocean Modelling 2010
360      !!----------------------------------------------------------------------
361      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
362      !!---------------------------------------------------------------------
363      !
364      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )             ! input fields provided at the current time-step
365      !
366      IF( kt == nit000 ) tsk(:,:) = sst_m(:,:)*tmask(:,:,1)  ! no previous estimate of skin temperature => using bulk SST (use restart?)
367      !                                                      ! compute the surface ocean fluxes using bulk formulea
368      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   CALL blk_oce( kt, sf, sst_m, ssu_m, ssv_m )
369
370#if defined key_cice
371      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   THEN
372         qlw_ice(:,:,1)   = sf(jp_qlw )%fnow(:,:,1)
373         IF( ln_dm2dc ) THEN
374            qsr_ice(:,:,1) = sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) )
375         ELSE
376            qsr_ice(:,:,1) =          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)
377         ENDIF
378         tatm_ice(:,:)    = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)
379         SELECT CASE( nhumi )
380         CASE( np_humi_sph )
381            qatm_ice(:,:) =           sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)
382         CASE( np_humi_dpt )
383            qatm_ice(:,:) = q_sat(    sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
384         CASE( np_humi_rlh )
385            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
386         END SELECT
387         tprecip(:,:)     = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
388         sprecip(:,:)     = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
389         wndi_ice(:,:)    = sf(jp_wndi)%fnow(:,:,1)
390         wndj_ice(:,:)    = sf(jp_wndj)%fnow(:,:,1)
391      ENDIF
392#endif
393      !
394   END SUBROUTINE sbc_blk
395
396
397   SUBROUTINE blk_oce( kt, sf, pst, pu, pv )
398      !!---------------------------------------------------------------------
399      !!                     ***  ROUTINE blk_oce  ***
400      !!
401      !! ** Purpose :   provide the momentum, heat and freshwater fluxes at
402      !!      the ocean surface at each time step
403      !!
404      !! ** Method  :   bulk formulea for the ocean using atmospheric
405      !!      fields read in sbc_read
406      !!
407      !! ** Outputs : - utau    : i-component of the stress at U-point  (N/m2)
408      !!              - vtau    : j-component of the stress at V-point  (N/m2)
409      !!              - taum    : Wind stress module at T-point         (N/m2)
410      !!              - wndm    : Wind speed module at T-point          (m/s)
411      !!              - qsr     : Solar heat flux over the ocean        (W/m2)
412      !!              - qns     : Non Solar heat flux over the ocean    (W/m2)
413      !!              - emp     : evaporation minus precipitation       (kg/m2/s)
414      !!
415      !!  ** Nota  :   sf has to be a dummy argument for AGRIF on NEC
416      !!---------------------------------------------------------------------
417      INTEGER  , INTENT(in   )                 ::   kt    ! time step index
418      TYPE(fld), INTENT(inout), DIMENSION(:)   ::   sf    ! input data
419      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pst   ! surface temperature                      [Celcius]
420      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pu    ! surface current at U-point (i-component) [m/s]
421      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pv    ! surface current at V-point (j-component) [m/s]
422      !
423      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
424      REAL(wp) ::   zztmp                ! local variable
425      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zwnd_i, zwnd_j    ! wind speed components at T-point
426      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zsq               ! specific humidity at pst  [kg/kg]
427      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqlw, zqsb        ! long wave and sensible heat fluxes
428      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqla, zevap       ! latent heat fluxes and evaporation
429      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zst               ! surface temperature in Kelvin
430      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zU_zu             ! bulk wind speed at height zu  [m/s]
431      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   ztpot             ! potential temperature of air at z=rn_zqt [K]
432      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqair             ! specific humidity     of air at z=rn_zqt [kg/kg]
433      !!---------------------------------------------------------------------
434      !
435      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
436      zst(:,:) = pst(:,:) + rt0      ! convert SST from Celcius to Kelvin (and set minimum value far above 0 K)
437
438      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
439      !      0   Wind components and module at T-point relative to the moving ocean   !
440      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
441
442      ! ... components ( U10m - U_oce ) at T-point (unmasked)
443      !!gm    move zwnd_i (_j) set to zero  inside the key_cyclone ???
444      zwnd_i(:,:) = 0._wp
445      zwnd_j(:,:) = 0._wp
446#if defined key_cyclone
447      CALL wnd_cyc( kt, zwnd_i, zwnd_j )    ! add analytical tropical cyclone (Vincent et al. JGR 2012)
448      DO jj = 2, jpjm1
449         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
450            sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) = sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) + zwnd_i(ji,jj)
451            sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) = sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) + zwnd_j(ji,jj)
452         END DO
453      END DO
454#endif
455      DO jj = 2, jpjm1
456         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
457            zwnd_i(ji,jj) = (  sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pu(ji-1,jj  ) + pu(ji,jj) )  )
458            zwnd_j(ji,jj) = (  sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pv(ji  ,jj-1) + pv(ji,jj) )  )
459         END DO
460      END DO
461      CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', zwnd_i, 'T', -1., zwnd_j, 'T', -1. )
462      ! ... scalar wind ( = | U10m - U_oce | ) at T-point (masked)
463      wndm(:,:) = SQRT(  zwnd_i(:,:) * zwnd_i(:,:)   &
464         &             + zwnd_j(:,:) * zwnd_j(:,:)  ) * tmask(:,:,1)
465
466      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
467      !      I   Solar FLUX                                                           !
468      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
469
470      ! ocean albedo assumed to be constant + modify now Qsr to include the diurnal cycle                    ! Short Wave
471      zztmp = 1. - albo
472      IF( ln_dm2dc ) THEN
473         qsr(:,:) = zztmp * sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) ) * tmask(:,:,1)
474      ELSE
475         qsr(:,:) = zztmp *          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)   * tmask(:,:,1)
476      ENDIF
477
478
479      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
480      !     II    Turbulent FLUXES                                                    !
481      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
482
483      ! ... specific humidity at SST and IST tmask(
484      zsq(:,:) = rdct_qsat_salt * q_sat( zst(:,:), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
485
486      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
487         zqsb(:,:) = zst(:,:) !LB: using array zqsb to backup original zst before skin action
488         zqla(:,:) = zsq(:,:) !LB: using array zqla to backup original zsq before skin action
489      ENDIF
490
491      !LB:
492      ! zqair = specific humidity of air at "rn_zqt" m above thes sea:
493      SELECT CASE( nhumi )
494      CASE( np_humi_sph )
495         zqair(:,:) =        sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)      ! what we read in file is already a spec. humidity!
496      CASE( np_humi_dpt )
497         !IF(lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_oce => computing q_air out of d_air and slp !' !LBrm
498         zqair(:,:) = q_sat( sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
499      CASE( np_humi_rlh )
500         !IF(lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_oce => computing q_air out of RH, t_air and slp !' !LBrm
501         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
502      END SELECT
503      !LB.
504
505      !! Estimate of potential temperature at z=rn_zqt, based on adiabatic lapse-rate
506      !!    (see Josey, Gulev & Yu, 2013) / doi=10.1016/B978-0-12-391851-2.00005-2
507      !!    (since reanalysis products provide absolute temperature "T" at z, not theta !)
508      !!#LB: because AGRIF hates functions that return something else than a scalar, need to
509      !!     use vectorial version of gamma_moist() ...
510      DO jj = 2, jpjm1
511         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
512            ztpot(ji,jj) = sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) + gamma_moist( sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1), zqair(ji,jj) ) * rn_zqt
513         END DO
514      END DO
515     
516
517      !! Time to call the user-selected bulk parameterization for
518      !!  ==  transfer coefficients  ==!   Cd, Ch, Ce at T-point, and more...
519      SELECT CASE( nblk )
520
521      CASE( np_NCAR      )
522         CALL turb_ncar     (     rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, zqair, wndm,                         &
523            &                Cd_atm, Ch_atm, Ce_atm, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce )
524
525      CASE( np_COARE_3p0 )
526         CALL turb_coare3p0 ( kt, rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl, &
527            &                Cd_atm, Ch_atm, Ce_atm, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce,     &
528            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1), slp=sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
529
530      CASE( np_COARE_3p6 )
531         CALL turb_coare3p6 ( kt, rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl, &
532            &                Cd_atm, Ch_atm, Ce_atm, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce,     &
533            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1), slp=sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
534
535      CASE( np_ECMWF     )
536         CALL turb_ecmwf   ( kt, rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl,  &
537            &                Cd_atm, Ch_atm, Ce_atm, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce,     &
538            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1), slp=sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
539
540      CASE DEFAULT
541         CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_oce: non-existing bulk formula selected' )
542      END SELECT
543
544      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
545         !! In the presence of sea-ice we forget about the cool-skin/warm-layer update of zst and zsq:
546         WHERE ( fr_i(:,:) < 0.001_wp )
547            ! zst and zsq have been updated by cool-skin/warm-layer scheme and we keep them !!!
548            zst(:,:) = zst(:,:)*tmask(:,:,1)
549            zsq(:,:) = zsq(:,:)*tmask(:,:,1)
550         ELSEWHERE
551            ! we forget about the update...
552            zst(:,:) = zqsb(:,:) !#LB: using what we backed up before skin-algo
553            zsq(:,:) = zqla(:,:) !#LB:  "   "   "
554         END WHERE
555         tsk(:,:) = zst(:,:) !#LB: Update of tsk, the "official" array for skin temperature
556      END IF
557
558      !!      CALL iom_put( "Cd_oce", Cd_atm)  ! output value of pure ocean-atm. transfer coef.
559      !!      CALL iom_put( "Ch_oce", Ch_atm)  ! output value of pure ocean-atm. transfer coef.
560
561      IF( ABS(rn_zu - rn_zqt) < 0.1_wp ) THEN
562         !! If zu == zt, then ensuring once for all that:
563         t_zu(:,:) = ztpot(:,:)
564         q_zu(:,:) = zqair(:,:)
565      ENDIF
566
567
568      !  Turbulent fluxes over ocean  => BULK_FORMULA @ sbcblk_phy.F90
569      ! -------------------------------------------------------------
570
571      CALL BULK_FORMULA( rn_zu, zst(:,:), zsq(:,:), t_zu(:,:), q_zu(:,:), &
572         &               Cd_atm(:,:), Ch_atm(:,:), Ce_atm(:,:),           &
573         &               wndm(:,:), zU_zu(:,:), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1),   &
574         &               taum(:,:), zqsb(:,:), zqla(:,:),                 &
575         &               pEvap=zevap(:,:), prhoa=rhoa(:,:) )
576
577      zqla(:,:)  =  zqla(:,:) * tmask(:,:,1)
578      zqsb(:,:)  =  zqsb(:,:) * tmask(:,:,1)
579      taum(:,:)  =  taum(:,:) * tmask(:,:,1)
580      zevap(:,:) = zevap(:,:) * tmask(:,:,1)
581
582      ! Tau i and j component on T-grid points, using array "Cd_atm" as a temporary array...
583      Cd_atm(:,:) = 0._wp
584      WHERE ( wndm(:,:) > 0._wp ) Cd_atm(:,:) = taum(:,:) / wndm(:,:)
585      zwnd_i(:,:) = Cd_atm(:,:) * zwnd_i(:,:)
586      zwnd_j(:,:) = Cd_atm(:,:) * zwnd_j(:,:)
587     
588      !                          ! add the HF tau contribution to the wind stress module
589      IF( lhftau )   taum(:,:) = taum(:,:) + sf(jp_tdif)%fnow(:,:,1)
590
591      CALL iom_put( "taum_oce", taum )   ! output wind stress module
592
593      ! ... utau, vtau at U- and V_points, resp.
594      !     Note the use of 0.5*(2-umask) in order to unmask the stress along coastlines
595      !     Note the use of MAX(tmask(i,j),tmask(i+1,j) is to mask tau over ice shelves
596      DO jj = 1, jpjm1
597         DO ji = 1, fs_jpim1
598            utau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_i(ji,jj) + zwnd_i(ji+1,jj  ) ) &
599               &          * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji+1,jj,1))
600            vtau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_j(ji,jj) + zwnd_j(ji  ,jj+1) ) &
601               &          * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji,jj+1,1))
602         END DO
603      END DO
604      CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', utau, 'U', -1., vtau, 'V', -1. )
605
606
607      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
608      !     III    Net longwave radiative FLUX                                        !
609      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
610
611      !! LB: now moved after Turbulent fluxes because must use the skin temperature rather that the SST
612      !! (zst is skin temperature if ln_skin_cs==.TRUE. .OR. ln_skin_wl==.TRUE.)
613      zqlw(:,:) = emiss_w * ( sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1) - stefan*zst(:,:)*zst(:,:)*zst(:,:)*zst(:,:) ) * tmask(:,:,1)   ! Net radiative longwave flux
614
615
616      IF(ln_ctl) THEN
617         CALL prt_ctl( tab2d_1=zevap , clinfo1=' blk_oce: zevap  : ') !LB
618         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqla  , clinfo1=' blk_oce: zqla   : ', tab2d_2=Ce_atm , clinfo2=' Ce_oce  : ' )
619         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqsb  , clinfo1=' blk_oce: zqsb   : ', tab2d_2=Ch_atm , clinfo2=' Ch_oce  : ' )
620         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqlw  , clinfo1=' blk_oce: zqlw   : ', tab2d_2=qsr, clinfo2=' qsr : ' )
621         CALL prt_ctl( tab2d_1=zsq   , clinfo1=' blk_oce: zsq    : ', tab2d_2=zst, clinfo2=' zst : ' )
622         CALL prt_ctl( tab2d_1=utau  , clinfo1=' blk_oce: utau   : ', mask1=umask,   &
623            &          tab2d_2=vtau  , clinfo2=           ' vtau : ', mask2=vmask )
624         CALL prt_ctl( tab2d_1=wndm  , clinfo1=' blk_oce: wndm   : ')
625         CALL prt_ctl( tab2d_1=zst   , clinfo1=' blk_oce: zst    : ')
626      ENDIF
627
628      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
629      !     IV    Total FLUXES                                                       !
630      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
631      !
632      emp (:,:) = (  zevap(:,:)                                          &   ! mass flux (evap. - precip.)
633         &         - sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac  ) * tmask(:,:,1)
634      !
635      qns(:,:) = zqlw(:,:) + zqsb(:,:) + zqla(:,:)                                &   ! Downward Non Solar
636         &     - sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * rLfus                        &   ! remove latent melting heat for solid precip
637         &     - zevap(:,:) * pst(:,:) * rcp                                      &   ! remove evap heat content at SST !LB??? pst is Celsius !?
638         &     + ( sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) - sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) ) * rn_pfac  &   ! add liquid precip heat content at Tair
639         &     * ( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) - rt0 ) * rcp                          &
640         &     + sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac                                &   ! add solid  precip heat content at min(Tair,Tsnow)
641         &     * ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0 ) - rt0 ) * rcpi
642      qns(:,:) = qns(:,:) * tmask(:,:,1)
643      !
644#if defined key_si3
645      qns_oce(:,:) = zqlw(:,:) + zqsb(:,:) + zqla(:,:)                                ! non solar without emp (only needed by SI3)
646      qsr_oce(:,:) = qsr(:,:)
647#endif
648      !
649      CALL iom_put( "rho_air"  , rhoa*tmask(:,:,1) )    ! output air density [kg/m^3]
650      CALL iom_put( "evap_oce" , zevap )                ! evaporation
651      CALL iom_put( "qlw_oce" ,  zqlw )                 ! output downward longwave heat over the ocean
652      CALL iom_put( "qsb_oce" ,  zqsb )                 ! output downward sensible heat over the ocean
653      CALL iom_put( "qla_oce" ,  zqla )                 ! output downward latent   heat over the ocean
654      tprecip(:,:) = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * tmask(:,:,1) ! output total precipitation [kg/m2/s]
655      sprecip(:,:) = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * tmask(:,:,1) ! output solid precipitation [kg/m2/s]
656      CALL iom_put( 'snowpre', sprecip )                 ! Snow
657      CALL iom_put( 'precip' , tprecip )                 ! Total precipitation
658      !
659      IF ( nn_ice == 0 ) THEN
660         CALL iom_put( "qemp_oce" ,   qns-zqlw-zqsb-zqla )   ! output downward heat content of E-P over the ocean
661         CALL iom_put( "qns_oce"  ,   qns  )                 ! output downward non solar heat over the ocean
662         CALL iom_put( "qsr_oce"  ,   qsr  )                 ! output downward solar heat over the ocean
663         CALL iom_put( "qt_oce"   ,   qns+qsr )              ! output total downward heat over the ocean
664      ENDIF
665      !
666      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
667         CALL iom_put( "t_skin" ,  (zst - rt0) * tmask(:,:,1) )           ! T_skin in Celsius
668         CALL iom_put( "dt_skin" , (zst - pst - rt0) * tmask(:,:,1) )     ! T_skin - SST temperature difference...
669      ENDIF
670      !
671      IF(ln_ctl) THEN
672         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqsb , clinfo1=' blk_oce: zqsb   : ', tab2d_2=zqlw , clinfo2=' zqlw  : ')
673         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqla , clinfo1=' blk_oce: zqla   : ', tab2d_2=qsr  , clinfo2=' qsr   : ')
674         CALL prt_ctl(tab2d_1=pst  , clinfo1=' blk_oce: pst    : ', tab2d_2=emp  , clinfo2=' emp   : ')
675         CALL prt_ctl(tab2d_1=utau , clinfo1=' blk_oce: utau   : ', mask1=umask,   &
676            &         tab2d_2=vtau , clinfo2=              ' vtau  : ' , mask2=vmask )
677      ENDIF
678      !
679   END SUBROUTINE blk_oce
680
681
682
683#if defined key_si3
684   !!----------------------------------------------------------------------
685   !!   'key_si3'                                       SI3 sea-ice model
686   !!----------------------------------------------------------------------
687   !!   blk_ice_tau : provide the air-ice stress
688   !!   blk_ice_flx : provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
689   !!   blk_ice_qcn : provide ice surface temperature and snow/ice conduction flux (emulating conduction flux)
690   !!   Cdn10_Lupkes2012 : Lupkes et al. (2012) air-ice drag
691   !!   Cdn10_Lupkes2015 : Lupkes et al. (2015) air-ice drag
692   !!----------------------------------------------------------------------
693
694   SUBROUTINE blk_ice_tau
695      !!---------------------------------------------------------------------
696      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_tau  ***
697      !!
698      !! ** Purpose :   provide the surface boundary condition over sea-ice
699      !!
700      !! ** Method  :   compute momentum using bulk formulation
701      !!                formulea, ice variables and read atmospheric fields.
702      !!                NB: ice drag coefficient is assumed to be a constant
703      !!---------------------------------------------------------------------
704      INTEGER  ::   ji, jj    ! dummy loop indices
705      REAL(wp) ::   zwndi_f , zwndj_f, zwnorm_f   ! relative wind module and components at F-point
706      REAL(wp) ::   zwndi_t , zwndj_t             ! relative wind components at T-point
707      !!---------------------------------------------------------------------
708      !
709      ! set transfer coefficients to default sea-ice values
710      Cd_atm(:,:) = rCd_ice
711      Ch_atm(:,:) = rCd_ice
712      Ce_atm(:,:) = rCd_ice
713
714      wndm_ice(:,:) = 0._wp      !!gm brutal....
715
716      ! ------------------------------------------------------------ !
717      !    Wind module relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
718      ! ------------------------------------------------------------ !
719      ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
720      DO jj = 2, jpjm1
721         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
722            zwndi_t = (  sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( u_ice(ji-1,jj  ) + u_ice(ji,jj) )  )
723            zwndj_t = (  sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( v_ice(ji  ,jj-1) + v_ice(ji,jj) )  )
724            wndm_ice(ji,jj) = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
725         END DO
726      END DO
727      CALL lbc_lnk( 'sbcblk', wndm_ice, 'T',  1. )
728      !
729      ! Make ice-atm. drag dependent on ice concentration
730      IF    ( ln_Cd_L12 ) THEN   ! calculate new drag from Lupkes(2012) equations
731         CALL Cdn10_Lupkes2012( Cd_atm )
732         Ch_atm(:,:) = Cd_atm(:,:)       ! momentum and heat transfer coef. are considered identical
733      ELSEIF( ln_Cd_L15 ) THEN   ! calculate new drag from Lupkes(2015) equations
734         CALL Cdn10_Lupkes2015( Cd_atm, Ch_atm )
735      ENDIF
736
737      !!      CALL iom_put( "rCd_ice", Cd_atm)  ! output value of pure ice-atm. transfer coef.
738      !!      CALL iom_put( "Ch_ice", Ch_atm)  ! output value of pure ice-atm. transfer coef.
739
740      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
741
742      !!gm brutal....
743      utau_ice  (:,:) = 0._wp
744      vtau_ice  (:,:) = 0._wp
745      !!gm end
746
747      ! ------------------------------------------------------------ !
748      !    Wind stress relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
749      ! ------------------------------------------------------------ !
750      ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
751      DO jj = 2, jpjm1
752         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
753            utau_ice(ji,jj) = 0.5 * rhoa(ji,jj) * Cd_atm(ji,jj) * ( wndm_ice(ji+1,jj  ) + wndm_ice(ji,jj) )            &
754               &          * ( 0.5 * (sf(jp_wndi)%fnow(ji+1,jj,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) ) - rn_vfac * u_ice(ji,jj) )
755            vtau_ice(ji,jj) = 0.5 * rhoa(ji,jj) * Cd_atm(ji,jj) * ( wndm_ice(ji,jj+1  ) + wndm_ice(ji,jj) )            &
756               &          * ( 0.5 * (sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj+1,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) ) - rn_vfac * v_ice(ji,jj) )
757         END DO
758      END DO
759      CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', utau_ice, 'U', -1., vtau_ice, 'V', -1. )
760      !
761      !
762      IF(ln_ctl) THEN
763         CALL prt_ctl(tab2d_1=utau_ice  , clinfo1=' blk_ice: utau_ice : ', tab2d_2=vtau_ice  , clinfo2=' vtau_ice : ')
764         CALL prt_ctl(tab2d_1=wndm_ice  , clinfo1=' blk_ice: wndm_ice : ')
765      ENDIF
766      !
767   END SUBROUTINE blk_ice_tau
768
769
770   SUBROUTINE blk_ice_flx( ptsu, phs, phi, palb )
771      !!---------------------------------------------------------------------
772      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_flx  ***
773      !!
774      !! ** Purpose :   provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
775      !!
776      !! ** Method  :   compute heat and freshwater exchanged
777      !!                between atmosphere and sea-ice using bulk formulation
778      !!                formulea, ice variables and read atmmospheric fields.
779      !!
780      !! caution : the net upward water flux has with mm/day unit
781      !!---------------------------------------------------------------------
782      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   ptsu   ! sea ice surface temperature
783      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   phs    ! snow thickness
784      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   phi    ! ice thickness
785      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   palb   ! ice albedo (all skies)
786      !!
787      INTEGER  ::   ji, jj, jl               ! dummy loop indices
788      REAL(wp) ::   zst3                     ! local variable
789      REAL(wp) ::   zcoef_dqlw, zcoef_dqla   !   -      -
790      REAL(wp) ::   zztmp, z1_rLsub          !   -      -
791      REAL(wp) ::   zfr1, zfr2               ! local variables
792      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z1_st         ! inverse of surface temperature
793      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_qlw         ! long wave heat flux over ice
794      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_qsb         ! sensible  heat flux over ice
795      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_dqlw        ! long wave heat sensitivity over ice
796      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_dqsb        ! sensible  heat sensitivity over ice
797      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zevap, zsnw   ! evaporation and snw distribution after wind blowing (SI3)
798      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zqair         ! specific humidity of air at z=rn_zqt [kg/kg] !LB
799      !!---------------------------------------------------------------------
800      !
801      zcoef_dqlw = 4._wp * 0.95_wp * stefan             ! local scalars
802      zcoef_dqla = -rLsub * 11637800._wp * (-5897.8_wp) !LB: BAD!
803      !
804
805      !LB:
806      SELECT CASE( nhumi )
807      CASE( np_humi_sph )
808         zqair(:,:) =        sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)      ! what we read in file is already a spec. humidity!
809      CASE( np_humi_dpt )
810         !IF(lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_ice_flx => computing q_air out of d_air and slp !' !LBrm
811         zqair(:,:) = q_sat( sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
812      CASE( np_humi_rlh )
813         !IF(lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_ice_flx => computing q_air out of RH, t_air and slp !' !LBrm
814         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
815      END SELECT
816      !LB.
817
818      zztmp = 1. / ( 1. - albo )
819      WHERE( ptsu(:,:,:) /= 0._wp )
820         z1_st(:,:,:) = 1._wp / ptsu(:,:,:)
821      ELSEWHERE
822         z1_st(:,:,:) = 0._wp
823      END WHERE
824      !                                     ! ========================== !
825      DO jl = 1, jpl                        !  Loop over ice categories  !
826         !                                  ! ========================== !
827         DO jj = 1 , jpj
828            DO ji = 1, jpi
829               ! ----------------------------!
830               !      I   Radiative FLUXES   !
831               ! ----------------------------!
832               zst3 = ptsu(ji,jj,jl) * ptsu(ji,jj,jl) * ptsu(ji,jj,jl)
833               ! Short Wave (sw)
834               qsr_ice(ji,jj,jl) = zztmp * ( 1. - palb(ji,jj,jl) ) * qsr(ji,jj)
835               ! Long  Wave (lw)
836               z_qlw(ji,jj,jl) = 0.95 * ( sf(jp_qlw)%fnow(ji,jj,1) - stefan * ptsu(ji,jj,jl) * zst3 ) * tmask(ji,jj,1)
837               ! lw sensitivity
838               z_dqlw(ji,jj,jl) = zcoef_dqlw * zst3
839
840               ! ----------------------------!
841               !     II    Turbulent FLUXES  !
842               ! ----------------------------!
843
844               ! ... turbulent heat fluxes with Ch_atm recalculated in blk_ice_tau
845               ! Sensible Heat
846               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))
847               ! Latent Heat
848               qla_ice(ji,jj,jl) = rn_efac * MAX( 0.e0, rhoa(ji,jj) * rLsub  * Ch_atm(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj) *  &
849                  &                ( 11637800. * EXP( -5897.8 * z1_st(ji,jj,jl) ) / rhoa(ji,jj) - zqair(ji,jj) ) )
850               ! Latent heat sensitivity for ice (Dqla/Dt)
851               IF( qla_ice(ji,jj,jl) > 0._wp ) THEN
852                  dqla_ice(ji,jj,jl) = rn_efac * zcoef_dqla * Ch_atm(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj) *  &
853                     &                 z1_st(ji,jj,jl)*z1_st(ji,jj,jl) * EXP(-5897.8 * z1_st(ji,jj,jl))
854               ELSE
855                  dqla_ice(ji,jj,jl) = 0._wp
856               ENDIF
857
858               ! Sensible heat sensitivity (Dqsb_ice/Dtn_ice)
859               z_dqsb(ji,jj,jl) = rhoa(ji,jj) * rCp_air * Ch_atm(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj)
860
861               ! ----------------------------!
862               !     III    Total FLUXES     !
863               ! ----------------------------!
864               ! Downward Non Solar flux
865               qns_ice (ji,jj,jl) =     z_qlw (ji,jj,jl) - z_qsb (ji,jj,jl) - qla_ice (ji,jj,jl)
866               ! Total non solar heat flux sensitivity for ice
867               dqns_ice(ji,jj,jl) = - ( z_dqlw(ji,jj,jl) + z_dqsb(ji,jj,jl) + dqla_ice(ji,jj,jl) )
868            END DO
869            !
870         END DO
871         !
872      END DO
873      !
874      tprecip(:,:) = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * tmask(:,:,1)  ! total precipitation [kg/m2/s]
875      sprecip(:,:) = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * tmask(:,:,1)  ! solid precipitation [kg/m2/s]
876      CALL iom_put( 'snowpre', sprecip )                    ! Snow precipitation
877      CALL iom_put( 'precip' , tprecip )                    ! Total precipitation
878
879      ! --- evaporation --- !
880      z1_rLsub = 1._wp / rLsub
881      evap_ice (:,:,:) = rn_efac * qla_ice (:,:,:) * z1_rLsub    ! sublimation
882      devap_ice(:,:,:) = rn_efac * dqla_ice(:,:,:) * z1_rLsub    ! d(sublimation)/dT
883      zevap    (:,:)   = rn_efac * ( emp(:,:) + tprecip(:,:) )   ! evaporation over ocean
884
885      ! --- evaporation minus precipitation --- !
886      zsnw(:,:) = 0._wp
887      CALL ice_thd_snwblow( (1.-at_i_b(:,:)), zsnw )  ! snow distribution over ice after wind blowing
888      emp_oce(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * zevap(:,:) - ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) - sprecip(:,:) * (1._wp - zsnw )
889      emp_ice(:,:) = SUM( a_i_b(:,:,:) * evap_ice(:,:,:), dim=3 ) - sprecip(:,:) * zsnw
890      emp_tot(:,:) = emp_oce(:,:) + emp_ice(:,:)
891
892      ! --- heat flux associated with emp --- !
893      qemp_oce(:,:) = - ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * zevap(:,:) * sst_m(:,:) * rcp                  & ! evap at sst
894         &          + ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) * ( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) - rt0 ) * rcp  & ! liquid precip at Tair
895         &          +   sprecip(:,:) * ( 1._wp - zsnw ) *                                        & ! solid precip at min(Tair,Tsnow)
896         &              ( ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
897      qemp_ice(:,:) =   sprecip(:,:) * zsnw *                                                    & ! solid precip (only)
898         &              ( ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
899
900      ! --- total solar and non solar fluxes --- !
901      qns_tot(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * qns_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qns_ice(:,:,:), dim=3 )  &
902         &           + qemp_ice(:,:) + qemp_oce(:,:)
903      qsr_tot(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * qsr_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qsr_ice(:,:,:), dim=3 )
904
905      ! --- heat content of precip over ice in J/m3 (to be used in 1D-thermo) --- !
906      qprec_ice(:,:) = rhos * ( ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
907
908      ! --- heat content of evap over ice in W/m2 (to be used in 1D-thermo) ---
909      DO jl = 1, jpl
910         qevap_ice(:,:,jl) = 0._wp ! should be -evap_ice(:,:,jl)*( ( Tice - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) )
911         !                         ! But we do not have Tice => consider it at 0degC => evap=0
912      END DO
913
914      ! --- shortwave radiation transmitted below the surface (W/m2, see Grenfell Maykut 77) --- !
915      zfr1 = ( 0.18 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.35 * cldf_ice )            ! transmission when hi>10cm
916      zfr2 = ( 0.82 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.65 * cldf_ice )            ! zfr2 such that zfr1 + zfr2 to equal 1
917      !
918      WHERE    ( phs(:,:,:) <= 0._wp .AND. phi(:,:,:) <  0.1_wp )       ! linear decrease from hi=0 to 10cm
919         qtr_ice_top(:,:,:) = qsr_ice(:,:,:) * ( zfr1 + zfr2 * ( 1._wp - phi(:,:,:) * 10._wp ) )
920      ELSEWHERE( phs(:,:,:) <= 0._wp .AND. phi(:,:,:) >= 0.1_wp )       ! constant (zfr1) when hi>10cm
921         qtr_ice_top(:,:,:) = qsr_ice(:,:,:) * zfr1
922      ELSEWHERE                                                         ! zero when hs>0
923         qtr_ice_top(:,:,:) = 0._wp
924      END WHERE
925      !
926      IF(ln_ctl) THEN
927         CALL prt_ctl(tab3d_1=qla_ice , clinfo1=' blk_ice: qla_ice  : ', tab3d_2=z_qsb   , clinfo2=' z_qsb    : ', kdim=jpl)
928         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_qlw   , clinfo1=' blk_ice: z_qlw    : ', tab3d_2=dqla_ice, clinfo2=' dqla_ice : ', kdim=jpl)
929         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_dqsb  , clinfo1=' blk_ice: z_dqsb   : ', tab3d_2=z_dqlw  , clinfo2=' z_dqlw   : ', kdim=jpl)
930         CALL prt_ctl(tab3d_1=dqns_ice, clinfo1=' blk_ice: dqns_ice : ', tab3d_2=qsr_ice , clinfo2=' qsr_ice  : ', kdim=jpl)
931         CALL prt_ctl(tab3d_1=ptsu    , clinfo1=' blk_ice: ptsu     : ', tab3d_2=qns_ice , clinfo2=' qns_ice  : ', kdim=jpl)
932         CALL prt_ctl(tab2d_1=tprecip , clinfo1=' blk_ice: tprecip  : ', tab2d_2=sprecip , clinfo2=' sprecip  : ')
933      ENDIF
934      !
935   END SUBROUTINE blk_ice_flx
936
937
938   SUBROUTINE blk_ice_qcn( ld_virtual_itd, ptsu, ptb, phs, phi )
939      !!---------------------------------------------------------------------
940      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_qcn  ***
941      !!
942      !! ** Purpose :   Compute surface temperature and snow/ice conduction flux
943      !!                to force sea ice / snow thermodynamics
944      !!                in the case conduction flux is emulated
945      !!
946      !! ** Method  :   compute surface energy balance assuming neglecting heat storage
947      !!                following the 0-layer Semtner (1976) approach
948      !!
949      !! ** Outputs : - ptsu    : sea-ice / snow surface temperature (K)
950      !!              - qcn_ice : surface inner conduction flux (W/m2)
951      !!
952      !!---------------------------------------------------------------------
953      LOGICAL                   , INTENT(in   ) ::   ld_virtual_itd  ! single-category option
954      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(inout) ::   ptsu            ! sea ice / snow surface temperature
955      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   ptb             ! sea ice base temperature
956      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   phs             ! snow thickness
957      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   phi             ! sea ice thickness
958      !
959      INTEGER , PARAMETER ::   nit = 10                  ! number of iterations
960      REAL(wp), PARAMETER ::   zepsilon = 0.1_wp         ! characteristic thickness for enhanced conduction
961      !
962      INTEGER  ::   ji, jj, jl           ! dummy loop indices
963      INTEGER  ::   iter                 ! local integer
964      REAL(wp) ::   zfac, zfac2, zfac3   ! local scalars
965      REAL(wp) ::   zkeff_h, ztsu, ztsu0 !
966      REAL(wp) ::   zqc, zqnet           !
967      REAL(wp) ::   zhe, zqa0            !
968      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   zgfac   ! enhanced conduction factor
969      !!---------------------------------------------------------------------
970
971      ! -------------------------------------!
972      !      I   Enhanced conduction factor  !
973      ! -------------------------------------!
974      ! Emulates the enhancement of conduction by unresolved thin ice (ld_virtual_itd = T)
975      ! Fichefet and Morales Maqueda, JGR 1997
976      !
977      zgfac(:,:,:) = 1._wp
978
979      IF( ld_virtual_itd ) THEN
980         !
981         zfac  = 1._wp /  ( rn_cnd_s + rcnd_i )
982         zfac2 = EXP(1._wp) * 0.5_wp * zepsilon
983         zfac3 = 2._wp / zepsilon
984         !
985         DO jl = 1, jpl
986            DO jj = 1 , jpj
987               DO ji = 1, jpi
988                  zhe = ( rn_cnd_s * phi(ji,jj,jl) + rcnd_i * phs(ji,jj,jl) ) * zfac                            ! Effective thickness
989                  IF( zhe >=  zfac2 )   zgfac(ji,jj,jl) = MIN( 2._wp, 0.5_wp * ( 1._wp + LOG( zhe * zfac3 ) ) ) ! Enhanced conduction factor
990               END DO
991            END DO
992         END DO
993         !
994      ENDIF
995
996      ! -------------------------------------------------------------!
997      !      II   Surface temperature and conduction flux            !
998      ! -------------------------------------------------------------!
999      !
1000      zfac = rcnd_i * rn_cnd_s
1001      !
1002      DO jl = 1, jpl
1003         DO jj = 1 , jpj
1004            DO ji = 1, jpi
1005               !
1006               zkeff_h = zfac * zgfac(ji,jj,jl) / &                                    ! Effective conductivity of the snow-ice system divided by thickness
1007                  &      ( rcnd_i * phs(ji,jj,jl) + rn_cnd_s * MAX( 0.01, phi(ji,jj,jl) ) )
1008               ztsu    = ptsu(ji,jj,jl)                                                ! Store current iteration temperature
1009               ztsu0   = ptsu(ji,jj,jl)                                                ! Store initial surface temperature
1010               zqa0    = qsr_ice(ji,jj,jl) - qtr_ice_top(ji,jj,jl) + qns_ice(ji,jj,jl) ! Net initial atmospheric heat flux
1011               !
1012               DO iter = 1, nit     ! --- Iterative loop
1013                  zqc   = zkeff_h * ( ztsu - ptb(ji,jj) )                              ! Conduction heat flux through snow-ice system (>0 downwards)
1014                  zqnet = zqa0 + dqns_ice(ji,jj,jl) * ( ztsu - ptsu(ji,jj,jl) ) - zqc  ! Surface energy budget
1015                  ztsu  = ztsu - zqnet / ( dqns_ice(ji,jj,jl) - zkeff_h )              ! Temperature update
1016               END DO
1017               !
1018               ptsu   (ji,jj,jl) = MIN( rt0, ztsu )
1019               qcn_ice(ji,jj,jl) = zkeff_h * ( ptsu(ji,jj,jl) - ptb(ji,jj) )
1020               qns_ice(ji,jj,jl) = qns_ice(ji,jj,jl) + dqns_ice(ji,jj,jl) * ( ptsu(ji,jj,jl) - ztsu0 )
1021               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) )  &
1022                  &   * MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp, ptsu(ji,jj,jl) - rt0 ) )
1023
1024               ! --- Diagnose the heat loss due to changing non-solar flux (as in icethd_zdf_bl99) --- !
1025               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)
1026
1027            END DO
1028         END DO
1029         !
1030      END DO
1031      !
1032   END SUBROUTINE blk_ice_qcn
1033
1034
1035   SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2012( Cd )
1036      !!----------------------------------------------------------------------
1037      !!                      ***  ROUTINE  Cdn10_Lupkes2012  ***
1038      !!
1039      !! ** Purpose :    Recompute the neutral air-ice drag referenced at 10m
1040      !!                 to make it dependent on edges at leads, melt ponds and flows.
1041      !!                 After some approximations, this can be resumed to a dependency
1042      !!                 on ice concentration.
1043      !!
1044      !! ** Method :     The parameterization is taken from Lupkes et al. (2012) eq.(50)
1045      !!                 with the highest level of approximation: level4, eq.(59)
1046      !!                 The generic drag over a cell partly covered by ice can be re-written as follows:
1047      !!
1048      !!                 Cd = Cdw * (1-A) + Cdi * A + Ce * (1-A)**(nu+1/(10*beta)) * A**mu
1049      !!
1050      !!                    Ce = 2.23e-3       , as suggested by Lupkes (eq. 59)
1051      !!                    nu = mu = beta = 1 , as suggested by Lupkes (eq. 59)
1052      !!                    A is the concentration of ice minus melt ponds (if any)
1053      !!
1054      !!                 This new drag has a parabolic shape (as a function of A) starting at
1055      !!                 Cdw(say 1.5e-3) for A=0, reaching 1.97e-3 for A~0.5
1056      !!                 and going down to Cdi(say 1.4e-3) for A=1
1057      !!
1058      !!                 It is theoretically applicable to all ice conditions (not only MIZ)
1059      !!                 => see Lupkes et al (2013)
1060      !!
1061      !! ** References : Lupkes et al. JGR 2012 (theory)
1062      !!                 Lupkes et al. GRL 2013 (application to GCM)
1063      !!
1064      !!----------------------------------------------------------------------
1065      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(inout) ::   Cd
1066      REAL(wp), PARAMETER ::   zCe   = 2.23e-03_wp
1067      REAL(wp), PARAMETER ::   znu   = 1._wp
1068      REAL(wp), PARAMETER ::   zmu   = 1._wp
1069      REAL(wp), PARAMETER ::   zbeta = 1._wp
1070      REAL(wp)            ::   zcoef
1071      !!----------------------------------------------------------------------
1072      zcoef = znu + 1._wp / ( 10._wp * zbeta )
1073
1074      ! generic drag over a cell partly covered by ice
1075      !!Cd(:,:) = Cd_oce(:,:) * ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) +  &                        ! pure ocean drag
1076      !!   &      rCd_ice      *           at_i_b(:,:)   +  &                        ! pure ice drag
1077      !!   &      zCe         * ( 1._wp - at_i_b(:,:) )**zcoef * at_i_b(:,:)**zmu   ! change due to sea-ice morphology
1078
1079      ! ice-atm drag
1080      Cd(:,:) = rCd_ice +  &                                                         ! pure ice drag
1081         &      zCe    * ( 1._wp - at_i_b(:,:) )**zcoef * at_i_b(:,:)**(zmu-1._wp)  ! change due to sea-ice morphology
1082
1083   END SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2012
1084
1085
1086   SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2015( Cd, Ch )
1087      !!----------------------------------------------------------------------
1088      !!                      ***  ROUTINE  Cdn10_Lupkes2015  ***
1089      !!
1090      !! ** pUrpose :    Alternative turbulent transfert coefficients formulation
1091      !!                 between sea-ice and atmosphere with distinct momentum
1092      !!                 and heat coefficients depending on sea-ice concentration
1093      !!                 and atmospheric stability (no meltponds effect for now).
1094      !!
1095      !! ** Method :     The parameterization is adapted from Lupkes et al. (2015)
1096      !!                 and ECHAM6 atmospheric model. Compared to Lupkes2012 scheme,
1097      !!                 it considers specific skin and form drags (Andreas et al. 2010)
1098      !!                 to compute neutral transfert coefficients for both heat and
1099      !!                 momemtum fluxes. Atmospheric stability effect on transfert
1100      !!                 coefficient is also taken into account following Louis (1979).
1101      !!
1102      !! ** References : Lupkes et al. JGR 2015 (theory)
1103      !!                 Lupkes et al. ECHAM6 documentation 2015 (implementation)
1104      !!
1105      !!----------------------------------------------------------------------
1106      !
1107      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(inout) ::   Cd
1108      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(inout) ::   Ch
1109      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)            ::   ztm_su, zst, zqo_sat, zqi_sat
1110      !
1111      ! ECHAM6 constants
1112      REAL(wp), PARAMETER ::   z0_skin_ice  = 0.69e-3_wp  ! Eq. 43 [m]
1113      REAL(wp), PARAMETER ::   z0_form_ice  = 0.57e-3_wp  ! Eq. 42 [m]
1114      REAL(wp), PARAMETER ::   z0_ice       = 1.00e-3_wp  ! Eq. 15 [m]
1115      REAL(wp), PARAMETER ::   zce10        = 2.80e-3_wp  ! Eq. 41
1116      REAL(wp), PARAMETER ::   zbeta        = 1.1_wp      ! Eq. 41
1117      REAL(wp), PARAMETER ::   zc           = 5._wp       ! Eq. 13
1118      REAL(wp), PARAMETER ::   zc2          = zc * zc
1119      REAL(wp), PARAMETER ::   zam          = 2. * zc     ! Eq. 14
1120      REAL(wp), PARAMETER ::   zah          = 3. * zc     ! Eq. 30
1121      REAL(wp), PARAMETER ::   z1_alpha     = 1._wp / 0.2_wp  ! Eq. 51
1122      REAL(wp), PARAMETER ::   z1_alphaf    = z1_alpha    ! Eq. 56
1123      REAL(wp), PARAMETER ::   zbetah       = 1.e-3_wp    ! Eq. 26
1124      REAL(wp), PARAMETER ::   zgamma       = 1.25_wp     ! Eq. 26
1125      REAL(wp), PARAMETER ::   z1_gamma     = 1._wp / zgamma
1126      REAL(wp), PARAMETER ::   r1_3         = 1._wp / 3._wp
1127      !
1128      INTEGER  ::   ji, jj         ! dummy loop indices
1129      REAL(wp) ::   zthetav_os, zthetav_is, zthetav_zu
1130      REAL(wp) ::   zrib_o, zrib_i
1131      REAL(wp) ::   zCdn_skin_ice, zCdn_form_ice, zCdn_ice
1132      REAL(wp) ::   zChn_skin_ice, zChn_form_ice
1133      REAL(wp) ::   z0w, z0i, zfmi, zfmw, zfhi, zfhw
1134      REAL(wp) ::   zCdn_form_tmp
1135      !!----------------------------------------------------------------------
1136
1137      ! mean temperature
1138      WHERE( at_i_b(:,:) > 1.e-20 )
1139         ztm_su(:,:) = SUM( t_su(:,:,:) * a_i_b(:,:,:) , dim=3 ) / at_i_b(:,:)
1140      ELSEWHERE
1141         ztm_su(:,:) = rt0
1142      ENDWHERE
1143
1144      ! Momentum Neutral Transfert Coefficients (should be a constant)
1145      zCdn_form_tmp = zce10 * ( LOG( 10._wp / z0_form_ice + 1._wp ) / LOG( rn_zu / z0_form_ice + 1._wp ) )**2   ! Eq. 40
1146      zCdn_skin_ice = ( vkarmn                                      / LOG( rn_zu / z0_skin_ice + 1._wp ) )**2   ! Eq. 7
1147      zCdn_ice      = zCdn_skin_ice   ! Eq. 7 (cf Lupkes email for details)
1148      !zCdn_ice     = 1.89e-3         ! old ECHAM5 value (cf Eq. 32)
1149
1150      ! Heat Neutral Transfert Coefficients
1151      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)
1152
1153      ! Atmospheric and Surface Variables
1154      zst(:,:)     = sst_m(:,:) + rt0                                        ! convert SST from Celcius to Kelvin
1155      zqo_sat(:,:) = rdct_qsat_salt * q_sat( zst(:,:)   , sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )  ! saturation humidity over ocean [kg/kg]
1156      zqi_sat(:,:) =                  q_sat( ztm_su(:,:), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )  ! saturation humidity over ice   [kg/kg] !LB: no 0.98 !!(rdct_qsat_salt)
1157      !
1158      DO jj = 2, jpjm1           ! reduced loop is necessary for reproducibility
1159         DO ji = fs_2, fs_jpim1
1160            ! Virtual potential temperature [K]
1161            zthetav_os = zst(ji,jj)    * ( 1._wp + rctv0 * zqo_sat(ji,jj) )   ! over ocean
1162            zthetav_is = ztm_su(ji,jj) * ( 1._wp + rctv0 * zqi_sat(ji,jj) )   ! ocean ice
1163            zthetav_zu = t_zu (ji,jj)  * ( 1._wp + rctv0 * q_zu(ji,jj)    )   ! at zu
1164
1165            ! Bulk Richardson Number (could use Ri_bulk function from aerobulk instead)
1166            zrib_o = grav / zthetav_os * ( zthetav_zu - zthetav_os ) * rn_zu / MAX( 0.5, wndm(ji,jj)     )**2   ! over ocean
1167            zrib_i = grav / zthetav_is * ( zthetav_zu - zthetav_is ) * rn_zu / MAX( 0.5, wndm_ice(ji,jj) )**2   ! over ice
1168
1169            ! Momentum and Heat Neutral Transfert Coefficients
1170            zCdn_form_ice = zCdn_form_tmp * at_i_b(ji,jj) * ( 1._wp - at_i_b(ji,jj) )**zbeta  ! Eq. 40
1171            zChn_form_ice = zCdn_form_ice / ( 1._wp + ( LOG( z1_alphaf ) / vkarmn ) * SQRT( zCdn_form_ice ) )               ! Eq. 53
1172
1173            ! Momentum and Heat Stability functions (possibility to use psi_m_ecmwf instead)
1174            z0w = rn_zu * EXP( -1._wp * vkarmn / SQRT( Cdn_oce(ji,jj) ) ) ! over water
1175            z0i = z0_skin_ice                                             ! over ice (cf Lupkes email for details)
1176            IF( zrib_o <= 0._wp ) THEN
1177               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
1178               zfhw = ( 1._wp + ( zbetah * ( zthetav_os - zthetav_zu )**r1_3 / ( Chn_oce(ji,jj) * MAX(0.01, wndm(ji,jj)) )   &     ! Eq. 26
1179                  &             )**zgamma )**z1_gamma
1180            ELSE
1181               zfmw = 1._wp / ( 1._wp + zam * zrib_o / SQRT( 1._wp + zrib_o ) )   ! Eq. 12
1182               zfhw = 1._wp / ( 1._wp + zah * zrib_o / SQRT( 1._wp + zrib_o ) )   ! Eq. 28
1183            ENDIF
1184
1185            IF( zrib_i <= 0._wp ) THEN
1186               zfmi = 1._wp - zam * zrib_i / (1._wp + 3._wp * zc2 * zCdn_ice * SQRT( -zrib_i * ( rn_zu / z0i + 1._wp)))   ! Eq.  9
1187               zfhi = 1._wp - zah * zrib_i / (1._wp + 3._wp * zc2 * zCdn_ice * SQRT( -zrib_i * ( rn_zu / z0i + 1._wp)))   ! Eq. 25
1188            ELSE
1189               zfmi = 1._wp / ( 1._wp + zam * zrib_i / SQRT( 1._wp + zrib_i ) )   ! Eq. 11
1190               zfhi = 1._wp / ( 1._wp + zah * zrib_i / SQRT( 1._wp + zrib_i ) )   ! Eq. 27
1191            ENDIF
1192
1193            ! Momentum Transfert Coefficients (Eq. 38)
1194            Cd(ji,jj) = zCdn_skin_ice *   zfmi +  &
1195               &        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) )
1196
1197            ! Heat Transfert Coefficients (Eq. 49)
1198            Ch(ji,jj) = zChn_skin_ice *   zfhi +  &
1199               &        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) )
1200            !
1201         END DO
1202      END DO
1203      CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', Cd, 'T',  1., Ch, 'T', 1. )
1204      !
1205   END SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2015
1206
1207#endif
1208
1209   !!======================================================================
1210END MODULE sbcblk
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.