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_algo_coare3p0.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_algo_coare3p0.F90 @ 11804

Last change on this file since 11804 was 11785, checked in by laurent, 5 years ago

Fixes to prevent FPE-related errors at runtime (masked regions).

File size: 26.0 KB
Line 
1MODULE sbcblk_algo_coare3p0
2   !!======================================================================
3   !!                   ***  MODULE  sbcblk_algo_coare3p0  ***
4   !!
5   !!                After Fairall et al, 2003
6   !! Computes:
7   !!   * bulk transfer coefficients C_D, C_E and C_H
8   !!   * air temp. and spec. hum. adjusted from zt (2m) to zu (10m) if needed
9   !!   * the effective bulk wind speed at 10m U_blk
10   !!   => all these are used in bulk formulas in sbcblk.F90
11   !!
12   !!       Routine turb_coare3p0 maintained and developed in AeroBulk
13   !!                     (https://github.com/brodeau/aerobulk)
14   !!
15   !! ** Author: L. Brodeau, June 2019 / AeroBulk (https://github.com/brodeau/aerobulk)
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   !! History :  4.0  !  2016-02  (L.Brodeau)   Original code
18   !!----------------------------------------------------------------------
19
20   !!----------------------------------------------------------------------
21   !!   turb_coare3p0  : computes the bulk turbulent transfer coefficients
22   !!                   adjusts t_air and q_air from zt to zu m
23   !!                   returns the effective bulk wind speed at 10m
24   !!----------------------------------------------------------------------
25   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
26   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
27   USE phycst          ! physical constants
28   USE iom             ! I/O manager library
29   USE lib_mpp         ! distribued memory computing library
30   USE in_out_manager  ! I/O manager
31   USE prtctl          ! Print control
32   USE sbcwave, ONLY   :  cdn_wave ! wave module
33#if defined key_si3 || defined key_cice
34   USE sbc_ice         ! Surface boundary condition: ice fields
35#endif
36   USE lib_fortran     ! to use key_nosignedzero
37
38   USE sbc_oce         ! Surface boundary condition: ocean fields
39   USE sbcblk_phy      ! all thermodynamics functions, rho_air, q_sat, etc... !LB
40   USE sbcblk_skin_coare ! cool-skin/warm layer scheme (CSWL_ECMWF) !LB
41
42   IMPLICIT NONE
43   PRIVATE
44
45   PUBLIC :: COARE3P0_INIT, TURB_COARE3P0
46
47   !! COARE own values for given constants:
48   REAL(wp), PARAMETER :: zi0   = 600._wp     ! scale height of the atmospheric boundary layer...
49   REAL(wp), PARAMETER :: Beta0 =  1.25_wp    ! gustiness parameter
50
51   INTEGER , PARAMETER ::   nb_itt = 10             ! number of itterations
52
53   !!----------------------------------------------------------------------
54CONTAINS
55
56
57   SUBROUTINE coare3p0_init(l_use_cs, l_use_wl)
58      !!---------------------------------------------------------------------
59      !!                  ***  FUNCTION coare3p0_init  ***
60      !!
61      !! INPUT :
62      !! -------
63      !!    * l_use_cs : use the cool-skin parameterization
64      !!    * l_use_wl : use the warm-layer parameterization
65      !!---------------------------------------------------------------------
66      LOGICAL , INTENT(in) ::   l_use_cs ! use the cool-skin parameterization
67      LOGICAL , INTENT(in) ::   l_use_wl ! use the warm-layer parameterization
68      INTEGER :: ierr
69      !!---------------------------------------------------------------------
70      IF ( l_use_wl ) THEN
71         ierr = 0
72         ALLOCATE ( Tau_ac(jpi,jpj) , Qnt_ac(jpi,jpj), Hz_wl(jpi,jpj), dT_wl(jpi,jpj), STAT=ierr )
73         !IF( ierr > 0 ) STOP ' COARE3P0_INIT => allocation of Tau_ac, Qnt_ac, dT_wl & Hz_wl failed!'
74         Tau_ac(:,:) = 0._wp
75         Qnt_ac(:,:) = 0._wp
76         dT_wl(:,:)  = 0._wp
77         Hz_wl(:,:)  = Hwl_max
78      END IF
79      !!
80      IF ( l_use_cs ) THEN
81         ierr = 0
82         ALLOCATE ( dT_cs(jpi,jpj), STAT=ierr )
83         !IF( ierr > 0 ) STOP ' COARE3P0_INIT => allocation of dT_cs failed!'
84         dT_cs(:,:) = -0.25_wp  ! First guess of skin correction
85      END IF
86   END SUBROUTINE coare3p0_init
87
88
89
90   SUBROUTINE turb_coare3p0( kt, zt, zu, T_s, t_zt, q_s, q_zt, U_zu, l_use_cs, l_use_wl, &
91      &                      Cd, Ch, Ce, t_zu, q_zu, U_blk,                              &
92      &                      Cdn, Chn, Cen,                                              &
93      &                      Qsw, rad_lw, slp, pdT_cs,                                   & ! optionals for cool-skin (and warm-layer)
94      &                      pdT_wl, pHz_wl )                                                 ! optionals for warm-layer only
95      !!----------------------------------------------------------------------
96      !!                      ***  ROUTINE  turb_coare3p0  ***
97      !!
98      !! ** Purpose :   Computes turbulent transfert coefficients of surface
99      !!                fluxes according to Fairall et al. (2003)
100      !!                If relevant (zt /= zu), adjust temperature and humidity from height zt to zu
101      !!                Returns the effective bulk wind speed at zu to be used in the bulk formulas
102      !!
103      !!                Applies the cool-skin warm-layer correction of the SST to T_s
104      !!                if the net shortwave flux at the surface (Qsw), the downwelling longwave
105      !!                radiative fluxes at the surface (rad_lw), and the sea-leve pressure (slp)
106      !!                are provided as (optional) arguments!
107      !!
108      !! INPUT :
109      !! -------
110      !!    *  kt   : current time step (starts at 1)
111      !!    *  zt   : height for temperature and spec. hum. of air            [m]
112      !!    *  zu   : height for wind speed (usually 10m)                     [m]
113      !!    *  t_zt : potential air temperature at zt                         [K]
114      !!    *  q_zt : specific humidity of air at zt                          [kg/kg]
115      !!    *  U_zu : scalar wind speed at zu                                 [m/s]
116      !!    * l_use_cs : use the cool-skin parameterization
117      !!    * l_use_wl : use the warm-layer parameterization
118      !!
119      !! INPUT/OUTPUT:
120      !! -------------
121      !!    *  T_s  : always "bulk SST" as input                              [K]
122      !!              -> unchanged "bulk SST" as output if CSWL not used      [K]
123      !!              -> skin temperature as output if CSWL used              [K]
124      !!
125      !!    *  q_s  : SSQ aka saturation specific humidity at temp. T_s       [kg/kg]
126      !!              -> doesn't need to be given a value if skin temp computed (in case l_use_cs=True or l_use_wl=True)
127      !!              -> MUST be given the correct value if not computing skint temp. (in case l_use_cs=False or l_use_wl=False)
128      !!
129      !! OPTIONAL INPUT:
130      !! ---------------
131      !!    *  Qsw    : net solar flux (after albedo) at the surface (>0)     [W/m^2]
132      !!    *  rad_lw : downwelling longwave radiation at the surface  (>0)   [W/m^2]
133      !!    *  slp    : sea-level pressure                                    [Pa]
134      !!
135      !! OPTIONAL OUTPUT:
136      !! ----------------
137      !!    * pdT_cs  : SST increment "dT" for cool-skin correction           [K]
138      !!    * pdT_wl  : SST increment "dT" for warm-layer correction          [K]
139      !!    * pHz_wl  : thickness of warm-layer                               [m]
140      !!
141      !! OUTPUT :
142      !! --------
143      !!    *  Cd     : drag coefficient
144      !!    *  Ch     : sensible heat coefficient
145      !!    *  Ce     : evaporation coefficient
146      !!    *  t_zu   : pot. air temperature adjusted at wind height zu       [K]
147      !!    *  q_zu   : specific humidity of air        //                    [kg/kg]
148      !!    *  U_blk  : bulk wind speed at zu                                 [m/s]
149      !!
150      !!
151      !! ** Author: L. Brodeau, June 2019 / AeroBulk (https://github.com/brodeau/aerobulk/)
152      !!----------------------------------------------------------------------------------
153      INTEGER,  INTENT(in   )                     ::   kt       ! current time step
154      REAL(wp), INTENT(in   )                     ::   zt       ! height for t_zt and q_zt                    [m]
155      REAL(wp), INTENT(in   )                     ::   zu       ! height for U_zu                             [m]
156      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj) ::   T_s      ! sea surface temperature                [Kelvin]
157      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   t_zt     ! potential air temperature              [Kelvin]
158      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_s      ! sea surface specific humidity           [kg/kg]
159      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_zt     ! specific air humidity at zt             [kg/kg]
160      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   U_zu     ! relative wind module at zu                [m/s]
161      LOGICAL , INTENT(in   )                     ::   l_use_cs ! use the cool-skin parameterization
162      LOGICAL , INTENT(in   )                     ::   l_use_wl ! use the warm-layer parameterization
163      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Cd       ! transfer coefficient for momentum         (tau)
164      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ch       ! transfer coefficient for sensible heat (Q_sens)
165      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ce       ! transfert coefficient for evaporation   (Q_lat)
166      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   t_zu     ! pot. air temp. adjusted at zu               [K]
167      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_zu     ! spec. humidity adjusted at zu           [kg/kg]
168      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   U_blk    ! bulk wind speed at zu                     [m/s]
169      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Cdn, Chn, Cen ! neutral transfer coefficients
170      !
171      REAL(wp), INTENT(in   ), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   Qsw      !             [W/m^2]
172      REAL(wp), INTENT(in   ), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   rad_lw   !             [W/m^2]
173      REAL(wp), INTENT(in   ), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   slp      !             [Pa]
174      REAL(wp), INTENT(  out), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   pdT_cs
175      REAL(wp), INTENT(  out), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   pdT_wl   !             [K]
176      REAL(wp), INTENT(  out), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   pHz_wl   !             [m]
177      !
178      INTEGER :: j_itt
179      LOGICAL :: l_zt_equal_zu = .FALSE.      ! if q and t are given at same height as U
180      !
181      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::  &
182         &  u_star, t_star, q_star, &
183         &  dt_zu, dq_zu,    &
184         &  znu_a,           & !: Nu_air, Viscosity of air
185         &  z0, z0t
186      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zeta_u        ! stability parameter at height zu
187      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   ztmp0, ztmp1, ztmp2
188      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zeta_t        ! stability parameter at height zt
189      !
190      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: &
191         &                zsst,   &  ! to back up the initial bulk SST
192         &                pdTc,   &  ! SST increment "dT" for cool-skin correction           [K]
193         &                pdTw,   &  ! SST increment "dT" for warm layer correction          [K]
194         &                zHwl       ! depth of warm-layer [m]
195      CHARACTER(len=40), PARAMETER :: crtnm = 'turb_coare3p0@sbcblk_algo_coare3p0'
196      !!----------------------------------------------------------------------------------
197      IF ( kt == nit000 ) CALL COARE3P0_INIT(l_use_cs, l_use_wl)
198
199      l_zt_equal_zu = .FALSE.
200      IF( ABS(zu - zt) < 0.01_wp )   l_zt_equal_zu = .TRUE.    ! testing "zu == zt" is risky with double precision
201      IF( .NOT. l_zt_equal_zu )  ALLOCATE( zeta_t(jpi,jpj) )
202
203      !! Initializations for cool skin and warm layer:
204      IF ( l_use_cs ) THEN
205         IF( .NOT.(PRESENT(Qsw) .AND. PRESENT(rad_lw) .AND. PRESENT(slp)) ) THEN
206            PRINT *, ' * PROBLEM ('//TRIM(crtnm)//'): you need to provide Qsw, rad_lw & slp to use cool-skin param!'; STOP
207         END IF
208      END IF
209
210      IF ( l_use_wl ) THEN
211         IF( .NOT.(PRESENT(Qsw) .AND. PRESENT(rad_lw) .AND. PRESENT(slp)) ) THEN
212            PRINT *, ' * PROBLEM ('//TRIM(crtnm)//'): you need to provide Qsw, rad_lw & slp to use warm-layer param!'; STOP
213         END IF
214      END IF
215
216      IF ( l_use_cs .OR. l_use_wl ) THEN
217         ALLOCATE ( zsst(jpi,jpj) )
218         zsst = T_s ! backing up the bulk SST
219         IF( l_use_cs ) T_s = T_s - 0.25_wp   ! First guess of correction
220         q_s    = rdct_qsat_salt*q_sat(MAX(T_s, 200._wp), slp) ! First guess of q_s
221      END IF
222
223
224      !! First guess of temperature and humidity at height zu:
225      t_zu = MAX( t_zt ,  180._wp )   ! who knows what's given on masked-continental regions...
226      q_zu = MAX( q_zt , 1.e-6_wp )   !               "
227
228      !! Pot. temp. difference (and we don't want it to be 0!)
229      dt_zu = t_zu - T_s ;   dt_zu = SIGN( MAX(ABS(dt_zu),1.E-6_wp), dt_zu )
230      dq_zu = q_zu - q_s ;   dq_zu = SIGN( MAX(ABS(dq_zu),1.E-9_wp), dq_zu )
231
232      znu_a = visc_air(t_zu) ! Air viscosity (m^2/s) at zt given from temperature in (K)
233
234      U_blk = SQRT(U_zu*U_zu + 0.5_wp*0.5_wp) ! initial guess for wind gustiness contribution
235
236      ztmp0   = LOG(    zu*10000._wp) ! optimization: 10000. == 1/z0 (with z0 first guess == 0.0001)
237      ztmp1   = LOG(10._wp*10000._wp) !       "                    "               "
238      u_star = 0.035_wp*U_blk*ztmp1/ztmp0       ! (u* = 0.035*Un10)
239
240      z0     = alfa_charn_3p0(U_zu)*u_star*u_star/grav + 0.11_wp*znu_a/u_star
241      z0     = MIN( MAX(ABS(z0), 1.E-9) , 1._wp )                      ! (prevents FPE from stupid values from masked region later on)
242
243      z0t    = 1._wp / ( 0.1_wp*EXP(vkarmn/(0.00115/(vkarmn/ztmp1))) )
244      z0t    = MIN( MAX(ABS(z0t), 1.E-9) , 1._wp )                      ! (prevents FPE from stupid values from masked region later on)
245
246      Cd     = (vkarmn/ztmp0)**2    ! first guess of Cd
247
248      ztmp0 = vkarmn*vkarmn/LOG(zt/z0t)/Cd
249
250      ztmp2 = Ri_bulk( zu, T_s, t_zu, q_s, q_zu, U_blk ) ! Bulk Richardson Number (BRN)
251
252      !! First estimate of zeta_u, depending on the stability, ie sign of BRN (ztmp2):
253      ztmp1 = 0.5 + SIGN( 0.5_wp , ztmp2 )
254      ztmp0 = ztmp0*ztmp2
255      zeta_u = (1._wp-ztmp1) * (ztmp0/(1._wp+ztmp2/(-zu/(zi0*0.004_wp*Beta0**3)))) & !  BRN < 0
256         &  +     ztmp1   * (ztmp0*(1._wp + 27._wp/9._wp*ztmp2/ztmp0))               !  BRN > 0
257      !#LB: should make sure that the "ztmp0" of "27./9.*ztmp2/ztmp0" is "ztmp0*ztmp2" and not "ztmp0==vkarmn*vkarmn/LOG(zt/z0t)/Cd" !
258
259      !! First guess M-O stability dependent scaling params.(u*,t*,q*) to estimate z0 and z/L
260      ztmp0  = vkarmn/(LOG(zu/z0t) - psi_h_coare(zeta_u))
261
262      u_star = MAX ( U_blk*vkarmn/(LOG(zu) - LOG(z0)  - psi_m_coare(zeta_u)) , 1.E-9 )  !  (MAX => prevents FPE from stupid values from masked region later on)
263      t_star = dt_zu*ztmp0
264      q_star = dq_zu*ztmp0
265
266      ! What needs to be done if zt /= zu:
267      IF( .NOT. l_zt_equal_zu ) THEN
268         !! First update of values at zu (or zt for wind)
269         zeta_t = zt*zeta_u/zu
270         ztmp0 = psi_h_coare(zeta_u) - psi_h_coare(zeta_t)
271         ztmp1 = LOG(zt/zu) + ztmp0
272         t_zu = t_zt - t_star/vkarmn*ztmp1
273         q_zu = q_zt - q_star/vkarmn*ztmp1
274         q_zu = (0.5_wp + SIGN(0.5_wp,q_zu))*q_zu !Makes it impossible to have negative humidity :
275         !
276         dt_zu = t_zu - T_s  ; dt_zu = SIGN( MAX(ABS(dt_zu),1.E-6_wp), dt_zu )
277         dq_zu = q_zu - q_s  ; dq_zu = SIGN( MAX(ABS(dq_zu),1.E-9_wp), dq_zu )
278      END IF
279
280      !! ITERATION BLOCK
281      DO j_itt = 1, nb_itt
282
283         !!Inverse of Monin-Obukov length (1/L) :
284         ztmp0 = One_on_L(t_zu, q_zu, u_star, t_star, q_star)  ! 1/L == 1/[Monin-Obukhov length]
285         ztmp0 = SIGN( MIN(ABS(ztmp0),200._wp), ztmp0 ) ! (prevents FPE from stupid values from masked region later on...)
286
287         ztmp1 = u_star*u_star   ! u*^2
288
289         !! Update wind at zu with convection-related wind gustiness in unstable conditions (Fairall et al. 2003, Eq.8):
290         ztmp2 = Beta0*Beta0*ztmp1*(MAX(-zi0*ztmp0/vkarmn,0._wp))**(2._wp/3._wp) ! square of wind gustiness contribution, ztmp2 == Ug^2
291         !!   ! Only true when unstable (L<0) => when ztmp0 < 0 => explains "-" before zi0
292         U_blk = MAX(SQRT(U_zu*U_zu + ztmp2), 0.2_wp)        ! include gustiness in bulk wind speed
293         ! => 0.2 prevents U_blk to be 0 in stable case when U_zu=0.
294
295         !! Stability parameters:
296         zeta_u = zu*ztmp0
297         zeta_u = SIGN( MIN(ABS(zeta_u),50.0_wp), zeta_u )
298         IF( .NOT. l_zt_equal_zu ) THEN
299            zeta_t = zt*ztmp0
300            zeta_t = SIGN( MIN(ABS(zeta_t),50.0_wp), zeta_t )
301         END IF
302
303         !! Adjustment the wind at 10m (not needed in the current algo form):
304         !IF ( zu \= 10._wp ) U10 = U_zu + u_star/vkarmn*(LOG(10._wp/zu) - psi_m_coare(10._wp*ztmp0) + psi_m_coare(zeta_u))
305
306         !! Roughness lengthes z0, z0t (z0q = z0t) :
307         ztmp2 = u_star/vkarmn*LOG(10./z0)                                 ! Neutral wind speed at 10m
308         z0    = alfa_charn_3p0(ztmp2)*ztmp1/grav + 0.11_wp*znu_a/u_star   ! Roughness length (eq.6)
309         z0     = MIN( MAX(ABS(z0), 1.E-9) , 1._wp )                      ! (prevents FPE from stupid values from masked region later on)
310
311         ztmp1 = ( znu_a / (z0*u_star) )**0.6_wp    ! (1./Re_r)^0.72 (Re_r: roughness Reynolds number) COARE3.6-specific!
312         z0t   = MIN( 1.1E-4_wp , 5.5E-5_wp*ztmp1 ) ! Scalar roughness for both theta and q (eq.28) #LOLO: some use 1.15 not 1.1 !!!
313         z0t   = MIN( MAX(ABS(z0t), 1.E-9) , 1._wp )                      ! (prevents FPE from stupid values from masked region later on)
314
315         !! Turbulent scales at zu :
316         ztmp0   = psi_h_coare(zeta_u)
317         ztmp1   = vkarmn/(LOG(zu) - LOG(z0t) - ztmp0) ! #LB: in ztmp0, some use psi_h_coare(zeta_t) rather than psi_h_coare(zeta_t) ???
318
319         t_star = dt_zu*ztmp1
320         q_star = dq_zu*ztmp1
321         u_star = MAX( U_blk*vkarmn/(LOG(zu) - LOG(z0) - psi_m_coare(zeta_u)) , 1.E-9 )  !  (MAX => prevents FPE from stupid values from masked region later on)
322
323         IF( .NOT. l_zt_equal_zu ) THEN
324            !! Re-updating temperature and humidity at zu if zt /= zu :
325            ztmp1 = LOG(zt/zu) + ztmp0 - psi_h_coare(zeta_t)
326            t_zu = t_zt - t_star/vkarmn*ztmp1
327            q_zu = q_zt - q_star/vkarmn*ztmp1
328         END IF
329
330
331         IF( l_use_cs ) THEN
332            !! Cool-skin contribution
333
334            CALL UPDATE_QNSOL_TAU( zu, T_s, q_s, t_zu, q_zu, u_star, t_star, q_star, U_zu, U_blk, slp, rad_lw, &
335               &                   ztmp1, zeta_u,  Qlat=ztmp2)  ! Qnsol -> ztmp1 / Tau -> zeta_u
336
337            CALL CS_COARE( Qsw, ztmp1, u_star, zsst, ztmp2 )  ! ! Qnsol -> ztmp1 / Qlat -> ztmp2
338
339            T_s(:,:) = zsst(:,:) + dT_cs(:,:)*tmask(:,:,1)
340            IF( l_use_wl ) T_s(:,:) = T_s(:,:) + dT_wl(:,:)*tmask(:,:,1)
341            q_s(:,:) = rdct_qsat_salt*q_sat(MAX(T_s(:,:), 200._wp), slp(:,:))
342
343         END IF
344
345         IF( l_use_wl ) THEN
346            !! Warm-layer contribution
347            CALL UPDATE_QNSOL_TAU( zu, T_s, q_s, t_zu, q_zu, u_star, t_star, q_star, U_zu, U_blk, slp, rad_lw, &
348               &                   ztmp1, zeta_u)  ! Qnsol -> ztmp1 / Tau -> zeta_u
349            !! In WL_COARE or , Tau_ac and Qnt_ac must be updated at the final itteration step => add a flag to do this!
350            CALL WL_COARE( Qsw, ztmp1, zeta_u, zsst, MOD(nb_itt,j_itt) )
351
352            !! Updating T_s and q_s !!!
353            T_s(:,:) = zsst(:,:) + dT_wl(:,:)*tmask(:,:,1)
354            IF( l_use_cs ) T_s(:,:) = T_s(:,:) + dT_cs(:,:)*tmask(:,:,1)
355            q_s(:,:) = rdct_qsat_salt*q_sat(MAX(T_s(:,:), 200._wp), slp(:,:))
356         END IF
357
358         IF( l_use_cs .OR. l_use_wl .OR. (.NOT. l_zt_equal_zu) ) THEN
359            dt_zu = t_zu - T_s ;  dt_zu = SIGN( MAX(ABS(dt_zu),1.E-6_wp), dt_zu )
360            dq_zu = q_zu - q_s ;  dq_zu = SIGN( MAX(ABS(dq_zu),1.E-9_wp), dq_zu )
361         END IF
362
363      END DO !DO j_itt = 1, nb_itt
364
365      ! compute transfer coefficients at zu :
366      ztmp0 = u_star/U_blk
367      Cd   = ztmp0*ztmp0
368      Ch   = ztmp0*t_star/dt_zu
369      Ce   = ztmp0*q_star/dq_zu
370
371      ztmp1 = zu + z0
372      Cdn = vkarmn*vkarmn / (log(ztmp1/z0 )*log(ztmp1/z0 ))
373      Chn = vkarmn*vkarmn / (log(ztmp1/z0t)*log(ztmp1/z0t))
374      Cen = Chn
375
376      IF( .NOT. l_zt_equal_zu ) DEALLOCATE( zeta_t )
377
378      IF ( l_use_cs .AND. PRESENT(pdT_cs) ) pdT_cs = dT_cs
379      IF ( l_use_wl .AND. PRESENT(pdT_wl) ) pdT_wl = dT_wl
380      IF ( l_use_wl .AND. PRESENT(pHz_wl) ) pHz_wl = Hz_wl
381
382      IF ( l_use_cs .OR. l_use_wl ) DEALLOCATE ( zsst )
383
384   END SUBROUTINE turb_coare3p0
385
386
387   FUNCTION alfa_charn_3p0( pwnd )
388      !!-------------------------------------------------------------------
389      !! Compute the Charnock parameter as a function of the wind speed
390      !!
391      !! (Fairall et al., 2003 p.577-578)
392      !!
393      !! Wind below 10 m/s :  alfa = 0.011
394      !! Wind between 10 and 18 m/s : linear increase from 0.011 to 0.018
395      !! Wind greater than 18 m/s :  alfa = 0.018
396      !!
397      !! Author: L. Brodeau, June 2016 / AeroBulk  (https://github.com/brodeau/aerobulk/)
398      !!-------------------------------------------------------------------
399      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: alfa_charn_3p0
400      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) :: pwnd   ! wind speed
401      !
402      INTEGER  ::   ji, jj         ! dummy loop indices
403      REAL(wp) :: zw, zgt10, zgt18
404      !!-------------------------------------------------------------------
405      !
406      DO jj = 1, jpj
407         DO ji = 1, jpi
408            !
409            zw = pwnd(ji,jj)   ! wind speed
410            !
411            ! Charnock's constant, increases with the wind :
412            zgt10 = 0.5 + SIGN(0.5_wp,(zw - 10))  ! If zw<10. --> 0, else --> 1
413            zgt18 = 0.5 + SIGN(0.5_wp,(zw - 18.)) ! If zw<18. --> 0, else --> 1
414            !
415            alfa_charn_3p0(ji,jj) =  (1. - zgt10)*0.011    &    ! wind is lower than 10 m/s
416               &     + zgt10*((1. - zgt18)*(0.011 + (0.018 - 0.011) &
417               &      *(zw - 10.)/(18. - 10.)) + zgt18*( 0.018 ) )    ! Hare et al. (1999)
418            !
419         END DO
420      END DO
421      !
422   END FUNCTION alfa_charn_3p0
423
424   FUNCTION psi_m_coare( pzeta )
425      !!----------------------------------------------------------------------------------
426      !! ** Purpose: compute the universal profile stability function for momentum
427      !!             COARE 3.0, Fairall et al. 2003
428      !!             pzeta : stability paramenter, z/L where z is altitude
429      !!                     measurement and L is M-O length
430      !!       Stability function for wind speed and scalars matching Kansas and free
431      !!       convection forms with weighting f convective form, follows Fairall et
432      !!       al (1996) with profile constants from Grachev et al (2000) BLM stable
433      !!       form from Beljaars and Holtslag (1991)
434      !!
435      !! ** Author: L. Brodeau, June 2016 / AeroBulk (https://github.com/brodeau/aerobulk/)
436      !!----------------------------------------------------------------------------------
437      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: psi_m_coare
438      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) :: pzeta
439      !
440      INTEGER  ::   ji, jj    ! dummy loop indices
441      REAL(wp) :: zta, zphi_m, zphi_c, zpsi_k, zpsi_c, zf, zc, zstab
442      !!----------------------------------------------------------------------------------
443      !
444      DO jj = 1, jpj
445         DO ji = 1, jpi
446            !
447            zta = pzeta(ji,jj)
448            !
449            zphi_m = ABS(1. - 15.*zta)**.25    !!Kansas unstable
450            !
451            zpsi_k = 2.*LOG((1. + zphi_m)/2.) + LOG((1. + zphi_m*zphi_m)/2.)   &
452               & - 2.*ATAN(zphi_m) + 0.5*rpi
453            !
454            zphi_c = ABS(1. - 10.15*zta)**.3333                   !!Convective
455            !
456            zpsi_c = 1.5*LOG((1. + zphi_c + zphi_c*zphi_c)/3.) &
457               &     - 1.7320508*ATAN((1. + 2.*zphi_c)/1.7320508) + 1.813799447
458            !
459            zf = zta*zta
460            zf = zf/(1. + zf)
461            zc = MIN(50._wp, 0.35_wp*zta)
462            zstab = 0.5 + SIGN(0.5_wp, zta)
463            !
464            psi_m_coare(ji,jj) = (1. - zstab) * ( (1. - zf)*zpsi_k + zf*zpsi_c ) & ! (zta < 0)
465               &                -   zstab     * ( 1. + 1.*zta     &                ! (zta > 0)
466               &                         + 0.6667*(zta - 14.28)/EXP(zc) + 8.525 )   !     "
467            !
468         END DO
469      END DO
470      !
471   END FUNCTION psi_m_coare
472
473
474   FUNCTION psi_h_coare( pzeta )
475      !!---------------------------------------------------------------------
476      !! Universal profile stability function for temperature and humidity
477      !! COARE 3.0, Fairall et al. 2003
478      !!
479      !! pzeta : stability paramenter, z/L where z is altitude measurement
480      !!         and L is M-O length
481      !!
482      !! Stability function for wind speed and scalars matching Kansas and free
483      !! convection forms with weighting f convective form, follows Fairall et
484      !! al (1996) with profile constants from Grachev et al (2000) BLM stable
485      !! form from Beljaars and Holtslag (1991)
486      !!
487      !! Author: L. Brodeau, June 2016 / AeroBulk
488      !!         (https://github.com/brodeau/aerobulk/)
489      !!----------------------------------------------------------------
490      !!
491      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: psi_h_coare
492      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) :: pzeta
493      !
494      INTEGER  ::   ji, jj     ! dummy loop indices
495      REAL(wp) :: zta, zphi_h, zphi_c, zpsi_k, zpsi_c, zf, zc, zstab
496      !
497      DO jj = 1, jpj
498         DO ji = 1, jpi
499            !
500            zta = pzeta(ji,jj)
501            !
502            zphi_h = (ABS(1. - 15.*zta))**.5  !! Kansas unstable   (zphi_h = zphi_m**2 when unstable, zphi_m when stable)
503            !
504            zpsi_k = 2.*LOG((1. + zphi_h)/2.)
505            !
506            zphi_c = (ABS(1. - 34.15*zta))**.3333   !! Convective
507            !
508            zpsi_c = 1.5*LOG((1. + zphi_c + zphi_c*zphi_c)/3.) &
509               &    -1.7320508*ATAN((1. + 2.*zphi_c)/1.7320508) + 1.813799447
510            !
511            zf = zta*zta
512            zf = zf/(1. + zf)
513            zc = MIN(50._wp,0.35_wp*zta)
514            zstab = 0.5 + SIGN(0.5_wp, zta)
515            !
516            psi_h_coare(ji,jj) = (1. - zstab) * ( (1. - zf)*zpsi_k + zf*zpsi_c ) &
517               &                -   zstab     * ( (ABS(1. + 2.*zta/3.))**1.5     &
518               &                           + .6667*(zta - 14.28)/EXP(zc) + 8.525 )
519            !
520         END DO
521      END DO
522      !
523   END FUNCTION psi_h_coare
524
525   !!======================================================================
526END MODULE sbcblk_algo_coare3p0
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.