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sbcblk.F90 in NEMO/branches/2019/dev_r11943_MERGE_2019/src/OCE/SBC – NEMO

source: NEMO/branches/2019/dev_r11943_MERGE_2019/src/OCE/SBC/sbcblk.F90 @ 12236

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Branch 2019/dev_r11943_MERGE_2019. Merge in changes from 2019/fix_sn_cfctl_ticket2328. Fully SETTE tested

  • Property svn:keywords set to Id
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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   !!            4.0  !  2019-03  (F. Lemarié & G. Samson)  add ABL compatibility (ln_abl=TRUE)
21   !!----------------------------------------------------------------------
22
23   !!----------------------------------------------------------------------
24   !!   sbc_blk_init  : initialisation of the chosen bulk formulation as ocean surface boundary condition
25   !!   sbc_blk       : bulk formulation as ocean surface boundary condition
26   !!   blk_oce_1     : computes pieces of momentum, heat and freshwater fluxes over ocean for ABL model  (ln_abl=TRUE)
27   !!   blk_oce_2     : finalizes momentum, heat and freshwater fluxes computation over ocean after the ABL step  (ln_abl=TRUE)
28   !!             sea-ice case only :
29   !!   blk_ice_1   : provide the air-ice stress
30   !!   blk_ice_2   : provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
31   !!   blk_ice_qcn   : provide ice surface temperature and snow/ice conduction flux (emulating conduction flux)
32   !!   Cdn10_Lupkes2012 : Lupkes et al. (2012) air-ice drag
33   !!   Cdn10_Lupkes2015 : Lupkes et al. (2015) air-ice drag
34   !!----------------------------------------------------------------------
35   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
36   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
37   USE phycst         ! physical constants
38   USE fldread        ! read input fields
39   USE sbc_oce        ! Surface boundary condition: ocean fields
40   USE cyclone        ! Cyclone 10m wind form trac of cyclone centres
41   USE sbcdcy         ! surface boundary condition: diurnal cycle
42   USE sbcwave , ONLY :   cdn_wave ! wave module
43   USE sbc_ice        ! Surface boundary condition: ice fields
44   USE lib_fortran    ! to use key_nosignedzero
45#if defined key_si3
46   USE ice     , ONLY :   jpl, a_i_b, at_i_b, rn_cnd_s, hfx_err_dif
47   USE icethd_dh      ! for CALL ice_thd_snwblow
48#endif
49   USE sbcblk_algo_ncar     ! => turb_ncar     : NCAR - CORE (Large & Yeager, 2009)
50   USE sbcblk_algo_coare3p0 ! => turb_coare3p0 : COAREv3.0 (Fairall et al. 2003)
51   USE sbcblk_algo_coare3p6 ! => turb_coare3p6 : COAREv3.6 (Fairall et al. 2018 + Edson et al. 2013)
52   USE sbcblk_algo_ecmwf    ! => turb_ecmwf    : ECMWF (IFS cycle 45r1)
53   !
54   USE iom            ! I/O manager library
55   USE in_out_manager ! I/O manager
56   USE lib_mpp        ! distribued memory computing library
57   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
58   USE prtctl         ! Print control
59
60   USE sbcblk_phy     ! a catalog of functions for physical/meteorological parameters in the marine boundary layer, rho_air, q_sat, etc...
61
62
63   IMPLICIT NONE
64   PRIVATE
65
66   PUBLIC   sbc_blk_init  ! called in sbcmod
67   PUBLIC   sbc_blk       ! called in sbcmod
68   PUBLIC   blk_oce_1     ! called in sbcabl
69   PUBLIC   blk_oce_2     ! called in sbcabl
70#if defined key_si3
71   PUBLIC   blk_ice_1     ! routine called in icesbc
72   PUBLIC   blk_ice_2     ! routine called in icesbc
73   PUBLIC   blk_ice_qcn   ! routine called in icesbc
74#endif
75
76   INTEGER , PUBLIC            ::   jpfld         ! maximum number of files to read
77   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_wndi = 1   ! index of 10m wind velocity (i-component) (m/s)    at T-point
78   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_wndj = 2   ! index of 10m wind velocity (j-component) (m/s)    at T-point
79   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_tair = 3   ! index of 10m air temperature             (Kelvin)
80   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_humi = 4   ! index of specific humidity               ( % )
81   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_qsr  = 5   ! index of solar heat                      (W/m2)
82   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_qlw  = 6   ! index of Long wave                       (W/m2)
83   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_prec = 7   ! index of total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
84   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_snow = 8   ! index of snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
85   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_slp  = 9   ! index of sea level pressure              (Pa)
86   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_hpgi =10   ! index of ABL geostrophic wind or hpg (i-component) (m/s) at T-point
87   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_hpgj =11   ! index of ABL geostrophic wind or hpg (j-component) (m/s) at T-point
88
89   TYPE(FLD), PUBLIC, ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   sf   ! structure of input atmospheric fields (file informations, fields read)
90
91   !                           !!* Namelist namsbc_blk : bulk parameters
92   LOGICAL  ::   ln_NCAR        ! "NCAR"      algorithm   (Large and Yeager 2008)
93   LOGICAL  ::   ln_COARE_3p0   ! "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)
94   LOGICAL  ::   ln_COARE_3p6   ! "COARE 3.6" algorithm   (Edson et al. 2013)
95   LOGICAL  ::   ln_ECMWF       ! "ECMWF"     algorithm   (IFS cycle 45r1)
96   !
97   LOGICAL  ::   ln_Cd_L12      ! ice-atm drag = F( ice concentration )                        (Lupkes et al. JGR2012)
98   LOGICAL  ::   ln_Cd_L15      ! ice-atm drag = F( ice concentration, atmospheric stability ) (Lupkes et al. JGR2015)
99   !
100   REAL(wp)         ::   rn_pfac   ! multiplication factor for precipitation
101   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_efac   ! multiplication factor for evaporation
102   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_vfac   ! multiplication factor for ice/ocean velocity in the calculation of wind stress
103   REAL(wp)         ::   rn_zqt    ! z(q,t) : height of humidity and temperature measurements
104   REAL(wp)         ::   rn_zu     ! z(u)   : height of wind measurements
105   !
106   REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:) ::   Cd_ice , Ch_ice , Ce_ice   ! transfert coefficients over ice
107   REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:) ::   Cdn_oce, Chn_oce, Cen_oce  ! neutral coeffs over ocean (L15 bulk scheme)
108   REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:) ::   t_zu, q_zu                 ! air temp. and spec. hum. at wind speed height (L15 bulk scheme)
109
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
122   INTEGER  ::   nblk           ! choice of the bulk algorithm
123   !                            ! associated indices:
124   INTEGER, PARAMETER ::   np_NCAR      = 1   ! "NCAR" algorithm        (Large and Yeager 2008)
125   INTEGER, PARAMETER ::   np_COARE_3p0 = 2   ! "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)
126   INTEGER, PARAMETER ::   np_COARE_3p6 = 3   ! "COARE 3.6" algorithm   (Edson et al. 2013)
127   INTEGER, PARAMETER ::   np_ECMWF     = 4   ! "ECMWF" algorithm       (IFS cycle 45r1)
128
129   !! * Substitutions
130#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
131   !!----------------------------------------------------------------------
132   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
133   !! $Id$
134   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
135   !!----------------------------------------------------------------------
136CONTAINS
137
138   INTEGER FUNCTION sbc_blk_alloc()
139      !!-------------------------------------------------------------------
140      !!             ***  ROUTINE sbc_blk_alloc ***
141      !!-------------------------------------------------------------------
142      ALLOCATE( t_zu(jpi,jpj)   , q_zu(jpi,jpj)   ,                                      &
143         &      Cdn_oce(jpi,jpj), Chn_oce(jpi,jpj), Cen_oce(jpi,jpj),                    &
144         &      Cd_ice (jpi,jpj), Ch_ice (jpi,jpj), Ce_ice (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  ::   jfpr                  ! 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), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   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_hpgi, sn_hpgj               !       "                        "
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_hpgi, sn_hpgj,       &
170         &                 ln_NCAR, ln_COARE_3p0, ln_COARE_3p6, ln_ECMWF,             &   ! bulk algorithm
171         &                 cn_dir , 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      READ  ( numnam_ref, namsbc_blk, IOSTAT = ios, ERR = 901)
181901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_blk in reference namelist' )
182      !
183      READ  ( numnam_cfg, namsbc_blk, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
184902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_blk in configuration namelist' )
185      !
186      IF(lwm) WRITE( numond, namsbc_blk )
187      !
188      !                             !** initialization of the chosen bulk formulae (+ check)
189      !                                   !* select the bulk chosen in the namelist and check the choice
190      ioptio = 0
191      IF( ln_NCAR      ) THEN
192         nblk =  np_NCAR        ;   ioptio = ioptio + 1
193      ENDIF
194      IF( ln_COARE_3p0 ) THEN
195         nblk =  np_COARE_3p0   ;   ioptio = ioptio + 1
196      ENDIF
197      IF( ln_COARE_3p6 ) THEN
198         nblk =  np_COARE_3p6   ;   ioptio = ioptio + 1
199      ENDIF
200      IF( ln_ECMWF     ) THEN
201         nblk =  np_ECMWF       ;   ioptio = ioptio + 1
202      ENDIF
203      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Choose one and only one bulk algorithm' )
204
205      !                             !** initialization of the cool-skin / warm-layer parametrization
206      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
207         !! Some namelist sanity tests:
208         IF( ln_NCAR )      &
209            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Cool-skin/warm-layer param. not compatible with NCAR algorithm' )
210         IF( nn_fsbc /= 1 ) &
211            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Please set "nn_fsbc" to 1 when using cool-skin/warm-layer param.')
212      END IF
213
214      IF( ln_skin_wl ) THEN
215         !! Check if the frequency of downwelling solar flux input makes sense and if ln_dm2dc=T if it is daily!
216         IF( (sn_qsr%freqh  < 0.).OR.(sn_qsr%freqh  > 24.) ) &
217            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Warm-layer param. (ln_skin_wl) not compatible with freq. of solar flux > daily' )
218         IF( (sn_qsr%freqh == 24.).AND.(.NOT. ln_dm2dc) ) &
219            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Please set ln_dm2dc=T for warm-layer param. (ln_skin_wl) to work properly' )
220      END IF
221
222      ioptio = 0
223      IF( ln_humi_sph ) THEN
224         nhumi =  np_humi_sph    ;   ioptio = ioptio + 1
225      ENDIF
226      IF( ln_humi_dpt ) THEN
227         nhumi =  np_humi_dpt    ;   ioptio = ioptio + 1
228      ENDIF
229      IF( ln_humi_rlh ) THEN
230         nhumi =  np_humi_rlh    ;   ioptio = ioptio + 1
231      ENDIF
232      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Choose one and only one type of air humidity' )
233      !
234      IF( ln_dm2dc ) THEN                 !* check: diurnal cycle on Qsr
235         IF( sn_qsr%freqh /= 24. )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: ln_dm2dc=T only with daily short-wave input' )
236         IF( sn_qsr%ln_tint ) THEN
237            CALL ctl_warn( 'sbc_blk_init: ln_dm2dc=T daily qsr time interpolation done by sbcdcy module',   &
238               &           '              ==> We force time interpolation = .false. for qsr' )
239            sn_qsr%ln_tint = .false.
240         ENDIF
241      ENDIF
242      !                                   !* set the bulk structure
243      !                                      !- store namelist information in an array
244      IF( ln_blk ) jpfld = 9
245      IF( ln_abl ) jpfld = 11
246      ALLOCATE( slf_i(jpfld) )
247      !
248      slf_i(jp_wndi) = sn_wndi   ;   slf_i(jp_wndj) = sn_wndj
249      slf_i(jp_qsr ) = sn_qsr    ;   slf_i(jp_qlw ) = sn_qlw
250      slf_i(jp_tair) = sn_tair   ;   slf_i(jp_humi) = sn_humi
251      slf_i(jp_prec) = sn_prec   ;   slf_i(jp_snow) = sn_snow
252      slf_i(jp_slp ) = sn_slp
253      IF( ln_abl ) THEN
254         slf_i(jp_hpgi) = sn_hpgi   ;   slf_i(jp_hpgj) = sn_hpgj
255      END IF
256      !
257      !                                      !- allocate the bulk structure
258      ALLOCATE( sf(jpfld), STAT=ierror )
259      IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_init: unable to allocate sf structure' )
260      !
261      DO jfpr= 1, jpfld
262         !
263         IF( TRIM(sf(jfpr)%clrootname) == 'NOT USED' ) THEN    !--  not used field  --!   (only now allocated and set to zero)
264            ALLOCATE( sf(jfpr)%fnow(jpi,jpj,1) )
265            sf(jfpr)%fnow(:,:,1) = 0._wp
266         ELSE                                                  !-- used field  --!
267            IF(   ln_abl    .AND.                                                      &
268               &    ( jfpr == jp_wndi .OR. jfpr == jp_wndj .OR. jfpr == jp_humi .OR.   &
269               &      jfpr == jp_hpgi .OR. jfpr == jp_hpgj .OR. jfpr == jp_tair     )  ) THEN   ! ABL: some fields are 3D input
270               ALLOCATE( sf(jfpr)%fnow(jpi,jpj,jpka) )
271               IF( slf_i(jfpr)%ln_tint )   ALLOCATE( sf(jfpr)%fdta(jpi,jpj,jpka,2) )
272            ELSE                                                                                ! others or Bulk fields are 2D fiels
273               ALLOCATE( sf(jfpr)%fnow(jpi,jpj,1) )
274               IF( slf_i(jfpr)%ln_tint )   ALLOCATE( sf(jfpr)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
275            ENDIF
276            !
277            IF( slf_i(jfpr)%freqh > 0. .AND. MOD( NINT(3600. * slf_i(jfpr)%freqh), nn_fsbc * NINT(rdt) ) /= 0 )   &
278               &  CALL ctl_warn( 'sbc_blk_init: sbcmod timestep rdt*nn_fsbc is NOT a submultiple of atmospheric forcing frequency.',   &
279               &                 '               This is not ideal. You should consider changing either rdt or nn_fsbc value...' )
280         ENDIF
281      END DO
282      !                                      !- fill the bulk structure with namelist informations
283      CALL fld_fill( sf, slf_i, cn_dir, 'sbc_blk_init', 'surface boundary condition -- bulk formulae', 'namsbc_blk' )
284      !
285      IF( ln_wave ) THEN
286         !Activated wave module but neither drag nor stokes drift activated
287         IF( .NOT.(ln_cdgw .OR. ln_sdw .OR. ln_tauwoc .OR. ln_stcor ) )   THEN
288            CALL ctl_stop( 'STOP',  'Ask for wave coupling but ln_cdgw=F, ln_sdw=F, ln_tauwoc=F, ln_stcor=F' )
289            !drag coefficient read from wave model definable only with mfs bulk formulae and core
290         ELSEIF(ln_cdgw .AND. .NOT. ln_NCAR )       THEN
291            CALL ctl_stop( 'drag coefficient read from wave model definable only with NCAR and CORE bulk formulae')
292         ELSEIF(ln_stcor .AND. .NOT. ln_sdw)                             THEN
293            CALL ctl_stop( 'Stokes-Coriolis term calculated only if activated Stokes Drift ln_sdw=T')
294         ENDIF
295      ELSE
296         IF( ln_cdgw .OR. ln_sdw .OR. ln_tauwoc .OR. ln_stcor )                &
297            &   CALL ctl_stop( 'Not Activated Wave Module (ln_wave=F) but asked coupling ',    &
298            &                  'with drag coefficient (ln_cdgw =T) '  ,                        &
299            &                  'or Stokes Drift (ln_sdw=T) ' ,                                 &
300            &                  'or ocean stress modification due to waves (ln_tauwoc=T) ',      &
301            &                  'or Stokes-Coriolis term (ln_stcori=T)'  )
302      ENDIF
303      !
304      IF( ln_abl ) THEN       ! ABL: read 3D fields for wind, temperature, humidity and pressure gradient
305         rn_zqt = ght_abl(2)          ! set the bulk altitude to ABL first level
306         rn_zu  = ght_abl(2)
307         IF(lwp) WRITE(numout,*)
308         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ABL formulation: overwrite rn_zqt & rn_zu with ABL first level altitude'
309      ENDIF
310      !
311      ! set transfer coefficients to default sea-ice values
312      Cd_ice(:,:) = rCd_ice
313      Ch_ice(:,:) = rCd_ice
314      Ce_ice(:,:) = rCd_ice
315      !
316      IF(lwp) THEN                     !** Control print
317         !
318         WRITE(numout,*)                  !* namelist
319         WRITE(numout,*) '   Namelist namsbc_blk (other than data information):'
320         WRITE(numout,*) '      "NCAR"      algorithm   (Large and Yeager 2008)     ln_NCAR      = ', ln_NCAR
321         WRITE(numout,*) '      "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)       ln_COARE_3p0 = ', ln_COARE_3p0
322         WRITE(numout,*) '      "COARE 3.6" algorithm (Fairall 2018 + Edson al 2013)ln_COARE_3p6 = ', ln_COARE_3p6
323         WRITE(numout,*) '      "ECMWF"     algorithm   (IFS cycle 45r1)            ln_ECMWF     = ', ln_ECMWF
324         WRITE(numout,*) '      Air temperature and humidity reference height (m)   rn_zqt       = ', rn_zqt
325         WRITE(numout,*) '      Wind vector reference height (m)                    rn_zu        = ', rn_zu
326         WRITE(numout,*) '      factor applied on precipitation (total & snow)      rn_pfac      = ', rn_pfac
327         WRITE(numout,*) '      factor applied on evaporation                       rn_efac      = ', rn_efac
328         WRITE(numout,*) '      factor applied on ocean/ice velocity                rn_vfac      = ', rn_vfac
329         WRITE(numout,*) '         (form absolute (=0) to relative winds(=1))'
330         WRITE(numout,*) '      use ice-atm drag from Lupkes2012                    ln_Cd_L12    = ', ln_Cd_L12
331         WRITE(numout,*) '      use ice-atm drag from Lupkes2015                    ln_Cd_L15    = ', ln_Cd_L15
332         !
333         WRITE(numout,*)
334         SELECT CASE( nblk )              !* Print the choice of bulk algorithm
335         CASE( np_NCAR      )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "NCAR" algorithm        (Large and Yeager 2008)'
336         CASE( np_COARE_3p0 )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)'
337         CASE( np_COARE_3p6 )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "COARE 3.6" algorithm (Fairall 2018+Edson et al. 2013)'
338         CASE( np_ECMWF     )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "ECMWF" algorithm       (IFS cycle 45r1)'
339         END SELECT
340         !
341         WRITE(numout,*)
342         WRITE(numout,*) '      use cool-skin  parameterization (SSST)  ln_skin_cs  = ', ln_skin_cs
343         WRITE(numout,*) '      use warm-layer parameterization (SSST)  ln_skin_wl  = ', ln_skin_wl
344         !
345         WRITE(numout,*)
346         SELECT CASE( nhumi )              !* Print the choice of air humidity
347         CASE( np_humi_sph )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is SPECIFIC HUMIDITY     [kg/kg]'
348         CASE( np_humi_dpt )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is DEW-POINT TEMPERATURE [K]'
349         CASE( np_humi_rlh )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is RELATIVE HUMIDITY     [%]'
350         END SELECT
351         !
352      ENDIF
353      !
354   END SUBROUTINE sbc_blk_init
355
356
357   SUBROUTINE sbc_blk( kt )
358      !!---------------------------------------------------------------------
359      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk  ***
360      !!
361      !! ** Purpose :   provide at each time step the surface ocean fluxes
362      !!              (momentum, heat, freshwater and runoff)
363      !!
364      !! ** Method  :
365      !!              (1) READ each fluxes in NetCDF files:
366      !!      the wind velocity (i-component) at z=rn_zu  (m/s) at T-point
367      !!      the wind velocity (j-component) at z=rn_zu  (m/s) at T-point
368      !!      the specific humidity           at z=rn_zqt (kg/kg)
369      !!      the air temperature             at z=rn_zqt (Kelvin)
370      !!      the solar heat                              (W/m2)
371      !!      the Long wave                               (W/m2)
372      !!      the total precipitation (rain+snow)         (Kg/m2/s)
373      !!      the snow (solid precipitation)              (kg/m2/s)
374      !!      ABL dynamical forcing (i/j-components of either hpg or geostrophic winds)
375      !!              (2) CALL blk_oce_1 and blk_oce_2
376      !!
377      !!      C A U T I O N : never mask the surface stress fields
378      !!                      the stress is assumed to be in the (i,j) mesh referential
379      !!
380      !! ** Action  :   defined at each time-step at the air-sea interface
381      !!              - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
382      !!              - taum        wind stress module at T-point
383      !!              - wndm        wind speed  module at T-point over free ocean or leads in presence of sea-ice
384      !!              - qns, qsr    non-solar and solar heat fluxes
385      !!              - emp         upward mass flux (evapo. - precip.)
386      !!              - sfx         salt flux due to freezing/melting (non-zero only if ice is present)
387      !!
388      !! ** References :   Large & Yeager, 2004 / Large & Yeager, 2008
389      !!                   Brodeau et al. Ocean Modelling 2010
390      !!----------------------------------------------------------------------
391      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
392      !!----------------------------------------------------------------------
393      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zssq, zcd_du, zsen, zevp
394      REAL(wp) :: ztmp
395      !!----------------------------------------------------------------------
396      !
397      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )             ! input fields provided at the current time-step
398
399      ! Sanity/consistence test on humidity at first time step to detect potential screw-up:
400      IF( kt == nit000 ) THEN
401         IF(lwp) WRITE(numout,*) ''
402#if defined key_agrif
403         IF(lwp) WRITE(numout,*) ' === AGRIF => Sanity/consistence test on air humidity SKIPPED! :( ==='
404#else
405         ztmp = SUM(tmask(:,:,1)) ! number of ocean points on local proc domain
406         IF( ztmp > 8._wp ) THEN ! test only on proc domains with at least 8 ocean points!
407            ztmp = SUM(sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)*tmask(:,:,1))/ztmp ! mean humidity over ocean on proc
408            SELECT CASE( nhumi )
409            CASE( np_humi_sph ) ! specific humidity => expect: 0. <= something < 0.065 [kg/kg] (0.061 is saturation at 45degC !!!)
410               IF(  (ztmp < 0._wp) .OR. (ztmp > 0.065)  ) ztmp = -1._wp
411            CASE( np_humi_dpt ) ! dew-point temperature => expect: 110. <= something < 320. [K]
412               IF( (ztmp < 110._wp).OR.(ztmp > 320._wp) ) ztmp = -1._wp
413            CASE( np_humi_rlh ) ! relative humidity => expect: 0. <= something < 100. [%]
414               IF(  (ztmp < 0._wp) .OR.(ztmp > 100._wp) ) ztmp = -1._wp
415            END SELECT
416            IF(ztmp < 0._wp) THEN
417               IF (lwp) WRITE(numout,'("   Mean humidity value found on proc #",i5.5," is: ",f)') narea, ztmp
418               CALL ctl_stop( 'STOP', 'Something is wrong with air humidity!!!', &
419                  &   ' ==> check the unit in your input files'       , &
420                  &   ' ==> check consistence of namelist choice: specific? relative? dew-point?', &
421                  &   ' ==> ln_humi_sph -> [kg/kg] | ln_humi_rlh -> [%] | ln_humi_dpt -> [K] !!!' )
422            END IF
423         END IF
424         IF(lwp) WRITE(numout,*) ' === Sanity/consistence test on air humidity sucessfuly passed! ==='
425#endif
426         IF(lwp) WRITE(numout,*) ''
427      END IF !IF( kt == nit000 )
428      !                                            ! compute the surface ocean fluxes using bulk formulea
429      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 ) THEN
430         CALL blk_oce_1( kt, sf(jp_wndi)%fnow(:,:,1), sf(jp_wndj)%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in
431            &                sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), sf(jp_humi)%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in
432            &                sf(jp_slp )%fnow(:,:,1), sst_m, ssu_m, ssv_m,       &   !   <<= in
433            &                sf(jp_qsr )%fnow(:,:,1), sf(jp_qlw )%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in (wl/cs)
434            &                tsk_m, zssq, zcd_du, zsen, zevp )                       !   =>> out
435
436         CALL blk_oce_2(     sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), sf(jp_qsr )%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in
437            &                sf(jp_qlw )%fnow(:,:,1), sf(jp_prec)%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in
438            &                sf(jp_snow)%fnow(:,:,1), tsk_m,                     &   !   <<= in
439            &                zsen, zevp )                                            !   <=> in out
440      ENDIF
441      !
442#if defined key_cice
443      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   THEN
444         qlw_ice(:,:,1)   = sf(jp_qlw )%fnow(:,:,1)
445         IF( ln_dm2dc ) THEN
446            qsr_ice(:,:,1) = sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) )
447         ELSE
448            qsr_ice(:,:,1) =          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)
449         ENDIF
450         tatm_ice(:,:)    = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)
451
452         SELECT CASE( nhumi )
453         CASE( np_humi_sph )
454            qatm_ice(:,:) =           sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)
455         CASE( np_humi_dpt )
456            qatm_ice(:,:) = q_sat(    sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
457         CASE( np_humi_rlh )
458            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
459         END SELECT
460
461         tprecip(:,:)     = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
462         sprecip(:,:)     = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
463         wndi_ice(:,:)    = sf(jp_wndi)%fnow(:,:,1)
464         wndj_ice(:,:)    = sf(jp_wndj)%fnow(:,:,1)
465      ENDIF
466#endif
467      !
468   END SUBROUTINE sbc_blk
469
470
471   SUBROUTINE blk_oce_1( kt, pwndi, pwndj , ptair, phumi, &  ! inp
472      &                  pslp , pst   , pu   , pv,        &  ! inp
473      &                  pqsr , pqlw  ,                   &  ! inp
474      &                  ptsk, pssq , pcd_du, psen , pevp   )  ! out
475      !!---------------------------------------------------------------------
476      !!                     ***  ROUTINE blk_oce_1  ***
477      !!
478      !! ** Purpose :   if ln_blk=T, computes surface momentum, heat and freshwater fluxes
479      !!                if ln_abl=T, computes Cd x |U|, Ch x |U|, Ce x |U| for ABL integration
480      !!
481      !! ** Method  :   bulk formulae using atmospheric fields from :
482      !!                if ln_blk=T, atmospheric fields read in sbc_read
483      !!                if ln_abl=T, the ABL model at previous time-step
484      !!
485      !! ** Outputs : - pssq    : surface humidity used to compute latent heat flux (kg/kg)
486      !!              - pcd_du  : Cd x |dU| at T-points  (m/s)
487      !!              - psen    : Ch x |dU| at T-points  (m/s)
488      !!              - pevp    : Ce x |dU| at T-points  (m/s)
489      !!---------------------------------------------------------------------
490      INTEGER , INTENT(in   )                 ::   kt     ! time step index
491      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pwndi  ! atmospheric wind at U-point              [m/s]
492      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pwndj  ! atmospheric wind at V-point              [m/s]
493      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   phumi  ! specific humidity at T-points            [kg/kg]
494      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   ptair  ! potential temperature at T-points        [Kelvin]
495      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pslp   ! sea-level pressure                       [Pa]
496      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pst    ! surface temperature                      [Celsius]
497      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pu     ! surface current at U-point (i-component) [m/s]
498      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pv     ! surface current at V-point (j-component) [m/s]
499      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pqsr   !
500      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pqlw   !
501      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   ptsk   ! skin temp. (or SST if CS & WL not used)  [Celsius]
502      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   pssq   ! specific humidity at pst                 [kg/kg]
503      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   pcd_du ! Cd x |dU| at T-points                    [m/s]
504      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   psen   ! Ch x |dU| at T-points                    [m/s]
505      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   pevp   ! Ce x |dU| at T-points                    [m/s]
506      !
507      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
508      REAL(wp) ::   zztmp                ! local variable
509      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zwnd_i, zwnd_j    ! wind speed components at T-point
510      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zU_zu             ! bulk wind speed at height zu  [m/s]
511      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   ztpot             ! potential temperature of air at z=rn_zqt [K]
512      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqair             ! specific humidity     of air at z=rn_zqt [kg/kg]
513      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zcd_oce           ! momentum transfert coefficient over ocean
514      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zch_oce           ! sensible heat transfert coefficient over ocean
515      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zce_oce           ! latent   heat transfert coefficient over ocean
516      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqla              ! latent heat flux
517      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zztmp1, zztmp2
518      !!---------------------------------------------------------------------
519      !
520      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
521      !                           ! Temporary conversion from Celcius to Kelvin (and set minimum value far above 0 K)
522      ptsk(:,:) = pst(:,:) + rt0  ! by default: skin temperature = "bulk SST" (will remain this way if NCAR algorithm used!)
523
524      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
525      !      0   Wind components and module at T-point relative to the moving ocean   !
526      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
527
528      ! ... components ( U10m - U_oce ) at T-point (unmasked)
529#if defined key_cyclone
530      zwnd_i(:,:) = 0._wp
531      zwnd_j(:,:) = 0._wp
532      CALL wnd_cyc( kt, zwnd_i, zwnd_j )    ! add analytical tropical cyclone (Vincent et al. JGR 2012)
533      DO jj = 2, jpjm1
534         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
535            pwndi(ji,jj) = pwndi(ji,jj) + zwnd_i(ji,jj)
536            pwndj(ji,jj) = pwndj(ji,jj) + zwnd_j(ji,jj)
537         END DO
538      END DO
539#endif
540      DO jj = 2, jpjm1
541         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
542            zwnd_i(ji,jj) = (  pwndi(ji,jj) - rn_vfac * 0.5 * ( pu(ji-1,jj  ) + pu(ji,jj) )  )
543            zwnd_j(ji,jj) = (  pwndj(ji,jj) - rn_vfac * 0.5 * ( pv(ji  ,jj-1) + pv(ji,jj) )  )
544         END DO
545      END DO
546      CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', zwnd_i, 'T', -1., zwnd_j, 'T', -1. )
547      ! ... scalar wind ( = | U10m - U_oce | ) at T-point (masked)
548      wndm(:,:) = SQRT(  zwnd_i(:,:) * zwnd_i(:,:)   &
549         &             + zwnd_j(:,:) * zwnd_j(:,:)  ) * tmask(:,:,1)
550
551      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
552      !      I   Solar FLUX                                                           !
553      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
554
555      ! ocean albedo assumed to be constant + modify now Qsr to include the diurnal cycle                    ! Short Wave
556      zztmp = 1. - albo
557      IF( ln_dm2dc ) THEN
558         qsr(:,:) = zztmp * sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) ) * tmask(:,:,1)
559      ELSE
560         qsr(:,:) = zztmp *          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)   * tmask(:,:,1)
561      ENDIF
562
563
564      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
565      !     II   Turbulent FLUXES                                                     !
566      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
567
568      ! specific humidity at SST
569      pssq(:,:) = rdct_qsat_salt * q_sat( ptsk(:,:), pslp(:,:) )
570
571      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
572         !! Backup "bulk SST" and associated spec. hum.
573         zztmp1(:,:) = ptsk(:,:)
574         zztmp2(:,:) = pssq(:,:)
575      ENDIF
576
577      ! specific humidity of air at "rn_zqt" m above the sea
578      SELECT CASE( nhumi )
579      CASE( np_humi_sph )
580         zqair(:,:) = phumi(:,:)      ! what we read in file is already a spec. humidity!
581      CASE( np_humi_dpt )
582         !IF(lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_oce => computing q_air out of d_air and slp !' !LBrm
583         zqair(:,:) = q_sat( phumi(:,:), pslp(:,:) )
584      CASE( np_humi_rlh )
585         !IF(lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_oce => computing q_air out of RH, t_air and slp !' !LBrm
586         zqair(:,:) = q_air_rh( 0.01_wp*phumi(:,:), ptair(:,:), pslp(:,:) ) !LB: 0.01 => RH is % percent in file
587      END SELECT
588      !
589      ! potential temperature of air at "rn_zqt" m above the sea
590      IF( ln_abl ) THEN
591         ztpot = ptair(:,:)
592      ELSE
593         ! Estimate of potential temperature at z=rn_zqt, based on adiabatic lapse-rate
594         !    (see Josey, Gulev & Yu, 2013) / doi=10.1016/B978-0-12-391851-2.00005-2
595         !    (since reanalysis products provide T at z, not theta !)
596         !#LB: because AGRIF hates functions that return something else than a scalar, need to
597         !     use scalar version of gamma_moist() ...
598         DO jj = 1, jpj
599            DO ji = 1, jpi
600               ztpot(ji,jj) = ptair(ji,jj) + gamma_moist( ptair(ji,jj), zqair(ji,jj) ) * rn_zqt
601            END DO
602         END DO
603      ENDIF
604
605
606
607      !! Time to call the user-selected bulk parameterization for
608      !!  ==  transfer coefficients  ==!   Cd, Ch, Ce at T-point, and more...
609      SELECT CASE( nblk )
610
611      CASE( np_NCAR      )
612         CALL turb_ncar    ( rn_zqt, rn_zu, ptsk, ztpot, pssq, zqair, wndm,                              &
613            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce )
614
615      CASE( np_COARE_3p0 )
616         CALL turb_coare3p0 ( kt, rn_zqt, rn_zu, ptsk, ztpot, pssq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl, &
617            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce,   &
618            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=pqlw(:,:), slp=pslp(:,:) )
619
620      CASE( np_COARE_3p6 )
621         CALL turb_coare3p6 ( kt, rn_zqt, rn_zu, ptsk, ztpot, pssq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl, &
622            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce,   &
623            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=pqlw(:,:), slp=pslp(:,:) )
624
625      CASE( np_ECMWF     )
626         CALL turb_ecmwf   ( kt, rn_zqt, rn_zu, ptsk, ztpot, pssq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl,  &
627            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce,   &
628            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=pqlw(:,:), slp=pslp(:,:) )
629
630      CASE DEFAULT
631         CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_oce: non-existing bulk formula selected' )
632
633      END SELECT
634
635      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
636         !! ptsk and pssq have been updated!!!
637         !!
638         !! In the presence of sea-ice we forget about the cool-skin/warm-layer update of ptsk and pssq:
639         WHERE ( fr_i(:,:) > 0.001_wp )
640            ! sea-ice present, we forget about the update, using what we backed up before call to turb_*()
641            ptsk(:,:) = zztmp1(:,:)
642            pssq(:,:) = zztmp2(:,:)
643         END WHERE
644      END IF
645
646      !!      CALL iom_put( "Cd_oce", zcd_oce)  ! output value of pure ocean-atm. transfer coef.
647      !!      CALL iom_put( "Ch_oce", zch_oce)  ! output value of pure ocean-atm. transfer coef.
648
649      IF( ABS(rn_zu - rn_zqt) < 0.1_wp ) THEN
650         !! If zu == zt, then ensuring once for all that:
651         t_zu(:,:) = ztpot(:,:)
652         q_zu(:,:) = zqair(:,:)
653      ENDIF
654
655
656      !  Turbulent fluxes over ocean  => BULK_FORMULA @ sbcblk_phy.F90
657      ! -------------------------------------------------------------
658
659      IF( ln_abl ) THEN         !==  ABL formulation  ==!   multiplication by rho_air and turbulent fluxes computation done in ablstp
660         !! FL do we need this multiplication by tmask ... ???
661         DO jj = 1, jpj
662            DO ji = 1, jpi
663               zztmp = zU_zu(ji,jj) !* tmask(ji,jj,1)
664               wndm(ji,jj)   = zztmp                   ! Store zU_zu in wndm to compute ustar2 in ablmod
665               pcd_du(ji,jj) = zztmp * zcd_oce(ji,jj)
666               psen(ji,jj)   = zztmp * zch_oce(ji,jj)
667               pevp(ji,jj)   = zztmp * zce_oce(ji,jj)
668            END DO
669         END DO
670      ELSE                      !==  BLK formulation  ==!   turbulent fluxes computation
671         CALL BULK_FORMULA( rn_zu, ptsk(:,:), pssq(:,:), t_zu(:,:), q_zu(:,:), &
672            &               zcd_oce(:,:), zch_oce(:,:), zce_oce(:,:),         &
673            &               wndm(:,:), zU_zu(:,:), pslp(:,:),                 &
674            &               taum(:,:), psen(:,:), zqla(:,:),                  &
675            &               pEvap=pevp(:,:), prhoa=rhoa(:,:) )
676
677         zqla(:,:) = zqla(:,:) * tmask(:,:,1)
678         psen(:,:) = psen(:,:) * tmask(:,:,1)
679         taum(:,:) = taum(:,:) * tmask(:,:,1)
680         pevp(:,:) = pevp(:,:) * tmask(:,:,1)
681
682         ! Tau i and j component on T-grid points, using array "zcd_oce" as a temporary array...
683         zcd_oce = 0._wp
684         WHERE ( wndm > 0._wp ) zcd_oce = taum / wndm
685         zwnd_i = zcd_oce * zwnd_i
686         zwnd_j = zcd_oce * zwnd_j
687
688         CALL iom_put( "taum_oce", taum )   ! output wind stress module
689
690         ! ... utau, vtau at U- and V_points, resp.
691         !     Note the use of 0.5*(2-umask) in order to unmask the stress along coastlines
692         !     Note the use of MAX(tmask(i,j),tmask(i+1,j) is to mask tau over ice shelves
693         DO jj = 1, jpjm1
694            DO ji = 1, fs_jpim1
695               utau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_i(ji,jj) + zwnd_i(ji+1,jj  ) ) &
696                  &          * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji+1,jj,1))
697               vtau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_j(ji,jj) + zwnd_j(ji  ,jj+1) ) &
698                  &          * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji,jj+1,1))
699            END DO
700         END DO
701         CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', utau, 'U', -1., vtau, 'V', -1. )
702
703         IF(sn_cfctl%l_prtctl) THEN
704            CALL prt_ctl( tab2d_1=wndm  , clinfo1=' blk_oce_1: wndm   : ')
705            CALL prt_ctl( tab2d_1=utau  , clinfo1=' blk_oce_1: utau   : ', mask1=umask,   &
706               &          tab2d_2=vtau  , clinfo2='            vtau   : ', mask2=vmask )
707         ENDIF
708         !
709      ENDIF !IF( ln_abl )
710     
711      ptsk(:,:) = ( ptsk(:,:) - rt0 ) * tmask(:,:,1)  ! Back to Celsius
712           
713      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
714         CALL iom_put( "t_skin" ,  ptsk        )  ! T_skin in Celsius
715         CALL iom_put( "dt_skin" , ptsk - pst  )  ! T_skin - SST temperature difference...
716      ENDIF
717
718      IF(sn_cfctl%l_prtctl) THEN
719         CALL prt_ctl( tab2d_1=pevp  , clinfo1=' blk_oce_1: pevp   : ' )
720         CALL prt_ctl( tab2d_1=psen  , clinfo1=' blk_oce_1: psen   : ' )
721         CALL prt_ctl( tab2d_1=pssq  , clinfo1=' blk_oce_1: pssq   : ' )
722      ENDIF
723      !
724   END SUBROUTINE blk_oce_1
725
726
727   SUBROUTINE blk_oce_2( ptair, pqsr, pqlw, pprec,   &   ! <<= in
728      &                  psnow, ptsk, psen, pevp     )   ! <<= in
729      !!---------------------------------------------------------------------
730      !!                     ***  ROUTINE blk_oce_2  ***
731      !!
732      !! ** Purpose :   finalize the momentum, heat and freshwater fluxes computation
733      !!                at the ocean surface at each time step knowing Cd, Ch, Ce and
734      !!                atmospheric variables (from ABL or external data)
735      !!
736      !! ** Outputs : - utau    : i-component of the stress at U-point  (N/m2)
737      !!              - vtau    : j-component of the stress at V-point  (N/m2)
738      !!              - taum    : Wind stress module at T-point         (N/m2)
739      !!              - wndm    : Wind speed module at T-point          (m/s)
740      !!              - qsr     : Solar heat flux over the ocean        (W/m2)
741      !!              - qns     : Non Solar heat flux over the ocean    (W/m2)
742      !!              - emp     : evaporation minus precipitation       (kg/m2/s)
743      !!---------------------------------------------------------------------
744      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   ptair
745      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   pqsr
746      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   pqlw
747      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   pprec
748      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   psnow
749      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   ptsk   ! SKIN surface temperature   [Celsius]
750      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   psen
751      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   pevp
752      !
753      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
754      REAL(wp) ::   zztmp,zz1,zz2,zz3    ! local variable
755      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   ztskk             ! skin temp. in Kelvin
756      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqlw              ! long wave and sensible heat fluxes     
757      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqla              ! latent heat fluxes and evaporation
758      !!---------------------------------------------------------------------
759      !
760      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
761
762
763      ztskk(:,:) = ptsk(:,:) + rt0  ! => ptsk in Kelvin rather than Celsius
764     
765      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
766      !     III    Net longwave radiative FLUX                                        !
767      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
768
769      !! LB: now moved after Turbulent fluxes because must use the skin temperature rather that the SST
770      !! (ztskk is skin temperature if ln_skin_cs==.TRUE. .OR. ln_skin_wl==.TRUE.)
771      zqlw(:,:) = emiss_w * ( pqlw(:,:) - stefan*ztskk(:,:)*ztskk(:,:)*ztskk(:,:)*ztskk(:,:) ) * tmask(:,:,1)   ! Net radiative longwave flux
772
773      !  Latent flux over ocean
774      ! -----------------------
775
776      ! use scalar version of L_vap() for AGRIF compatibility
777      DO jj = 1, jpj
778         DO ji = 1, jpi
779            zqla(ji,jj) = - L_vap( ztskk(ji,jj) ) * pevp(ji,jj)    ! Latent Heat flux !!GS: possibility to add a global qla to avoid recomputation after abl update
780         ENDDO
781      ENDDO
782
783      IF(sn_cfctl%l_prtctl) THEN
784         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqla  , clinfo1=' blk_oce_2: zqla   : ' )
785         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqlw  , clinfo1=' blk_oce_2: zqlw   : ', tab2d_2=qsr, clinfo2=' qsr : ' )
786
787      ENDIF
788
789      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
790      !     IV    Total FLUXES                                                       !
791      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
792      !
793      emp (:,:) = (  pevp(:,:)                                       &   ! mass flux (evap. - precip.)
794         &         - pprec(:,:) * rn_pfac  ) * tmask(:,:,1)
795      !
796      qns(:,:) = zqlw(:,:) + psen(:,:) + zqla(:,:)                   &   ! Downward Non Solar
797         &     - psnow(:,:) * rn_pfac * rLfus                        &   ! remove latent melting heat for solid precip
798         &     - pevp(:,:) * ptsk(:,:) * rcp                         &   ! remove evap heat content at SST
799         &     + ( pprec(:,:) - psnow(:,:) ) * rn_pfac               &   ! add liquid precip heat content at Tair
800         &     * ( ptair(:,:) - rt0 ) * rcp                          &
801         &     + psnow(:,:) * rn_pfac                                &   ! add solid  precip heat content at min(Tair,Tsnow)
802         &     * ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi
803      qns(:,:) = qns(:,:) * tmask(:,:,1)
804      !
805#if defined key_si3
806      qns_oce(:,:) = zqlw(:,:) + psen(:,:) + zqla(:,:)                             ! non solar without emp (only needed by SI3)
807      qsr_oce(:,:) = qsr(:,:)
808#endif
809      !
810      CALL iom_put( "rho_air"  , rhoa*tmask(:,:,1) )       ! output air density [kg/m^3]
811      CALL iom_put( "evap_oce" , pevp )                    ! evaporation
812      CALL iom_put( "qlw_oce"  , zqlw )                    ! output downward longwave heat over the ocean
813      CALL iom_put( "qsb_oce"  , psen )                    ! output downward sensible heat over the ocean
814      CALL iom_put( "qla_oce"  , zqla )                    ! output downward latent   heat over the ocean
815      tprecip(:,:) = pprec(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)   ! output total precipitation [kg/m2/s]
816      sprecip(:,:) = psnow(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)   ! output solid precipitation [kg/m2/s]
817      CALL iom_put( 'snowpre', sprecip )                   ! Snow
818      CALL iom_put( 'precip' , tprecip )                   ! Total precipitation
819      !
820      IF ( nn_ice == 0 ) THEN
821         CALL iom_put( "qemp_oce" , qns-zqlw-psen-zqla )   ! output downward heat content of E-P over the ocean
822         CALL iom_put( "qns_oce"  ,   qns  )               ! output downward non solar heat over the ocean
823         CALL iom_put( "qsr_oce"  ,   qsr  )               ! output downward solar heat over the ocean
824         CALL iom_put( "qt_oce"   ,   qns+qsr )            ! output total downward heat over the ocean
825      ENDIF
826      !
827      IF(sn_cfctl%l_prtctl) THEN
828         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqlw , clinfo1=' blk_oce_2: zqlw  : ')
829         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqla , clinfo1=' blk_oce_2: zqla  : ', tab2d_2=qsr  , clinfo2=' qsr   : ')
830         CALL prt_ctl(tab2d_1=emp  , clinfo1=' blk_oce_2: emp   : ')
831      ENDIF
832      !
833   END SUBROUTINE blk_oce_2
834
835
836#if defined key_si3
837   !!----------------------------------------------------------------------
838   !!   'key_si3'                                       SI3 sea-ice model
839   !!----------------------------------------------------------------------
840   !!   blk_ice_1   : provide the air-ice stress
841   !!   blk_ice_2   : provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
842   !!   blk_ice_qcn : provide ice surface temperature and snow/ice conduction flux (emulating conduction flux)
843   !!   Cdn10_Lupkes2012 : Lupkes et al. (2012) air-ice drag
844   !!   Cdn10_Lupkes2015 : Lupkes et al. (2015) air-ice drag
845   !!----------------------------------------------------------------------
846
847   SUBROUTINE blk_ice_1( pwndi, pwndj, ptair, phumi, pslp , puice, pvice, ptsui,  &   ! inputs
848      &                  putaui, pvtaui, pseni, pevpi, pssqi, pcd_dui             )   ! optional outputs
849      !!---------------------------------------------------------------------
850      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_1  ***
851      !!
852      !! ** Purpose :   provide the surface boundary condition over sea-ice
853      !!
854      !! ** Method  :   compute momentum using bulk formulation
855      !!                formulea, ice variables and read atmospheric fields.
856      !!                NB: ice drag coefficient is assumed to be a constant
857      !!---------------------------------------------------------------------
858      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pslp    ! sea-level pressure [Pa]
859      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pwndi   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
860      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pwndj   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
861      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   ptair   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
862      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   phumi   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
863      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   puice   ! sea-ice velocity on I or C grid [m/s]
864      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pvice   ! "
865      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   ptsui   ! sea-ice surface temperature [K]
866      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   putaui  ! if ln_blk
867      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pvtaui  ! if ln_blk
868      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pseni   ! if ln_abl
869      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pevpi   ! if ln_abl
870      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pssqi   ! if ln_abl
871      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pcd_dui ! if ln_abl
872      !
873      INTEGER  ::   ji, jj    ! dummy loop indices
874      REAL(wp) ::   zwndi_t , zwndj_t             ! relative wind components at T-point
875      REAL(wp) ::   zootm_su                      ! sea-ice surface mean temperature
876      REAL(wp) ::   zztmp1, zztmp2                ! temporary arrays
877      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zcd_dui   ! transfer coefficient for momentum      (tau)
878      !!---------------------------------------------------------------------
879      !
880
881      ! ------------------------------------------------------------ !
882      !    Wind module relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
883      ! ------------------------------------------------------------ !
884      ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
885      DO jj = 2, jpjm1
886         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
887            zwndi_t = (  pwndi(ji,jj) - rn_vfac * 0.5_wp * ( puice(ji-1,jj  ) + puice(ji,jj) )  )
888            zwndj_t = (  pwndj(ji,jj) - rn_vfac * 0.5_wp * ( pvice(ji  ,jj-1) + pvice(ji,jj) )  )
889            wndm_ice(ji,jj) = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
890         END DO
891      END DO
892      CALL lbc_lnk( 'sbcblk', wndm_ice, 'T',  1. )
893      !
894      ! Make ice-atm. drag dependent on ice concentration
895      IF    ( ln_Cd_L12 ) THEN   ! calculate new drag from Lupkes(2012) equations
896         CALL Cdn10_Lupkes2012( Cd_ice )
897         Ch_ice(:,:) = Cd_ice(:,:)       ! momentum and heat transfer coef. are considered identical
898         Ce_ice(:,:) = Cd_ice(:,:)
899      ELSEIF( ln_Cd_L15 ) THEN   ! calculate new drag from Lupkes(2015) equations
900         CALL Cdn10_Lupkes2015( ptsui, pslp, Cd_ice, Ch_ice )
901         Ce_ice(:,:) = Ch_ice(:,:)       ! sensible and latent heat transfer coef. are considered identical
902      ENDIF
903
904      !! IF ( iom_use("Cd_ice") ) CALL iom_put("Cd_ice", Cd_ice)   ! output value of pure ice-atm. transfer coef.
905      !! IF ( iom_use("Ch_ice") ) CALL iom_put("Ch_ice", Ch_ice)   ! output value of pure ice-atm. transfer coef.
906
907      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
908      !IF (ln_abl) rhoa  (:,:)  = rho_air( ptair(:,:), phumi(:,:), pslp(:,:) ) !!GS: rhoa must be (re)computed here with ABL to avoid division by zero after (TBI)
909      zcd_dui(:,:) = wndm_ice(:,:) * Cd_ice(:,:)
910
911      IF( ln_blk ) THEN
912         ! ------------------------------------------------------------ !
913         !    Wind stress relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
914         ! ------------------------------------------------------------ !
915         ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
916         DO jj = 2, jpjm1
917            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
918               putaui(ji,jj) = 0.5_wp * (  rhoa(ji+1,jj) * zcd_dui(ji+1,jj)             &
919                  &                      + rhoa(ji  ,jj) * zcd_dui(ji  ,jj)  )          &
920                  &         * ( 0.5_wp * ( pwndi(ji+1,jj) + pwndi(ji,jj) ) - rn_vfac * puice(ji,jj) )
921               pvtaui(ji,jj) = 0.5_wp * (  rhoa(ji,jj+1) * zcd_dui(ji,jj+1)             &
922                  &                      + rhoa(ji,jj  ) * zcd_dui(ji,jj  )  )          &
923                  &         * ( 0.5_wp * ( pwndj(ji,jj+1) + pwndj(ji,jj) ) - rn_vfac * pvice(ji,jj) )
924            END DO
925         END DO
926         CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', putaui, 'U', -1., pvtaui, 'V', -1. )
927         !
928         IF(sn_cfctl%l_prtctl)  CALL prt_ctl( tab2d_1=putaui  , clinfo1=' blk_ice: putaui : '   &
929            &                               , tab2d_2=pvtaui  , clinfo2='          pvtaui : ' )
930      ELSE
931         zztmp1 = 11637800.0_wp
932         zztmp2 =    -5897.8_wp
933         DO jj = 1, jpj
934            DO ji = 1, jpi
935               pcd_dui(ji,jj) = zcd_dui (ji,jj)
936               pseni  (ji,jj) = wndm_ice(ji,jj) * Ch_ice(ji,jj)
937               pevpi  (ji,jj) = wndm_ice(ji,jj) * Ce_ice(ji,jj)
938               zootm_su       = zztmp2 / ptsui(ji,jj)   ! ptsui is in K (it can't be zero ??)
939               pssqi  (ji,jj) = zztmp1 * EXP( zootm_su ) / rhoa(ji,jj)
940            END DO
941         END DO
942      ENDIF
943      !
944      IF(sn_cfctl%l_prtctl)  CALL prt_ctl(tab2d_1=wndm_ice  , clinfo1=' blk_ice: wndm_ice : ')
945      !
946   END SUBROUTINE blk_ice_1
947
948
949   SUBROUTINE blk_ice_2( ptsu, phs, phi, palb, ptair, phumi, pslp, pqlw, pprec, psnow  )
950      !!---------------------------------------------------------------------
951      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_2  ***
952      !!
953      !! ** Purpose :   provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
954      !!
955      !! ** Method  :   compute heat and freshwater exchanged
956      !!                between atmosphere and sea-ice using bulk formulation
957      !!                formulea, ice variables and read atmmospheric fields.
958      !!
959      !! caution : the net upward water flux has with mm/day unit
960      !!---------------------------------------------------------------------
961      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   ptsu   ! sea ice surface temperature [K]
962      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   phs    ! snow thickness
963      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   phi    ! ice thickness
964      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   palb   ! ice albedo (all skies)
965      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   ptair
966      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   phumi
967      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   pslp
968      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   pqlw
969      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   pprec
970      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   psnow
971      !!
972      INTEGER  ::   ji, jj, jl               ! dummy loop indices
973      REAL(wp) ::   zst3                     ! local variable
974      REAL(wp) ::   zcoef_dqlw, zcoef_dqla   !   -      -
975      REAL(wp) ::   zztmp, zztmp2, z1_rLsub  !   -      -
976      REAL(wp) ::   zfr1, zfr2               ! local variables
977      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z1_st         ! inverse of surface temperature
978      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_qlw         ! long wave heat flux over ice
979      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_qsb         ! sensible  heat flux over ice
980      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_dqlw        ! long wave heat sensitivity over ice
981      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_dqsb        ! sensible  heat sensitivity over ice
982      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zevap, zsnw   ! evaporation and snw distribution after wind blowing (SI3)
983      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zqair         ! specific humidity of air at z=rn_zqt [kg/kg] !LB
984      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   ztmp, ztmp2
985      !!---------------------------------------------------------------------
986      !
987      zcoef_dqlw = 4._wp * 0.95_wp * stefan             ! local scalars
988      zcoef_dqla = -rLsub * 11637800._wp * (-5897.8_wp) !LB: BAD!
989      !
990      SELECT CASE( nhumi )
991      CASE( np_humi_sph )
992         zqair(:,:) =  phumi(:,:)      ! what we read in file is already a spec. humidity!
993      CASE( np_humi_dpt )
994         zqair(:,:) = q_sat( phumi(:,:), pslp )
995      CASE( np_humi_rlh )
996         zqair(:,:) = q_air_rh( 0.01_wp*phumi(:,:), ptair(:,:), pslp(:,:) ) !LB: 0.01 => RH is % percent in file
997      END SELECT
998      !
999      zztmp = 1. / ( 1. - albo )
1000      WHERE( ptsu(:,:,:) /= 0._wp )
1001         z1_st(:,:,:) = 1._wp / ptsu(:,:,:)
1002      ELSEWHERE
1003         z1_st(:,:,:) = 0._wp
1004      END WHERE
1005      !                                     ! ========================== !
1006      DO jl = 1, jpl                        !  Loop over ice categories  !
1007         !                                  ! ========================== !
1008         DO jj = 1 , jpj
1009            DO ji = 1, jpi
1010               ! ----------------------------!
1011               !      I   Radiative FLUXES   !
1012               ! ----------------------------!
1013               zst3 = ptsu(ji,jj,jl) * ptsu(ji,jj,jl) * ptsu(ji,jj,jl)
1014               ! Short Wave (sw)
1015               qsr_ice(ji,jj,jl) = zztmp * ( 1. - palb(ji,jj,jl) ) * qsr(ji,jj)
1016               ! Long  Wave (lw)
1017               z_qlw(ji,jj,jl) = 0.95 * ( pqlw(ji,jj) - stefan * ptsu(ji,jj,jl) * zst3 ) * tmask(ji,jj,1)
1018               ! lw sensitivity
1019               z_dqlw(ji,jj,jl) = zcoef_dqlw * zst3
1020
1021               ! ----------------------------!
1022               !     II    Turbulent FLUXES  !
1023               ! ----------------------------!
1024
1025               ! ... turbulent heat fluxes with Ch_ice recalculated in blk_ice_1
1026               ! Sensible Heat
1027               z_qsb(ji,jj,jl) = rhoa(ji,jj) * rCp_air * Ch_ice(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj) * (ptsu(ji,jj,jl) - ptair(ji,jj))
1028               ! Latent Heat
1029               zztmp2 = EXP( -5897.8 * z1_st(ji,jj,jl) )
1030               qla_ice(ji,jj,jl) = rn_efac * MAX( 0.e0, rhoa(ji,jj) * rLsub  * Ce_ice(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj) *  &
1031                  &                ( 11637800. * zztmp2 / rhoa(ji,jj) - zqair(ji,jj) ) )
1032               ! Latent heat sensitivity for ice (Dqla/Dt)
1033               IF( qla_ice(ji,jj,jl) > 0._wp ) THEN
1034                  dqla_ice(ji,jj,jl) = rn_efac * zcoef_dqla * Ce_ice(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj) *  &
1035                     &                 z1_st(ji,jj,jl) * z1_st(ji,jj,jl) * zztmp2
1036               ELSE
1037                  dqla_ice(ji,jj,jl) = 0._wp
1038               ENDIF
1039
1040               ! Sensible heat sensitivity (Dqsb_ice/Dtn_ice)
1041               z_dqsb(ji,jj,jl) = rhoa(ji,jj) * rCp_air * Ch_ice(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj)
1042
1043               ! ----------------------------!
1044               !     III    Total FLUXES     !
1045               ! ----------------------------!
1046               ! Downward Non Solar flux
1047               qns_ice (ji,jj,jl) =     z_qlw (ji,jj,jl) - z_qsb (ji,jj,jl) - qla_ice (ji,jj,jl)
1048               ! Total non solar heat flux sensitivity for ice
1049               dqns_ice(ji,jj,jl) = - ( z_dqlw(ji,jj,jl) + z_dqsb(ji,jj,jl) + dqla_ice(ji,jj,jl) )
1050            END DO
1051            !
1052         END DO
1053         !
1054      END DO
1055      !
1056      tprecip(:,:) = pprec(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)  ! total precipitation [kg/m2/s]
1057      sprecip(:,:) = psnow(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)  ! solid precipitation [kg/m2/s]
1058      CALL iom_put( 'snowpre', sprecip )                  ! Snow precipitation
1059      CALL iom_put( 'precip' , tprecip )                  ! Total precipitation
1060
1061      ! --- evaporation --- !
1062      z1_rLsub = 1._wp / rLsub
1063      evap_ice (:,:,:) = rn_efac * qla_ice (:,:,:) * z1_rLsub    ! sublimation
1064      devap_ice(:,:,:) = rn_efac * dqla_ice(:,:,:) * z1_rLsub    ! d(sublimation)/dT
1065      zevap    (:,:)   = rn_efac * ( emp(:,:) + tprecip(:,:) )   ! evaporation over ocean
1066
1067      ! --- evaporation minus precipitation --- !
1068      zsnw(:,:) = 0._wp
1069      CALL ice_thd_snwblow( (1.-at_i_b(:,:)), zsnw )  ! snow distribution over ice after wind blowing
1070      emp_oce(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * zevap(:,:) - ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) - sprecip(:,:) * (1._wp - zsnw )
1071      emp_ice(:,:) = SUM( a_i_b(:,:,:) * evap_ice(:,:,:), dim=3 ) - sprecip(:,:) * zsnw
1072      emp_tot(:,:) = emp_oce(:,:) + emp_ice(:,:)
1073
1074      ! --- heat flux associated with emp --- !
1075      qemp_oce(:,:) = - ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * zevap(:,:) * sst_m(:,:) * rcp                  & ! evap at sst
1076         &          + ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) * ( ptair(:,:) - rt0 ) * rcp               & ! liquid precip at Tair
1077         &          +   sprecip(:,:) * ( 1._wp - zsnw ) *                                        & ! solid precip at min(Tair,Tsnow)
1078         &              ( ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
1079      qemp_ice(:,:) =   sprecip(:,:) * zsnw *                                                    & ! solid precip (only)
1080         &              ( ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
1081
1082      ! --- total solar and non solar fluxes --- !
1083      qns_tot(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * qns_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qns_ice(:,:,:), dim=3 )  &
1084         &           + qemp_ice(:,:) + qemp_oce(:,:)
1085      qsr_tot(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * qsr_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qsr_ice(:,:,:), dim=3 )
1086
1087      ! --- heat content of precip over ice in J/m3 (to be used in 1D-thermo) --- !
1088      qprec_ice(:,:) = rhos * ( ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
1089
1090      ! --- heat content of evap over ice in W/m2 (to be used in 1D-thermo) ---
1091      DO jl = 1, jpl
1092         qevap_ice(:,:,jl) = 0._wp ! should be -evap_ice(:,:,jl)*( ( Tice - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) )
1093         !                         ! But we do not have Tice => consider it at 0degC => evap=0
1094      END DO
1095
1096      ! --- shortwave radiation transmitted below the surface (W/m2, see Grenfell Maykut 77) --- !
1097      zfr1 = ( 0.18 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.35 * cldf_ice )            ! transmission when hi>10cm
1098      zfr2 = ( 0.82 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.65 * cldf_ice )            ! zfr2 such that zfr1 + zfr2 to equal 1
1099      !
1100      WHERE    ( phs(:,:,:) <= 0._wp .AND. phi(:,:,:) <  0.1_wp )       ! linear decrease from hi=0 to 10cm
1101         qtr_ice_top(:,:,:) = qsr_ice(:,:,:) * ( zfr1 + zfr2 * ( 1._wp - phi(:,:,:) * 10._wp ) )
1102      ELSEWHERE( phs(:,:,:) <= 0._wp .AND. phi(:,:,:) >= 0.1_wp )       ! constant (zfr1) when hi>10cm
1103         qtr_ice_top(:,:,:) = qsr_ice(:,:,:) * zfr1
1104      ELSEWHERE                                                         ! zero when hs>0
1105         qtr_ice_top(:,:,:) = 0._wp
1106      END WHERE
1107      !
1108
1109      IF( iom_use('evap_ao_cea') .OR. iom_use('hflx_evap_cea') ) THEN
1110         ztmp(:,:) = zevap(:,:) * ( 1._wp - at_i_b(:,:) )
1111         IF( iom_use('evap_ao_cea'  ) )  CALL iom_put( 'evap_ao_cea'  , ztmp(:,:) * tmask(:,:,1) )   ! ice-free oce evap (cell average)
1112         IF( iom_use('hflx_evap_cea') )  CALL iom_put( 'hflx_evap_cea', ztmp(:,:) * sst_m(:,:) * rcp * tmask(:,:,1) )   ! heat flux from evap (cell average)
1113      ENDIF
1114      IF( iom_use('hflx_rain_cea') ) THEN
1115         ztmp(:,:) = rcp * ( SUM( (ptsu-rt0) * a_i_b, dim=3 ) + sst_m(:,:) * ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) )
1116         IF( iom_use('hflx_rain_cea') )  CALL iom_put( 'hflx_rain_cea', ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) * ztmp(:,:) )   ! heat flux from rain (cell average)
1117      ENDIF
1118      IF( iom_use('hflx_snow_cea') .OR. iom_use('hflx_snow_ao_cea') .OR. iom_use('hflx_snow_ai_cea')  )  THEN
1119         WHERE( SUM( a_i_b, dim=3 ) > 1.e-10 )
1120            ztmp(:,:) = rcpi * SUM( (ptsu-rt0) * a_i_b, dim=3 ) / SUM( a_i_b, dim=3 )
1121         ELSEWHERE
1122            ztmp(:,:) = rcp * sst_m(:,:)
1123         ENDWHERE
1124         ztmp2(:,:) = sprecip(:,:) * ( ztmp(:,:) - rLfus )
1125         IF( iom_use('hflx_snow_cea')    ) CALL iom_put('hflx_snow_cea'   , ztmp2(:,:) ) ! heat flux from snow (cell average)
1126         IF( iom_use('hflx_snow_ao_cea') ) CALL iom_put('hflx_snow_ao_cea', ztmp2(:,:) * ( 1._wp - zsnw(:,:) ) ) ! heat flux from snow (over ocean)
1127         IF( iom_use('hflx_snow_ai_cea') ) CALL iom_put('hflx_snow_ai_cea', ztmp2(:,:) *           zsnw(:,:)   ) ! heat flux from snow (over ice)
1128      ENDIF
1129      !
1130      IF(sn_cfctl%l_prtctl) THEN
1131         CALL prt_ctl(tab3d_1=qla_ice , clinfo1=' blk_ice: qla_ice  : ', tab3d_2=z_qsb   , clinfo2=' z_qsb    : ', kdim=jpl)
1132         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_qlw   , clinfo1=' blk_ice: z_qlw    : ', tab3d_2=dqla_ice, clinfo2=' dqla_ice : ', kdim=jpl)
1133         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_dqsb  , clinfo1=' blk_ice: z_dqsb   : ', tab3d_2=z_dqlw  , clinfo2=' z_dqlw   : ', kdim=jpl)
1134         CALL prt_ctl(tab3d_1=dqns_ice, clinfo1=' blk_ice: dqns_ice : ', tab3d_2=qsr_ice , clinfo2=' qsr_ice  : ', kdim=jpl)
1135         CALL prt_ctl(tab3d_1=ptsu    , clinfo1=' blk_ice: ptsu     : ', tab3d_2=qns_ice , clinfo2=' qns_ice  : ', kdim=jpl)
1136         CALL prt_ctl(tab2d_1=tprecip , clinfo1=' blk_ice: tprecip  : ', tab2d_2=sprecip , clinfo2=' sprecip  : ')
1137      ENDIF
1138      !
1139   END SUBROUTINE blk_ice_2
1140
1141
1142   SUBROUTINE blk_ice_qcn( ld_virtual_itd, ptsu, ptb, phs, phi )
1143      !!---------------------------------------------------------------------
1144      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_qcn  ***
1145      !!
1146      !! ** Purpose :   Compute surface temperature and snow/ice conduction flux
1147      !!                to force sea ice / snow thermodynamics
1148      !!                in the case conduction flux is emulated
1149      !!
1150      !! ** Method  :   compute surface energy balance assuming neglecting heat storage
1151      !!                following the 0-layer Semtner (1976) approach
1152      !!
1153      !! ** Outputs : - ptsu    : sea-ice / snow surface temperature (K)
1154      !!              - qcn_ice : surface inner conduction flux (W/m2)
1155      !!
1156      !!---------------------------------------------------------------------
1157      LOGICAL                   , INTENT(in   ) ::   ld_virtual_itd  ! single-category option
1158      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(inout) ::   ptsu            ! sea ice / snow surface temperature
1159      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   ptb             ! sea ice base temperature
1160      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   phs             ! snow thickness
1161      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   phi             ! sea ice thickness
1162      !
1163      INTEGER , PARAMETER ::   nit = 10                  ! number of iterations
1164      REAL(wp), PARAMETER ::   zepsilon = 0.1_wp         ! characteristic thickness for enhanced conduction
1165      !
1166      INTEGER  ::   ji, jj, jl           ! dummy loop indices
1167      INTEGER  ::   iter                 ! local integer
1168      REAL(wp) ::   zfac, zfac2, zfac3   ! local scalars
1169      REAL(wp) ::   zkeff_h, ztsu, ztsu0 !
1170      REAL(wp) ::   zqc, zqnet           !
1171      REAL(wp) ::   zhe, zqa0            !
1172      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   zgfac   ! enhanced conduction factor
1173      !!---------------------------------------------------------------------
1174
1175      ! -------------------------------------!
1176      !      I   Enhanced conduction factor  !
1177      ! -------------------------------------!
1178      ! Emulates the enhancement of conduction by unresolved thin ice (ld_virtual_itd = T)
1179      ! Fichefet and Morales Maqueda, JGR 1997
1180      !
1181      zgfac(:,:,:) = 1._wp
1182
1183      IF( ld_virtual_itd ) THEN
1184         !
1185         zfac  = 1._wp /  ( rn_cnd_s + rcnd_i )
1186         zfac2 = EXP(1._wp) * 0.5_wp * zepsilon
1187         zfac3 = 2._wp / zepsilon
1188         !
1189         DO jl = 1, jpl
1190            DO jj = 1 , jpj
1191               DO ji = 1, jpi
1192                  zhe = ( rn_cnd_s * phi(ji,jj,jl) + rcnd_i * phs(ji,jj,jl) ) * zfac                            ! Effective thickness
1193                  IF( zhe >=  zfac2 )   zgfac(ji,jj,jl) = MIN( 2._wp, 0.5_wp * ( 1._wp + LOG( zhe * zfac3 ) ) ) ! Enhanced conduction factor
1194               END DO
1195            END DO
1196         END DO
1197         !
1198      ENDIF
1199
1200      ! -------------------------------------------------------------!
1201      !      II   Surface temperature and conduction flux            !
1202      ! -------------------------------------------------------------!
1203      !
1204      zfac = rcnd_i * rn_cnd_s
1205      !
1206      DO jl = 1, jpl
1207         DO jj = 1 , jpj
1208            DO ji = 1, jpi
1209               !
1210               zkeff_h = zfac * zgfac(ji,jj,jl) / &                                    ! Effective conductivity of the snow-ice system divided by thickness
1211                  &      ( rcnd_i * phs(ji,jj,jl) + rn_cnd_s * MAX( 0.01, phi(ji,jj,jl) ) )
1212               ztsu    = ptsu(ji,jj,jl)                                                ! Store current iteration temperature
1213               ztsu0   = ptsu(ji,jj,jl)                                                ! Store initial surface temperature
1214               zqa0    = qsr_ice(ji,jj,jl) - qtr_ice_top(ji,jj,jl) + qns_ice(ji,jj,jl) ! Net initial atmospheric heat flux
1215               !
1216               DO iter = 1, nit     ! --- Iterative loop
1217                  zqc   = zkeff_h * ( ztsu - ptb(ji,jj) )                              ! Conduction heat flux through snow-ice system (>0 downwards)
1218                  zqnet = zqa0 + dqns_ice(ji,jj,jl) * ( ztsu - ptsu(ji,jj,jl) ) - zqc  ! Surface energy budget
1219                  ztsu  = ztsu - zqnet / ( dqns_ice(ji,jj,jl) - zkeff_h )              ! Temperature update
1220               END DO
1221               !
1222               ptsu   (ji,jj,jl) = MIN( rt0, ztsu )
1223               qcn_ice(ji,jj,jl) = zkeff_h * ( ptsu(ji,jj,jl) - ptb(ji,jj) )
1224               qns_ice(ji,jj,jl) = qns_ice(ji,jj,jl) + dqns_ice(ji,jj,jl) * ( ptsu(ji,jj,jl) - ztsu0 )
1225               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) )  &
1226                  &   * MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp, ptsu(ji,jj,jl) - rt0 ) )
1227
1228               ! --- Diagnose the heat loss due to changing non-solar flux (as in icethd_zdf_bl99) --- !
1229               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)
1230
1231            END DO
1232         END DO
1233         !
1234      END DO
1235      !
1236   END SUBROUTINE blk_ice_qcn
1237
1238
1239   SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2012( pcd )
1240      !!----------------------------------------------------------------------
1241      !!                      ***  ROUTINE  Cdn10_Lupkes2012  ***
1242      !!
1243      !! ** Purpose :    Recompute the neutral air-ice drag referenced at 10m
1244      !!                 to make it dependent on edges at leads, melt ponds and flows.
1245      !!                 After some approximations, this can be resumed to a dependency
1246      !!                 on ice concentration.
1247      !!
1248      !! ** Method :     The parameterization is taken from Lupkes et al. (2012) eq.(50)
1249      !!                 with the highest level of approximation: level4, eq.(59)
1250      !!                 The generic drag over a cell partly covered by ice can be re-written as follows:
1251      !!
1252      !!                 Cd = Cdw * (1-A) + Cdi * A + Ce * (1-A)**(nu+1/(10*beta)) * A**mu
1253      !!
1254      !!                    Ce = 2.23e-3       , as suggested by Lupkes (eq. 59)
1255      !!                    nu = mu = beta = 1 , as suggested by Lupkes (eq. 59)
1256      !!                    A is the concentration of ice minus melt ponds (if any)
1257      !!
1258      !!                 This new drag has a parabolic shape (as a function of A) starting at
1259      !!                 Cdw(say 1.5e-3) for A=0, reaching 1.97e-3 for A~0.5
1260      !!                 and going down to Cdi(say 1.4e-3) for A=1
1261      !!
1262      !!                 It is theoretically applicable to all ice conditions (not only MIZ)
1263      !!                 => see Lupkes et al (2013)
1264      !!
1265      !! ** References : Lupkes et al. JGR 2012 (theory)
1266      !!                 Lupkes et al. GRL 2013 (application to GCM)
1267      !!
1268      !!----------------------------------------------------------------------
1269      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(inout) ::   pcd
1270      REAL(wp), PARAMETER ::   zCe   = 2.23e-03_wp
1271      REAL(wp), PARAMETER ::   znu   = 1._wp
1272      REAL(wp), PARAMETER ::   zmu   = 1._wp
1273      REAL(wp), PARAMETER ::   zbeta = 1._wp
1274      REAL(wp)            ::   zcoef
1275      !!----------------------------------------------------------------------
1276      zcoef = znu + 1._wp / ( 10._wp * zbeta )
1277
1278      ! generic drag over a cell partly covered by ice
1279      !!Cd(:,:) = Cd_oce(:,:) * ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) +  &                        ! pure ocean drag
1280      !!   &      Cd_ice      *           at_i_b(:,:)   +  &                        ! pure ice drag
1281      !!   &      zCe         * ( 1._wp - at_i_b(:,:) )**zcoef * at_i_b(:,:)**zmu   ! change due to sea-ice morphology
1282
1283      ! ice-atm drag
1284      pcd(:,:) = rCd_ice +  &                                                         ! pure ice drag
1285         &      zCe     * ( 1._wp - at_i_b(:,:) )**zcoef * at_i_b(:,:)**(zmu-1._wp)  ! change due to sea-ice morphology
1286
1287   END SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2012
1288
1289
1290   SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2015( ptm_su, pslp, pcd, pch )
1291      !!----------------------------------------------------------------------
1292      !!                      ***  ROUTINE  Cdn10_Lupkes2015  ***
1293      !!
1294      !! ** pUrpose :    Alternative turbulent transfert coefficients formulation
1295      !!                 between sea-ice and atmosphere with distinct momentum
1296      !!                 and heat coefficients depending on sea-ice concentration
1297      !!                 and atmospheric stability (no meltponds effect for now).
1298      !!
1299      !! ** Method :     The parameterization is adapted from Lupkes et al. (2015)
1300      !!                 and ECHAM6 atmospheric model. Compared to Lupkes2012 scheme,
1301      !!                 it considers specific skin and form drags (Andreas et al. 2010)
1302      !!                 to compute neutral transfert coefficients for both heat and
1303      !!                 momemtum fluxes. Atmospheric stability effect on transfert
1304      !!                 coefficient is also taken into account following Louis (1979).
1305      !!
1306      !! ** References : Lupkes et al. JGR 2015 (theory)
1307      !!                 Lupkes et al. ECHAM6 documentation 2015 (implementation)
1308      !!
1309      !!----------------------------------------------------------------------
1310      !
1311      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in   ) ::   ptm_su ! sea-ice surface temperature [K]
1312      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in   ) ::   pslp   ! sea-level pressure [Pa]
1313      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(inout) ::   pcd    ! momentum transfert coefficient
1314      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(inout) ::   pch    ! heat transfert coefficient
1315      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)            ::   zst, zqo_sat, zqi_sat
1316      !
1317      ! ECHAM6 constants
1318      REAL(wp), PARAMETER ::   z0_skin_ice  = 0.69e-3_wp  ! Eq. 43 [m]
1319      REAL(wp), PARAMETER ::   z0_form_ice  = 0.57e-3_wp  ! Eq. 42 [m]
1320      REAL(wp), PARAMETER ::   z0_ice       = 1.00e-3_wp  ! Eq. 15 [m]
1321      REAL(wp), PARAMETER ::   zce10        = 2.80e-3_wp  ! Eq. 41
1322      REAL(wp), PARAMETER ::   zbeta        = 1.1_wp      ! Eq. 41
1323      REAL(wp), PARAMETER ::   zc           = 5._wp       ! Eq. 13
1324      REAL(wp), PARAMETER ::   zc2          = zc * zc
1325      REAL(wp), PARAMETER ::   zam          = 2. * zc     ! Eq. 14
1326      REAL(wp), PARAMETER ::   zah          = 3. * zc     ! Eq. 30
1327      REAL(wp), PARAMETER ::   z1_alpha     = 1._wp / 0.2_wp  ! Eq. 51
1328      REAL(wp), PARAMETER ::   z1_alphaf    = z1_alpha    ! Eq. 56
1329      REAL(wp), PARAMETER ::   zbetah       = 1.e-3_wp    ! Eq. 26
1330      REAL(wp), PARAMETER ::   zgamma       = 1.25_wp     ! Eq. 26
1331      REAL(wp), PARAMETER ::   z1_gamma     = 1._wp / zgamma
1332      REAL(wp), PARAMETER ::   r1_3         = 1._wp / 3._wp
1333      !
1334      INTEGER  ::   ji, jj         ! dummy loop indices
1335      REAL(wp) ::   zthetav_os, zthetav_is, zthetav_zu
1336      REAL(wp) ::   zrib_o, zrib_i
1337      REAL(wp) ::   zCdn_skin_ice, zCdn_form_ice, zCdn_ice
1338      REAL(wp) ::   zChn_skin_ice, zChn_form_ice
1339      REAL(wp) ::   z0w, z0i, zfmi, zfmw, zfhi, zfhw
1340      REAL(wp) ::   zCdn_form_tmp
1341      !!----------------------------------------------------------------------
1342
1343      ! Momentum Neutral Transfert Coefficients (should be a constant)
1344      zCdn_form_tmp = zce10 * ( LOG( 10._wp / z0_form_ice + 1._wp ) / LOG( rn_zu / z0_form_ice + 1._wp ) )**2   ! Eq. 40
1345      zCdn_skin_ice = ( vkarmn                                      / LOG( rn_zu / z0_skin_ice + 1._wp ) )**2   ! Eq. 7
1346      zCdn_ice      = zCdn_skin_ice   ! Eq. 7
1347      !zCdn_ice     = 1.89e-3         ! old ECHAM5 value (cf Eq. 32)
1348
1349      ! Heat Neutral Transfert Coefficients
1350      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
1351
1352      ! Atmospheric and Surface Variables
1353      zst(:,:)     = sst_m(:,:) + rt0                                        ! convert SST from Celcius to Kelvin
1354      zqo_sat(:,:) = rdct_qsat_salt * q_sat( zst(:,:)   , pslp(:,:) )   ! saturation humidity over ocean [kg/kg]
1355      zqi_sat(:,:) =                  q_sat( ptm_su(:,:), pslp(:,:) )   ! saturation humidity over ice   [kg/kg]
1356      !
1357      DO jj = 2, jpjm1           ! reduced loop is necessary for reproducibility
1358         DO ji = fs_2, fs_jpim1
1359            ! Virtual potential temperature [K]
1360            zthetav_os = zst(ji,jj)    * ( 1._wp + rctv0 * zqo_sat(ji,jj) )   ! over ocean
1361            zthetav_is = ptm_su(ji,jj) * ( 1._wp + rctv0 * zqi_sat(ji,jj) )   ! ocean ice
1362            zthetav_zu = t_zu (ji,jj)  * ( 1._wp + rctv0 * q_zu(ji,jj)    )   ! at zu
1363
1364            ! Bulk Richardson Number (could use Ri_bulk function from aerobulk instead)
1365            zrib_o = grav / zthetav_os * ( zthetav_zu - zthetav_os ) * rn_zu / MAX( 0.5, wndm(ji,jj)     )**2   ! over ocean
1366            zrib_i = grav / zthetav_is * ( zthetav_zu - zthetav_is ) * rn_zu / MAX( 0.5, wndm_ice(ji,jj) )**2   ! over ice
1367
1368            ! Momentum and Heat Neutral Transfert Coefficients
1369            zCdn_form_ice = zCdn_form_tmp * at_i_b(ji,jj) * ( 1._wp - at_i_b(ji,jj) )**zbeta  ! Eq. 40
1370            zChn_form_ice = zCdn_form_ice / ( 1._wp + ( LOG( z1_alphaf ) / vkarmn ) * SQRT( zCdn_form_ice ) )               ! Eq. 53
1371
1372            ! Momentum and Heat Stability functions (possibility to use psi_m_ecmwf instead ?)
1373            z0w = rn_zu * EXP( -1._wp * vkarmn / SQRT( Cdn_oce(ji,jj) ) ) ! over water
1374            z0i = z0_skin_ice                                             ! over ice
1375            IF( zrib_o <= 0._wp ) THEN
1376               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
1377               zfhw = ( 1._wp + ( zbetah * ( zthetav_os - zthetav_zu )**r1_3 / ( Chn_oce(ji,jj) * MAX(0.01, wndm(ji,jj)) )   &     ! Eq. 26
1378                  &             )**zgamma )**z1_gamma
1379            ELSE
1380               zfmw = 1._wp / ( 1._wp + zam * zrib_o / SQRT( 1._wp + zrib_o ) )   ! Eq. 12
1381               zfhw = 1._wp / ( 1._wp + zah * zrib_o / SQRT( 1._wp + zrib_o ) )   ! Eq. 28
1382            ENDIF
1383
1384            IF( zrib_i <= 0._wp ) THEN
1385               zfmi = 1._wp - zam * zrib_i / (1._wp + 3._wp * zc2 * zCdn_ice * SQRT( -zrib_i * ( rn_zu / z0i + 1._wp)))   ! Eq.  9
1386               zfhi = 1._wp - zah * zrib_i / (1._wp + 3._wp * zc2 * zCdn_ice * SQRT( -zrib_i * ( rn_zu / z0i + 1._wp)))   ! Eq. 25
1387            ELSE
1388               zfmi = 1._wp / ( 1._wp + zam * zrib_i / SQRT( 1._wp + zrib_i ) )   ! Eq. 11
1389               zfhi = 1._wp / ( 1._wp + zah * zrib_i / SQRT( 1._wp + zrib_i ) )   ! Eq. 27
1390            ENDIF
1391
1392            ! Momentum Transfert Coefficients (Eq. 38)
1393            pcd(ji,jj) = zCdn_skin_ice *   zfmi +  &
1394               &        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) )
1395
1396            ! Heat Transfert Coefficients (Eq. 49)
1397            pch(ji,jj) = zChn_skin_ice *   zfhi +  &
1398               &        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) )
1399            !
1400         END DO
1401      END DO
1402      CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', pcd, 'T',  1., pch, 'T', 1. )
1403      !
1404   END SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2015
1405
1406#endif
1407
1408   !!======================================================================
1409END MODULE sbcblk
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.