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Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
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sbcblk.F90 in NEMO/branches/2019/dev_r12072_MERGE_OPTION2_2019/src/OCE/SBC – NEMO

source: NEMO/branches/2019/dev_r12072_MERGE_OPTION2_2019/src/OCE/SBC/sbcblk.F90 @ 12192

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Skin temperature is back to Celsius (formerly Kelvin)!

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 80.7 KB
Line 
1MODULE sbcblk
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  sbcblk  ***
4   !! Ocean forcing:  momentum, heat and freshwater flux formulation
5   !!                         Aerodynamic Bulk Formulas
6   !!                        SUCCESSOR OF "sbcblk_core"
7   !!=====================================================================
8   !! History :  1.0  !  2004-08  (U. Schweckendiek)  Original CORE code
9   !!            2.0  !  2005-04  (L. Brodeau, A.M. Treguier)  improved CORE bulk and its user interface
10   !!            3.0  !  2006-06  (G. Madec)  sbc rewritting
11   !!             -   !  2006-12  (L. Brodeau)  Original code for turb_core
12   !!            3.2  !  2009-04  (B. Lemaire)  Introduce iom_put
13   !!            3.3  !  2010-10  (S. Masson)  add diurnal cycle
14   !!            3.4  !  2011-11  (C. Harris)  Fill arrays required by CICE
15   !!            3.7  !  2014-06  (L. Brodeau)  simplification and optimization of CORE bulk
16   !!            4.0  !  2016-06  (L. Brodeau)  sbcblk_core becomes sbcblk and is not restricted to the CORE algorithm anymore
17   !!                 !                        ==> based on AeroBulk (https://github.com/brodeau/aerobulk/)
18   !!            4.0  !  2016-10  (G. Madec)  introduce a sbc_blk_init routine
19   !!            4.0  !  2016-10  (M. Vancoppenolle)  Introduce conduction flux emulator (M. Vancoppenolle)
20   !!            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      REWIND( numnam_ref )                !* Namelist namsbc_blk in reference namelist : bulk parameters
181      READ  ( numnam_ref, namsbc_blk, IOSTAT = ios, ERR = 901)
182901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_blk in reference namelist' )
183      !
184      REWIND( numnam_cfg )                !* Namelist namsbc_blk in configuration namelist : bulk parameters
185      READ  ( numnam_cfg, namsbc_blk, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
186902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_blk in configuration namelist' )
187      !
188      IF(lwm) WRITE( numond, namsbc_blk )
189      !
190      !                             !** initialization of the chosen bulk formulae (+ check)
191      !                                   !* select the bulk chosen in the namelist and check the choice
192      ioptio = 0
193      IF( ln_NCAR      ) THEN
194         nblk =  np_NCAR        ;   ioptio = ioptio + 1
195      ENDIF
196      IF( ln_COARE_3p0 ) THEN
197         nblk =  np_COARE_3p0   ;   ioptio = ioptio + 1
198      ENDIF
199      IF( ln_COARE_3p6 ) THEN
200         nblk =  np_COARE_3p6   ;   ioptio = ioptio + 1
201      ENDIF
202      IF( ln_ECMWF     ) THEN
203         nblk =  np_ECMWF       ;   ioptio = ioptio + 1
204      ENDIF
205      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Choose one and only one bulk algorithm' )
206
207      !                             !** initialization of the cool-skin / warm-layer parametrization
208      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
209         !! Some namelist sanity tests:
210         IF( ln_NCAR )      &
211            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Cool-skin/warm-layer param. not compatible with NCAR algorithm' )
212         IF( nn_fsbc /= 1 ) &
213            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Please set "nn_fsbc" to 1 when using cool-skin/warm-layer param.')
214      END IF
215
216      IF( ln_skin_wl ) THEN
217         !! Check if the frequency of downwelling solar flux input makes sense and if ln_dm2dc=T if it is daily!
218         IF( (sn_qsr%freqh  < 0.).OR.(sn_qsr%freqh  > 24.) ) &
219            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Warm-layer param. (ln_skin_wl) not compatible with freq. of solar flux > daily' )
220         IF( (sn_qsr%freqh == 24.).AND.(.NOT. ln_dm2dc) ) &
221            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Please set ln_dm2dc=T for warm-layer param. (ln_skin_wl) to work properly' )
222      END IF
223
224      ioptio = 0
225      IF( ln_humi_sph ) THEN
226         nhumi =  np_humi_sph    ;   ioptio = ioptio + 1
227      ENDIF
228      IF( ln_humi_dpt ) THEN
229         nhumi =  np_humi_dpt    ;   ioptio = ioptio + 1
230      ENDIF
231      IF( ln_humi_rlh ) THEN
232         nhumi =  np_humi_rlh    ;   ioptio = ioptio + 1
233      ENDIF
234      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Choose one and only one type of air humidity' )
235      !
236      IF( ln_dm2dc ) THEN                 !* check: diurnal cycle on Qsr
237         IF( sn_qsr%freqh /= 24. )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: ln_dm2dc=T only with daily short-wave input' )
238         IF( sn_qsr%ln_tint ) THEN
239            CALL ctl_warn( 'sbc_blk_init: ln_dm2dc=T daily qsr time interpolation done by sbcdcy module',   &
240               &           '              ==> We force time interpolation = .false. for qsr' )
241            sn_qsr%ln_tint = .false.
242         ENDIF
243      ENDIF
244      !                                   !* set the bulk structure
245      !                                      !- store namelist information in an array
246      IF( ln_blk ) jpfld = 9
247      IF( ln_abl ) jpfld = 11
248      ALLOCATE( slf_i(jpfld) )
249      !
250      slf_i(jp_wndi) = sn_wndi   ;   slf_i(jp_wndj) = sn_wndj
251      slf_i(jp_qsr ) = sn_qsr    ;   slf_i(jp_qlw ) = sn_qlw
252      slf_i(jp_tair) = sn_tair   ;   slf_i(jp_humi) = sn_humi
253      slf_i(jp_prec) = sn_prec   ;   slf_i(jp_snow) = sn_snow
254      slf_i(jp_slp ) = sn_slp
255      IF( ln_abl ) THEN
256         slf_i(jp_hpgi) = sn_hpgi   ;   slf_i(jp_hpgj) = sn_hpgj
257      END IF
258      !
259      !                                      !- allocate the bulk structure
260      ALLOCATE( sf(jpfld), STAT=ierror )
261      IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_init: unable to allocate sf structure' )
262      !
263      DO jfpr= 1, jpfld
264         !
265         IF( TRIM(sf(jfpr)%clrootname) == 'NOT USED' ) THEN    !--  not used field  --!   (only now allocated and set to zero)
266            ALLOCATE( sf(jfpr)%fnow(jpi,jpj,1) )
267            sf(jfpr)%fnow(:,:,1) = 0._wp
268         ELSE                                                  !-- used field  --!
269            IF(   ln_abl    .AND.                                                      &
270               &    ( jfpr == jp_wndi .OR. jfpr == jp_wndj .OR. jfpr == jp_humi .OR.   &
271               &      jfpr == jp_hpgi .OR. jfpr == jp_hpgj .OR. jfpr == jp_tair     )  ) THEN   ! ABL: some fields are 3D input
272               ALLOCATE( sf(jfpr)%fnow(jpi,jpj,jpka) )
273               IF( slf_i(jfpr)%ln_tint )   ALLOCATE( sf(jfpr)%fdta(jpi,jpj,jpka,2) )
274            ELSE                                                                                ! others or Bulk fields are 2D fiels
275               ALLOCATE( sf(jfpr)%fnow(jpi,jpj,1) )
276               IF( slf_i(jfpr)%ln_tint )   ALLOCATE( sf(jfpr)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
277            ENDIF
278            !
279            IF( slf_i(jfpr)%freqh > 0. .AND. MOD( NINT(3600. * slf_i(jfpr)%freqh), nn_fsbc * NINT(rdt) ) /= 0 )   &
280               &  CALL ctl_warn( 'sbc_blk_init: sbcmod timestep rdt*nn_fsbc is NOT a submultiple of atmospheric forcing frequency.',   &
281               &                 '               This is not ideal. You should consider changing either rdt or nn_fsbc value...' )
282         ENDIF
283      END DO
284      !                                      !- fill the bulk structure with namelist informations
285      CALL fld_fill( sf, slf_i, cn_dir, 'sbc_blk_init', 'surface boundary condition -- bulk formulae', 'namsbc_blk' )
286      !
287      IF( ln_wave ) THEN
288         !Activated wave module but neither drag nor stokes drift activated
289         IF( .NOT.(ln_cdgw .OR. ln_sdw .OR. ln_tauwoc .OR. ln_stcor ) )   THEN
290            CALL ctl_stop( 'STOP',  'Ask for wave coupling but ln_cdgw=F, ln_sdw=F, ln_tauwoc=F, ln_stcor=F' )
291            !drag coefficient read from wave model definable only with mfs bulk formulae and core
292         ELSEIF(ln_cdgw .AND. .NOT. ln_NCAR )       THEN
293            CALL ctl_stop( 'drag coefficient read from wave model definable only with NCAR and CORE bulk formulae')
294         ELSEIF(ln_stcor .AND. .NOT. ln_sdw)                             THEN
295            CALL ctl_stop( 'Stokes-Coriolis term calculated only if activated Stokes Drift ln_sdw=T')
296         ENDIF
297      ELSE
298         IF( ln_cdgw .OR. ln_sdw .OR. ln_tauwoc .OR. ln_stcor )                &
299            &   CALL ctl_stop( 'Not Activated Wave Module (ln_wave=F) but asked coupling ',    &
300            &                  'with drag coefficient (ln_cdgw =T) '  ,                        &
301            &                  'or Stokes Drift (ln_sdw=T) ' ,                                 &
302            &                  'or ocean stress modification due to waves (ln_tauwoc=T) ',      &
303            &                  'or Stokes-Coriolis term (ln_stcori=T)'  )
304      ENDIF
305      !
306      IF( ln_abl ) THEN       ! ABL: read 3D fields for wind, temperature, humidity and pressure gradient
307         rn_zqt = ght_abl(2)          ! set the bulk altitude to ABL first level
308         rn_zu  = ght_abl(2)
309         IF(lwp) WRITE(numout,*)
310         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ABL formulation: overwrite rn_zqt & rn_zu with ABL first level altitude'
311      ENDIF
312      !
313      ! set transfer coefficients to default sea-ice values
314      Cd_ice(:,:) = rCd_ice
315      Ch_ice(:,:) = rCd_ice
316      Ce_ice(:,:) = rCd_ice
317      !
318      IF(lwp) THEN                     !** Control print
319         !
320         WRITE(numout,*)                  !* namelist
321         WRITE(numout,*) '   Namelist namsbc_blk (other than data information):'
322         WRITE(numout,*) '      "NCAR"      algorithm   (Large and Yeager 2008)     ln_NCAR      = ', ln_NCAR
323         WRITE(numout,*) '      "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)       ln_COARE_3p0 = ', ln_COARE_3p0
324         WRITE(numout,*) '      "COARE 3.6" algorithm (Fairall 2018 + Edson al 2013)ln_COARE_3p6 = ', ln_COARE_3p6
325         WRITE(numout,*) '      "ECMWF"     algorithm   (IFS cycle 45r1)            ln_ECMWF     = ', ln_ECMWF
326         WRITE(numout,*) '      Air temperature and humidity reference height (m)   rn_zqt       = ', rn_zqt
327         WRITE(numout,*) '      Wind vector reference height (m)                    rn_zu        = ', rn_zu
328         WRITE(numout,*) '      factor applied on precipitation (total & snow)      rn_pfac      = ', rn_pfac
329         WRITE(numout,*) '      factor applied on evaporation                       rn_efac      = ', rn_efac
330         WRITE(numout,*) '      factor applied on ocean/ice velocity                rn_vfac      = ', rn_vfac
331         WRITE(numout,*) '         (form absolute (=0) to relative winds(=1))'
332         WRITE(numout,*) '      use ice-atm drag from Lupkes2012                    ln_Cd_L12    = ', ln_Cd_L12
333         WRITE(numout,*) '      use ice-atm drag from Lupkes2015                    ln_Cd_L15    = ', ln_Cd_L15
334         !
335         WRITE(numout,*)
336         SELECT CASE( nblk )              !* Print the choice of bulk algorithm
337         CASE( np_NCAR      )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "NCAR" algorithm        (Large and Yeager 2008)'
338         CASE( np_COARE_3p0 )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)'
339         CASE( np_COARE_3p6 )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "COARE 3.6" algorithm (Fairall 2018+Edson et al. 2013)'
340         CASE( np_ECMWF     )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "ECMWF" algorithm       (IFS cycle 45r1)'
341         END SELECT
342         !
343         WRITE(numout,*)
344         WRITE(numout,*) '      use cool-skin  parameterization (SSST)  ln_skin_cs  = ', ln_skin_cs
345         WRITE(numout,*) '      use warm-layer parameterization (SSST)  ln_skin_wl  = ', ln_skin_wl
346         !
347         WRITE(numout,*)
348         SELECT CASE( nhumi )              !* Print the choice of air humidity
349         CASE( np_humi_sph )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is SPECIFIC HUMIDITY     [kg/kg]'
350         CASE( np_humi_dpt )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is DEW-POINT TEMPERATURE [K]'
351         CASE( np_humi_rlh )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is RELATIVE HUMIDITY     [%]'
352         END SELECT
353         !
354      ENDIF
355      !
356   END SUBROUTINE sbc_blk_init
357
358
359   SUBROUTINE sbc_blk( kt )
360      !!---------------------------------------------------------------------
361      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk  ***
362      !!
363      !! ** Purpose :   provide at each time step the surface ocean fluxes
364      !!              (momentum, heat, freshwater and runoff)
365      !!
366      !! ** Method  :
367      !!              (1) READ each fluxes in NetCDF files:
368      !!      the wind velocity (i-component) at z=rn_zu  (m/s) at T-point
369      !!      the wind velocity (j-component) at z=rn_zu  (m/s) at T-point
370      !!      the specific humidity           at z=rn_zqt (kg/kg)
371      !!      the air temperature             at z=rn_zqt (Kelvin)
372      !!      the solar heat                              (W/m2)
373      !!      the Long wave                               (W/m2)
374      !!      the total precipitation (rain+snow)         (Kg/m2/s)
375      !!      the snow (solid precipitation)              (kg/m2/s)
376      !!      ABL dynamical forcing (i/j-components of either hpg or geostrophic winds)
377      !!              (2) CALL blk_oce_1 and blk_oce_2
378      !!
379      !!      C A U T I O N : never mask the surface stress fields
380      !!                      the stress is assumed to be in the (i,j) mesh referential
381      !!
382      !! ** Action  :   defined at each time-step at the air-sea interface
383      !!              - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
384      !!              - taum        wind stress module at T-point
385      !!              - wndm        wind speed  module at T-point over free ocean or leads in presence of sea-ice
386      !!              - qns, qsr    non-solar and solar heat fluxes
387      !!              - emp         upward mass flux (evapo. - precip.)
388      !!              - sfx         salt flux due to freezing/melting (non-zero only if ice is present)
389      !!
390      !! ** References :   Large & Yeager, 2004 / Large & Yeager, 2008
391      !!                   Brodeau et al. Ocean Modelling 2010
392      !!----------------------------------------------------------------------
393      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
394      !!----------------------------------------------------------------------
395      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zssq, zcd_du, zsen, zevp
396      REAL(wp) :: ztmp
397      !!----------------------------------------------------------------------
398      !
399      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )             ! input fields provided at the current time-step
400
401      ! Sanity/consistence test on humidity at first time step to detect potential screw-up:
402      IF( kt == nit000 ) THEN
403         IF(lwp) WRITE(numout,*) ''
404#if defined key_agrif
405         IF(lwp) WRITE(numout,*) ' === AGRIF => Sanity/consistence test on air humidity SKIPPED! :( ==='
406#else
407         ztmp = SUM(tmask(:,:,1)) ! number of ocean points on local proc domain
408         IF( ztmp > 8._wp ) THEN ! test only on proc domains with at least 8 ocean points!
409            ztmp = SUM(sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)*tmask(:,:,1))/ztmp ! mean humidity over ocean on proc
410            SELECT CASE( nhumi )
411            CASE( np_humi_sph ) ! specific humidity => expect: 0. <= something < 0.065 [kg/kg] (0.061 is saturation at 45degC !!!)
412               IF(  (ztmp < 0._wp) .OR. (ztmp > 0.065)  ) ztmp = -1._wp
413            CASE( np_humi_dpt ) ! dew-point temperature => expect: 110. <= something < 320. [K]
414               IF( (ztmp < 110._wp).OR.(ztmp > 320._wp) ) ztmp = -1._wp
415            CASE( np_humi_rlh ) ! relative humidity => expect: 0. <= something < 100. [%]
416               IF(  (ztmp < 0._wp) .OR.(ztmp > 100._wp) ) ztmp = -1._wp
417            END SELECT
418            IF(ztmp < 0._wp) THEN
419               IF (lwp) WRITE(numout,'("   Mean humidity value found on proc #",i5.5," is: ",f)') narea, ztmp
420               CALL ctl_stop( 'STOP', 'Something is wrong with air humidity!!!', &
421                  &   ' ==> check the unit in your input files'       , &
422                  &   ' ==> check consistence of namelist choice: specific? relative? dew-point?', &
423                  &   ' ==> ln_humi_sph -> [kg/kg] | ln_humi_rlh -> [%] | ln_humi_dpt -> [K] !!!' )
424            END IF
425         END IF
426         IF(lwp) WRITE(numout,*) ' === Sanity/consistence test on air humidity sucessfuly passed! ==='
427#endif
428         IF(lwp) WRITE(numout,*) ''
429      END IF !IF( kt == nit000 )
430      !                                            ! compute the surface ocean fluxes using bulk formulea
431      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 ) THEN
432         CALL blk_oce_1( kt, sf(jp_wndi)%fnow(:,:,1), sf(jp_wndj)%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in
433            &                sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), sf(jp_humi)%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in
434            &                sf(jp_slp )%fnow(:,:,1), sst_m, ssu_m, ssv_m,       &   !   <<= in
435            &                sf(jp_qsr )%fnow(:,:,1), sf(jp_qlw )%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in (wl/cs)
436            &                tsk_m, zssq, zcd_du, zsen, zevp )                       !   =>> out
437
438         CALL blk_oce_2(     sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), sf(jp_qsr )%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in
439            &                sf(jp_qlw )%fnow(:,:,1), sf(jp_prec)%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in
440            &                sf(jp_snow)%fnow(:,:,1), tsk_m,                     &   !   <<= in
441            &                zsen, zevp )                                            !   <=> in out
442      ENDIF
443      !
444#if defined key_cice
445      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   THEN
446         qlw_ice(:,:,1)   = sf(jp_qlw )%fnow(:,:,1)
447         IF( ln_dm2dc ) THEN
448            qsr_ice(:,:,1) = sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) )
449         ELSE
450            qsr_ice(:,:,1) =          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)
451         ENDIF
452         tatm_ice(:,:)    = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)
453
454         SELECT CASE( nhumi )
455         CASE( np_humi_sph )
456            qatm_ice(:,:) =           sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)
457         CASE( np_humi_dpt )
458            qatm_ice(:,:) = q_sat(    sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
459         CASE( np_humi_rlh )
460            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
461         END SELECT
462
463         tprecip(:,:)     = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
464         sprecip(:,:)     = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
465         wndi_ice(:,:)    = sf(jp_wndi)%fnow(:,:,1)
466         wndj_ice(:,:)    = sf(jp_wndj)%fnow(:,:,1)
467      ENDIF
468#endif
469      !
470   END SUBROUTINE sbc_blk
471
472
473   SUBROUTINE blk_oce_1( kt, pwndi, pwndj , ptair, phumi, &  ! inp
474      &                  pslp , pst   , pu   , pv,        &  ! inp
475      &                  pqsr , pqlw  ,                   &  ! inp
476      &                  ptsk, pssq , pcd_du, psen , pevp   )  ! out
477      !!---------------------------------------------------------------------
478      !!                     ***  ROUTINE blk_oce_1  ***
479      !!
480      !! ** Purpose :   if ln_blk=T, computes surface momentum, heat and freshwater fluxes
481      !!                if ln_abl=T, computes Cd x |U|, Ch x |U|, Ce x |U| for ABL integration
482      !!
483      !! ** Method  :   bulk formulae using atmospheric fields from :
484      !!                if ln_blk=T, atmospheric fields read in sbc_read
485      !!                if ln_abl=T, the ABL model at previous time-step
486      !!
487      !! ** Outputs : - pssq    : surface humidity used to compute latent heat flux (kg/kg)
488      !!              - pcd_du  : Cd x |dU| at T-points  (m/s)
489      !!              - psen    : Ch x |dU| at T-points  (m/s)
490      !!              - pevp    : Ce x |dU| at T-points  (m/s)
491      !!---------------------------------------------------------------------
492      INTEGER , INTENT(in   )                 ::   kt     ! time step index
493      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pwndi  ! atmospheric wind at U-point              [m/s]
494      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pwndj  ! atmospheric wind at V-point              [m/s]
495      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   phumi  ! specific humidity at T-points            [kg/kg]
496      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   ptair  ! potential temperature at T-points        [Kelvin]
497      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pslp   ! sea-level pressure                       [Pa]
498      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pst    ! surface temperature                      [Celsius]
499      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pu     ! surface current at U-point (i-component) [m/s]
500      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pv     ! surface current at V-point (j-component) [m/s]
501      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pqsr   !
502      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pqlw   !
503      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   ptsk   ! skin temp. (or SST if CS & WL not used)  [Celsius]
504      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   pssq   ! specific humidity at pst                 [kg/kg]
505      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   pcd_du ! Cd x |dU| at T-points                    [m/s]
506      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   psen   ! Ch x |dU| at T-points                    [m/s]
507      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   pevp   ! Ce x |dU| at T-points                    [m/s]
508      !
509      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
510      REAL(wp) ::   zztmp                ! local variable
511      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zwnd_i, zwnd_j    ! wind speed components at T-point
512      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zU_zu             ! bulk wind speed at height zu  [m/s]
513      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   ztpot             ! potential temperature of air at z=rn_zqt [K]
514      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqair             ! specific humidity     of air at z=rn_zqt [kg/kg]
515      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zcd_oce           ! momentum transfert coefficient over ocean
516      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zch_oce           ! sensible heat transfert coefficient over ocean
517      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zce_oce           ! latent   heat transfert coefficient over ocean
518      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqla              ! latent heat flux
519      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zztmp1, zztmp2
520      !!---------------------------------------------------------------------
521      !
522      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
523      !                           ! Temporary conversion from Celcius to Kelvin (and set minimum value far above 0 K)
524      ptsk(:,:) = pst(:,:) + rt0  ! by default: skin temperature = "bulk SST" (will remain this way if NCAR algorithm used!)
525
526      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
527      !      0   Wind components and module at T-point relative to the moving ocean   !
528      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
529
530      ! ... components ( U10m - U_oce ) at T-point (unmasked)
531#if defined key_cyclone
532      zwnd_i(:,:) = 0._wp
533      zwnd_j(:,:) = 0._wp
534      CALL wnd_cyc( kt, zwnd_i, zwnd_j )    ! add analytical tropical cyclone (Vincent et al. JGR 2012)
535      DO jj = 2, jpjm1
536         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
537            pwndi(ji,jj) = pwndi(ji,jj) + zwnd_i(ji,jj)
538            pwndj(ji,jj) = pwndj(ji,jj) + zwnd_j(ji,jj)
539         END DO
540      END DO
541#endif
542      DO jj = 2, jpjm1
543         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
544            zwnd_i(ji,jj) = (  pwndi(ji,jj) - rn_vfac * 0.5 * ( pu(ji-1,jj  ) + pu(ji,jj) )  )
545            zwnd_j(ji,jj) = (  pwndj(ji,jj) - rn_vfac * 0.5 * ( pv(ji  ,jj-1) + pv(ji,jj) )  )
546         END DO
547      END DO
548      CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', zwnd_i, 'T', -1., zwnd_j, 'T', -1. )
549      ! ... scalar wind ( = | U10m - U_oce | ) at T-point (masked)
550      wndm(:,:) = SQRT(  zwnd_i(:,:) * zwnd_i(:,:)   &
551         &             + zwnd_j(:,:) * zwnd_j(:,:)  ) * tmask(:,:,1)
552
553      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
554      !      I   Solar FLUX                                                           !
555      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
556
557      ! ocean albedo assumed to be constant + modify now Qsr to include the diurnal cycle                    ! Short Wave
558      zztmp = 1. - albo
559      IF( ln_dm2dc ) THEN
560         qsr(:,:) = zztmp * sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) ) * tmask(:,:,1)
561      ELSE
562         qsr(:,:) = zztmp *          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)   * tmask(:,:,1)
563      ENDIF
564
565
566      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
567      !     II   Turbulent FLUXES                                                     !
568      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
569
570      ! specific humidity at SST
571      pssq(:,:) = rdct_qsat_salt * q_sat( ptsk(:,:), pslp(:,:) )
572
573      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
574         !! Backup "bulk SST" and associated spec. hum.
575         zztmp1(:,:) = ptsk(:,:)
576         zztmp2(:,:) = pssq(:,:)
577      ENDIF
578
579      ! specific humidity of air at "rn_zqt" m above the sea
580      SELECT CASE( nhumi )
581      CASE( np_humi_sph )
582         zqair(:,:) = phumi(:,:)      ! what we read in file is already a spec. humidity!
583      CASE( np_humi_dpt )
584         !IF(lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_oce => computing q_air out of d_air and slp !' !LBrm
585         zqair(:,:) = q_sat( phumi(:,:), pslp(:,:) )
586      CASE( np_humi_rlh )
587         !IF(lwp) WRITE(numout,*) ' *** blk_oce => computing q_air out of RH, t_air and slp !' !LBrm
588         zqair(:,:) = q_air_rh( 0.01_wp*phumi(:,:), ptair(:,:), pslp(:,:) ) !LB: 0.01 => RH is % percent in file
589      END SELECT
590      !
591      ! potential temperature of air at "rn_zqt" m above the sea
592      IF( ln_abl ) THEN
593         ztpot = ptair(:,:)
594      ELSE
595         ! Estimate of potential temperature at z=rn_zqt, based on adiabatic lapse-rate
596         !    (see Josey, Gulev & Yu, 2013) / doi=10.1016/B978-0-12-391851-2.00005-2
597         !    (since reanalysis products provide T at z, not theta !)
598         !#LB: because AGRIF hates functions that return something else than a scalar, need to
599         !     use scalar version of gamma_moist() ...
600         DO jj = 1, jpj
601            DO ji = 1, jpi
602               ztpot(ji,jj) = ptair(ji,jj) + gamma_moist( ptair(ji,jj), zqair(ji,jj) ) * rn_zqt
603            END DO
604         END DO
605      ENDIF
606
607
608
609      !! Time to call the user-selected bulk parameterization for
610      !!  ==  transfer coefficients  ==!   Cd, Ch, Ce at T-point, and more...
611      SELECT CASE( nblk )
612
613      CASE( np_NCAR      )
614         CALL turb_ncar    ( rn_zqt, rn_zu, ptsk, ztpot, pssq, zqair, wndm,                              &
615            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce )
616
617      CASE( np_COARE_3p0 )
618         CALL turb_coare3p0 ( kt, rn_zqt, rn_zu, ptsk, ztpot, pssq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl, &
619            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce,   &
620            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=pqlw(:,:), slp=pslp(:,:) )
621
622      CASE( np_COARE_3p6 )
623         CALL turb_coare3p6 ( kt, rn_zqt, rn_zu, ptsk, ztpot, pssq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl, &
624            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce,   &
625            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=pqlw(:,:), slp=pslp(:,:) )
626
627      CASE( np_ECMWF     )
628         CALL turb_ecmwf   ( kt, rn_zqt, rn_zu, ptsk, ztpot, pssq, zqair, wndm, ln_skin_cs, ln_skin_wl,  &
629            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, t_zu, q_zu, zU_zu, cdn_oce, chn_oce, cen_oce,   &
630            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=pqlw(:,:), slp=pslp(:,:) )
631
632      CASE DEFAULT
633         CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_oce: non-existing bulk formula selected' )
634
635      END SELECT
636
637      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
638         !! ptsk and pssq have been updated!!!
639         !!
640         !! In the presence of sea-ice we forget about the cool-skin/warm-layer update of ptsk and pssq:
641         WHERE ( fr_i(:,:) > 0.001_wp )
642            ! sea-ice present, we forget about the update, using what we backed up before call to turb_*()
643            ptsk(:,:) = zztmp1(:,:)
644            pssq(:,:) = zztmp2(:,:)
645         !ELSEWHERE
646         !   ! no sea-ice!
647         !   ! ptsk and zsq have been updated by cool-skin/warm-layer scheme and we keep them !!!
648         !   ptsk(:,:) = ptsk(:,:)*tmask(:,:,1)
649         !   pssq(:,:) = pssq(:,:)*tmask(:,:,1)
650         END WHERE
651      END IF
652
653      !!      CALL iom_put( "Cd_oce", zcd_oce)  ! output value of pure ocean-atm. transfer coef.
654      !!      CALL iom_put( "Ch_oce", zch_oce)  ! output value of pure ocean-atm. transfer coef.
655
656      IF( ABS(rn_zu - rn_zqt) < 0.1_wp ) THEN
657         !! If zu == zt, then ensuring once for all that:
658         t_zu(:,:) = ztpot(:,:)
659         q_zu(:,:) = zqair(:,:)
660      ENDIF
661
662
663      !  Turbulent fluxes over ocean  => BULK_FORMULA @ sbcblk_phy.F90
664      ! -------------------------------------------------------------
665
666      IF( ln_abl ) THEN         !==  ABL formulation  ==!   multiplication by rho_air and turbulent fluxes computation done in ablstp
667         !! FL do we need this multiplication by tmask ... ???
668         DO jj = 1, jpj
669            DO ji = 1, jpi
670               zztmp = zU_zu(ji,jj) !* tmask(ji,jj,1)
671               wndm(ji,jj)   = zztmp                   ! Store zU_zu in wndm to compute ustar2 in ablmod
672               pcd_du(ji,jj) = zztmp * zcd_oce(ji,jj)
673               psen(ji,jj)   = zztmp * zch_oce(ji,jj)
674               pevp(ji,jj)   = zztmp * zce_oce(ji,jj)
675            END DO
676         END DO
677      ELSE                      !==  BLK formulation  ==!   turbulent fluxes computation
678         CALL BULK_FORMULA( rn_zu, ptsk(:,:), pssq(:,:), t_zu(:,:), q_zu(:,:), &
679            &               zcd_oce(:,:), zch_oce(:,:), zce_oce(:,:),         &
680            &               wndm(:,:), zU_zu(:,:), pslp(:,:),                 &
681            &               taum(:,:), psen(:,:), zqla(:,:),                  &
682            &               pEvap=pevp(:,:), prhoa=rhoa(:,:) )
683
684         zqla(:,:) = zqla(:,:) * tmask(:,:,1)
685         psen(:,:) = psen(:,:) * tmask(:,:,1)
686         taum(:,:) = taum(:,:) * tmask(:,:,1)
687         pevp(:,:) = pevp(:,:) * tmask(:,:,1)
688
689         ! Tau i and j component on T-grid points, using array "zcd_oce" as a temporary array...
690         zcd_oce = 0._wp
691         WHERE ( wndm > 0._wp ) zcd_oce = taum / wndm
692         zwnd_i = zcd_oce * zwnd_i
693         zwnd_j = zcd_oce * zwnd_j
694
695         CALL iom_put( "taum_oce", taum )   ! output wind stress module
696
697         ! ... utau, vtau at U- and V_points, resp.
698         !     Note the use of 0.5*(2-umask) in order to unmask the stress along coastlines
699         !     Note the use of MAX(tmask(i,j),tmask(i+1,j) is to mask tau over ice shelves
700         DO jj = 1, jpjm1
701            DO ji = 1, fs_jpim1
702               utau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_i(ji,jj) + zwnd_i(ji+1,jj  ) ) &
703                  &          * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji+1,jj,1))
704               vtau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_j(ji,jj) + zwnd_j(ji  ,jj+1) ) &
705                  &          * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji,jj+1,1))
706            END DO
707         END DO
708         CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', utau, 'U', -1., vtau, 'V', -1. )
709
710         IF(ln_ctl) THEN
711            CALL prt_ctl( tab2d_1=wndm  , clinfo1=' blk_oce_1: wndm   : ')
712            CALL prt_ctl( tab2d_1=utau  , clinfo1=' blk_oce_1: utau   : ', mask1=umask,   &
713               &          tab2d_2=vtau  , clinfo2='            vtau   : ', mask2=vmask )
714         ENDIF
715         !
716      ENDIF !IF( ln_abl )
717     
718      ptsk(:,:) = ( ptsk(:,:) - rt0 ) * tmask(:,:,1)  ! Back to Celsius
719           
720      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
721         CALL iom_put( "t_skin" ,  ptsk        )  ! T_skin in Celsius
722         CALL iom_put( "dt_skin" , ptsk - pst  )  ! T_skin - SST temperature difference...
723      ENDIF
724
725      IF(ln_ctl) THEN
726         CALL prt_ctl( tab2d_1=pevp  , clinfo1=' blk_oce_1: pevp   : ' )
727         CALL prt_ctl( tab2d_1=psen  , clinfo1=' blk_oce_1: psen   : ' )
728         CALL prt_ctl( tab2d_1=pssq  , clinfo1=' blk_oce_1: pssq   : ' )
729      ENDIF
730      !
731   END SUBROUTINE blk_oce_1
732
733
734   SUBROUTINE blk_oce_2( ptair, pqsr, pqlw, pprec,   &   ! <<= in
735      &                  psnow, ptsk, psen, pevp     )  ! <<= in
736      !!---------------------------------------------------------------------
737      !!                     ***  ROUTINE blk_oce_2  ***
738      !!
739      !! ** Purpose :   finalize the momentum, heat and freshwater fluxes computation
740      !!                at the ocean surface at each time step knowing Cd, Ch, Ce and
741      !!                atmospheric variables (from ABL or external data)
742      !!
743      !! ** Outputs : - utau    : i-component of the stress at U-point  (N/m2)
744      !!              - vtau    : j-component of the stress at V-point  (N/m2)
745      !!              - taum    : Wind stress module at T-point         (N/m2)
746      !!              - wndm    : Wind speed module at T-point          (m/s)
747      !!              - qsr     : Solar heat flux over the ocean        (W/m2)
748      !!              - qns     : Non Solar heat flux over the ocean    (W/m2)
749      !!              - emp     : evaporation minus precipitation       (kg/m2/s)
750      !!---------------------------------------------------------------------
751      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   ptair
752      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   pqsr
753      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   pqlw
754      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   pprec
755      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   psnow
756      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   ptsk   ! SKIN surface temperature   [Celsius]
757      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   psen
758      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   pevp
759      !
760      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
761      REAL(wp) ::   zztmp,zz1,zz2,zz3    ! local variable
762      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   ztskk             ! skin temp. in Kelvin
763      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqlw              ! long wave and sensible heat fluxes     
764      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqla              ! latent heat fluxes and evaporation
765      !!---------------------------------------------------------------------
766      !
767      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
768
769
770      ztskk(:,:) = ptsk(:,:) + rt0  ! => ptsk in Kelvin rather than Celsius
771     
772      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
773      !     III    Net longwave radiative FLUX                                        !
774      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
775
776      !! LB: now moved after Turbulent fluxes because must use the skin temperature rather that the SST
777      !! (ztskk is skin temperature if ln_skin_cs==.TRUE. .OR. ln_skin_wl==.TRUE.)
778      zqlw(:,:) = emiss_w * ( pqlw(:,:) - stefan*ztskk(:,:)*ztskk(:,:)*ztskk(:,:)*ztskk(:,:) ) * tmask(:,:,1)   ! Net radiative longwave flux
779
780      !  Latent flux over ocean
781      ! -----------------------
782
783      ! use scalar version of L_vap() for AGRIF compatibility
784      DO jj = 1, jpj
785         DO ji = 1, jpi
786            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
787         ENDDO
788      ENDDO
789
790      IF(ln_ctl) THEN
791         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqla  , clinfo1=' blk_oce_2: zqla   : ' )
792         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqlw  , clinfo1=' blk_oce_2: zqlw   : ', tab2d_2=qsr, clinfo2=' qsr : ' )
793
794      ENDIF
795
796      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
797      !     IV    Total FLUXES                                                       !
798      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
799      !
800      emp (:,:) = (  pevp(:,:)                                       &   ! mass flux (evap. - precip.)
801         &         - pprec(:,:) * rn_pfac  ) * tmask(:,:,1)
802      !
803      qns(:,:) = zqlw(:,:) + psen(:,:) + zqla(:,:)                   &   ! Downward Non Solar
804         &     - psnow(:,:) * rn_pfac * rLfus                        &   ! remove latent melting heat for solid precip
805         &     - pevp(:,:) * ptsk(:,:) * rcp                         &   ! remove evap heat content at SST
806         &     + ( pprec(:,:) - psnow(:,:) ) * rn_pfac               &   ! add liquid precip heat content at Tair
807         &     * ( ptair(:,:) - rt0 ) * rcp                          &
808         &     + psnow(:,:) * rn_pfac                                &   ! add solid  precip heat content at min(Tair,Tsnow)
809         &     * ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi
810      qns(:,:) = qns(:,:) * tmask(:,:,1)
811      !
812#if defined key_si3
813      qns_oce(:,:) = zqlw(:,:) + psen(:,:) + zqla(:,:)                             ! non solar without emp (only needed by SI3)
814      qsr_oce(:,:) = qsr(:,:)
815#endif
816      !
817      CALL iom_put( "rho_air"  , rhoa*tmask(:,:,1) )       ! output air density [kg/m^3]
818      CALL iom_put( "evap_oce" , pevp )                    ! evaporation
819      CALL iom_put( "qlw_oce"  , zqlw )                    ! output downward longwave heat over the ocean
820      CALL iom_put( "qsb_oce"  , psen )                    ! output downward sensible heat over the ocean
821      CALL iom_put( "qla_oce"  , zqla )                    ! output downward latent   heat over the ocean
822      tprecip(:,:) = pprec(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)   ! output total precipitation [kg/m2/s]
823      sprecip(:,:) = psnow(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)   ! output solid precipitation [kg/m2/s]
824      CALL iom_put( 'snowpre', sprecip )                   ! Snow
825      CALL iom_put( 'precip' , tprecip )                   ! Total precipitation
826      !
827      IF ( nn_ice == 0 ) THEN
828         CALL iom_put( "qemp_oce" , qns-zqlw-psen-zqla )   ! output downward heat content of E-P over the ocean
829         CALL iom_put( "qns_oce"  ,   qns  )               ! output downward non solar heat over the ocean
830         CALL iom_put( "qsr_oce"  ,   qsr  )               ! output downward solar heat over the ocean
831         CALL iom_put( "qt_oce"   ,   qns+qsr )            ! output total downward heat over the ocean
832      ENDIF
833      !
834      IF(ln_ctl) THEN
835         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqlw , clinfo1=' blk_oce_2: zqlw  : ')
836         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqla , clinfo1=' blk_oce_2: zqla  : ', tab2d_2=qsr  , clinfo2=' qsr   : ')
837         CALL prt_ctl(tab2d_1=emp  , clinfo1=' blk_oce_2: emp   : ')
838      ENDIF
839      !
840   END SUBROUTINE blk_oce_2
841
842
843#if defined key_si3
844   !!----------------------------------------------------------------------
845   !!   'key_si3'                                       SI3 sea-ice model
846   !!----------------------------------------------------------------------
847   !!   blk_ice_1   : provide the air-ice stress
848   !!   blk_ice_2   : provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
849   !!   blk_ice_qcn : provide ice surface temperature and snow/ice conduction flux (emulating conduction flux)
850   !!   Cdn10_Lupkes2012 : Lupkes et al. (2012) air-ice drag
851   !!   Cdn10_Lupkes2015 : Lupkes et al. (2015) air-ice drag
852   !!----------------------------------------------------------------------
853
854   SUBROUTINE blk_ice_1( pwndi, pwndj, ptair, phumi, pslp , puice, pvice, ptsui,  &   ! inputs
855      &                  putaui, pvtaui, pseni, pevpi, pssqi, pcd_dui             )   ! optional outputs
856      !!---------------------------------------------------------------------
857      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_1  ***
858      !!
859      !! ** Purpose :   provide the surface boundary condition over sea-ice
860      !!
861      !! ** Method  :   compute momentum using bulk formulation
862      !!                formulea, ice variables and read atmospheric fields.
863      !!                NB: ice drag coefficient is assumed to be a constant
864      !!---------------------------------------------------------------------
865      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pslp    ! sea-level pressure [Pa]
866      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pwndi   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
867      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pwndj   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
868      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   ptair   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
869      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   phumi   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
870      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   puice   ! sea-ice velocity on I or C grid [m/s]
871      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pvice   ! "
872      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   ptsui   ! sea-ice surface temperature [K]
873      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   putaui  ! if ln_blk
874      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pvtaui  ! if ln_blk
875      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pseni   ! if ln_abl
876      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pevpi   ! if ln_abl
877      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pssqi   ! if ln_abl
878      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pcd_dui ! if ln_abl
879      !
880      INTEGER  ::   ji, jj    ! dummy loop indices
881      REAL(wp) ::   zwndi_t , zwndj_t             ! relative wind components at T-point
882      REAL(wp) ::   zootm_su                      ! sea-ice surface mean temperature
883      REAL(wp) ::   zztmp1, zztmp2                ! temporary arrays
884      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zcd_dui   ! transfer coefficient for momentum      (tau)
885      !!---------------------------------------------------------------------
886      !
887
888      ! ------------------------------------------------------------ !
889      !    Wind module relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
890      ! ------------------------------------------------------------ !
891      ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
892      DO jj = 2, jpjm1
893         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
894            zwndi_t = (  pwndi(ji,jj) - rn_vfac * 0.5_wp * ( puice(ji-1,jj  ) + puice(ji,jj) )  )
895            zwndj_t = (  pwndj(ji,jj) - rn_vfac * 0.5_wp * ( pvice(ji  ,jj-1) + pvice(ji,jj) )  )
896            wndm_ice(ji,jj) = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
897         END DO
898      END DO
899      CALL lbc_lnk( 'sbcblk', wndm_ice, 'T',  1. )
900      !
901      ! Make ice-atm. drag dependent on ice concentration
902      IF    ( ln_Cd_L12 ) THEN   ! calculate new drag from Lupkes(2012) equations
903         CALL Cdn10_Lupkes2012( Cd_ice )
904         Ch_ice(:,:) = Cd_ice(:,:)       ! momentum and heat transfer coef. are considered identical
905         Ce_ice(:,:) = Cd_ice(:,:)
906      ELSEIF( ln_Cd_L15 ) THEN   ! calculate new drag from Lupkes(2015) equations
907         CALL Cdn10_Lupkes2015( ptsui, pslp, Cd_ice, Ch_ice )
908         Ce_ice(:,:) = Ch_ice(:,:)       ! sensible and latent heat transfer coef. are considered identical
909      ENDIF
910
911      !! IF ( iom_use("Cd_ice") ) CALL iom_put("Cd_ice", Cd_ice)   ! output value of pure ice-atm. transfer coef.
912      !! IF ( iom_use("Ch_ice") ) CALL iom_put("Ch_ice", Ch_ice)   ! output value of pure ice-atm. transfer coef.
913
914      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
915      !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)
916      zcd_dui(:,:) = wndm_ice(:,:) * Cd_ice(:,:)
917
918      IF( ln_blk ) THEN
919         ! ------------------------------------------------------------ !
920         !    Wind stress relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
921         ! ------------------------------------------------------------ !
922         ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
923         DO jj = 2, jpjm1
924            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
925               putaui(ji,jj) = 0.5_wp * (  rhoa(ji+1,jj) * zcd_dui(ji+1,jj)             &
926                  &                      + rhoa(ji  ,jj) * zcd_dui(ji  ,jj)  )          &
927                  &         * ( 0.5_wp * ( pwndi(ji+1,jj) + pwndi(ji,jj) ) - rn_vfac * puice(ji,jj) )
928               pvtaui(ji,jj) = 0.5_wp * (  rhoa(ji,jj+1) * zcd_dui(ji,jj+1)             &
929                  &                      + rhoa(ji,jj  ) * zcd_dui(ji,jj  )  )          &
930                  &         * ( 0.5_wp * ( pwndj(ji,jj+1) + pwndj(ji,jj) ) - rn_vfac * pvice(ji,jj) )
931            END DO
932         END DO
933         CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', putaui, 'U', -1., pvtaui, 'V', -1. )
934         !
935         IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab2d_1=putaui  , clinfo1=' blk_ice: putaui : '   &
936            &                     , tab2d_2=pvtaui  , clinfo2='          pvtaui : ' )
937      ELSE
938         zztmp1 = 11637800.0_wp
939         zztmp2 =    -5897.8_wp
940         DO jj = 1, jpj
941            DO ji = 1, jpi
942               pcd_dui(ji,jj) = zcd_dui (ji,jj)
943               pseni  (ji,jj) = wndm_ice(ji,jj) * Ch_ice(ji,jj)
944               pevpi  (ji,jj) = wndm_ice(ji,jj) * Ce_ice(ji,jj)
945               zootm_su       = zztmp2 / ptsui(ji,jj)   ! ptsui is in K (it can't be zero ??)
946               pssqi  (ji,jj) = zztmp1 * EXP( zootm_su ) / rhoa(ji,jj)
947            END DO
948         END DO
949      ENDIF
950      !
951      IF(ln_ctl)  CALL prt_ctl(tab2d_1=wndm_ice  , clinfo1=' blk_ice: wndm_ice : ')
952      !
953   END SUBROUTINE blk_ice_1
954
955
956   SUBROUTINE blk_ice_2( ptsu, phs, phi, palb, ptair, phumi, pslp, pqlw, pprec, psnow  )
957      !!---------------------------------------------------------------------
958      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_2  ***
959      !!
960      !! ** Purpose :   provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
961      !!
962      !! ** Method  :   compute heat and freshwater exchanged
963      !!                between atmosphere and sea-ice using bulk formulation
964      !!                formulea, ice variables and read atmmospheric fields.
965      !!
966      !! caution : the net upward water flux has with mm/day unit
967      !!---------------------------------------------------------------------
968      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   ptsu   ! sea ice surface temperature [K]
969      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   phs    ! snow thickness
970      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   phi    ! ice thickness
971      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   palb   ! ice albedo (all skies)
972      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   ptair
973      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   phumi
974      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   pslp
975      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   pqlw
976      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   pprec
977      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   psnow
978      !!
979      INTEGER  ::   ji, jj, jl               ! dummy loop indices
980      REAL(wp) ::   zst3                     ! local variable
981      REAL(wp) ::   zcoef_dqlw, zcoef_dqla   !   -      -
982      REAL(wp) ::   zztmp, zztmp2, z1_rLsub  !   -      -
983      REAL(wp) ::   zfr1, zfr2               ! local variables
984      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z1_st         ! inverse of surface temperature
985      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_qlw         ! long wave heat flux over ice
986      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_qsb         ! sensible  heat flux over ice
987      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_dqlw        ! long wave heat sensitivity over ice
988      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_dqsb        ! sensible  heat sensitivity over ice
989      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zevap, zsnw   ! evaporation and snw distribution after wind blowing (SI3)
990      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zqair         ! specific humidity of air at z=rn_zqt [kg/kg] !LB
991      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   ztmp, ztmp2
992      !!---------------------------------------------------------------------
993      !
994      zcoef_dqlw = 4._wp * 0.95_wp * stefan             ! local scalars
995      zcoef_dqla = -rLsub * 11637800._wp * (-5897.8_wp) !LB: BAD!
996      !
997      SELECT CASE( nhumi )
998      CASE( np_humi_sph )
999         zqair(:,:) =  phumi(:,:)      ! what we read in file is already a spec. humidity!
1000      CASE( np_humi_dpt )
1001         zqair(:,:) = q_sat( phumi(:,:), pslp )
1002      CASE( np_humi_rlh )
1003         zqair(:,:) = q_air_rh( 0.01_wp*phumi(:,:), ptair(:,:), pslp(:,:) ) !LB: 0.01 => RH is % percent in file
1004      END SELECT
1005      !
1006      zztmp = 1. / ( 1. - albo )
1007      WHERE( ptsu(:,:,:) /= 0._wp )
1008         z1_st(:,:,:) = 1._wp / ptsu(:,:,:)
1009      ELSEWHERE
1010         z1_st(:,:,:) = 0._wp
1011      END WHERE
1012      !                                     ! ========================== !
1013      DO jl = 1, jpl                        !  Loop over ice categories  !
1014         !                                  ! ========================== !
1015         DO jj = 1 , jpj
1016            DO ji = 1, jpi
1017               ! ----------------------------!
1018               !      I   Radiative FLUXES   !
1019               ! ----------------------------!
1020               zst3 = ptsu(ji,jj,jl) * ptsu(ji,jj,jl) * ptsu(ji,jj,jl)
1021               ! Short Wave (sw)
1022               qsr_ice(ji,jj,jl) = zztmp * ( 1. - palb(ji,jj,jl) ) * qsr(ji,jj)
1023               ! Long  Wave (lw)
1024               z_qlw(ji,jj,jl) = 0.95 * ( pqlw(ji,jj) - stefan * ptsu(ji,jj,jl) * zst3 ) * tmask(ji,jj,1)
1025               ! lw sensitivity
1026               z_dqlw(ji,jj,jl) = zcoef_dqlw * zst3
1027
1028               ! ----------------------------!
1029               !     II    Turbulent FLUXES  !
1030               ! ----------------------------!
1031
1032               ! ... turbulent heat fluxes with Ch_ice recalculated in blk_ice_1
1033               ! Sensible Heat
1034               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))
1035               ! Latent Heat
1036               zztmp2 = EXP( -5897.8 * z1_st(ji,jj,jl) )
1037               qla_ice(ji,jj,jl) = rn_efac * MAX( 0.e0, rhoa(ji,jj) * rLsub  * Ce_ice(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj) *  &
1038                  &                ( 11637800. * zztmp2 / rhoa(ji,jj) - zqair(ji,jj) ) )
1039               ! Latent heat sensitivity for ice (Dqla/Dt)
1040               IF( qla_ice(ji,jj,jl) > 0._wp ) THEN
1041                  dqla_ice(ji,jj,jl) = rn_efac * zcoef_dqla * Ce_ice(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj) *  &
1042                     &                 z1_st(ji,jj,jl) * z1_st(ji,jj,jl) * zztmp2
1043               ELSE
1044                  dqla_ice(ji,jj,jl) = 0._wp
1045               ENDIF
1046
1047               ! Sensible heat sensitivity (Dqsb_ice/Dtn_ice)
1048               z_dqsb(ji,jj,jl) = rhoa(ji,jj) * rCp_air * Ch_ice(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj)
1049
1050               ! ----------------------------!
1051               !     III    Total FLUXES     !
1052               ! ----------------------------!
1053               ! Downward Non Solar flux
1054               qns_ice (ji,jj,jl) =     z_qlw (ji,jj,jl) - z_qsb (ji,jj,jl) - qla_ice (ji,jj,jl)
1055               ! Total non solar heat flux sensitivity for ice
1056               dqns_ice(ji,jj,jl) = - ( z_dqlw(ji,jj,jl) + z_dqsb(ji,jj,jl) + dqla_ice(ji,jj,jl) )
1057            END DO
1058            !
1059         END DO
1060         !
1061      END DO
1062      !
1063      tprecip(:,:) = pprec(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)  ! total precipitation [kg/m2/s]
1064      sprecip(:,:) = psnow(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)  ! solid precipitation [kg/m2/s]
1065      CALL iom_put( 'snowpre', sprecip )                  ! Snow precipitation
1066      CALL iom_put( 'precip' , tprecip )                  ! Total precipitation
1067
1068      ! --- evaporation --- !
1069      z1_rLsub = 1._wp / rLsub
1070      evap_ice (:,:,:) = rn_efac * qla_ice (:,:,:) * z1_rLsub    ! sublimation
1071      devap_ice(:,:,:) = rn_efac * dqla_ice(:,:,:) * z1_rLsub    ! d(sublimation)/dT
1072      zevap    (:,:)   = rn_efac * ( emp(:,:) + tprecip(:,:) )   ! evaporation over ocean
1073
1074      ! --- evaporation minus precipitation --- !
1075      zsnw(:,:) = 0._wp
1076      CALL ice_thd_snwblow( (1.-at_i_b(:,:)), zsnw )  ! snow distribution over ice after wind blowing
1077      emp_oce(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * zevap(:,:) - ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) - sprecip(:,:) * (1._wp - zsnw )
1078      emp_ice(:,:) = SUM( a_i_b(:,:,:) * evap_ice(:,:,:), dim=3 ) - sprecip(:,:) * zsnw
1079      emp_tot(:,:) = emp_oce(:,:) + emp_ice(:,:)
1080
1081      ! --- heat flux associated with emp --- !
1082      qemp_oce(:,:) = - ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * zevap(:,:) * sst_m(:,:) * rcp                  & ! evap at sst
1083         &          + ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) * ( ptair(:,:) - rt0 ) * rcp               & ! liquid precip at Tair
1084         &          +   sprecip(:,:) * ( 1._wp - zsnw ) *                                        & ! solid precip at min(Tair,Tsnow)
1085         &              ( ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
1086      qemp_ice(:,:) =   sprecip(:,:) * zsnw *                                                    & ! solid precip (only)
1087         &              ( ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
1088
1089      ! --- total solar and non solar fluxes --- !
1090      qns_tot(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * qns_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qns_ice(:,:,:), dim=3 )  &
1091         &           + qemp_ice(:,:) + qemp_oce(:,:)
1092      qsr_tot(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * qsr_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qsr_ice(:,:,:), dim=3 )
1093
1094      ! --- heat content of precip over ice in J/m3 (to be used in 1D-thermo) --- !
1095      qprec_ice(:,:) = rhos * ( ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
1096
1097      ! --- heat content of evap over ice in W/m2 (to be used in 1D-thermo) ---
1098      DO jl = 1, jpl
1099         qevap_ice(:,:,jl) = 0._wp ! should be -evap_ice(:,:,jl)*( ( Tice - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) )
1100         !                         ! But we do not have Tice => consider it at 0degC => evap=0
1101      END DO
1102
1103      ! --- shortwave radiation transmitted below the surface (W/m2, see Grenfell Maykut 77) --- !
1104      zfr1 = ( 0.18 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.35 * cldf_ice )            ! transmission when hi>10cm
1105      zfr2 = ( 0.82 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.65 * cldf_ice )            ! zfr2 such that zfr1 + zfr2 to equal 1
1106      !
1107      WHERE    ( phs(:,:,:) <= 0._wp .AND. phi(:,:,:) <  0.1_wp )       ! linear decrease from hi=0 to 10cm
1108         qtr_ice_top(:,:,:) = qsr_ice(:,:,:) * ( zfr1 + zfr2 * ( 1._wp - phi(:,:,:) * 10._wp ) )
1109      ELSEWHERE( phs(:,:,:) <= 0._wp .AND. phi(:,:,:) >= 0.1_wp )       ! constant (zfr1) when hi>10cm
1110         qtr_ice_top(:,:,:) = qsr_ice(:,:,:) * zfr1
1111      ELSEWHERE                                                         ! zero when hs>0
1112         qtr_ice_top(:,:,:) = 0._wp
1113      END WHERE
1114      !
1115
1116      IF( iom_use('evap_ao_cea') .OR. iom_use('hflx_evap_cea') ) THEN
1117         ztmp(:,:) = zevap(:,:) * ( 1._wp - at_i_b(:,:) )
1118         IF( iom_use('evap_ao_cea'  ) )  CALL iom_put( 'evap_ao_cea'  , ztmp(:,:) * tmask(:,:,1) )   ! ice-free oce evap (cell average)
1119         IF( iom_use('hflx_evap_cea') )  CALL iom_put( 'hflx_evap_cea', ztmp(:,:) * sst_m(:,:) * rcp * tmask(:,:,1) )   ! heat flux from evap (cell average)
1120      ENDIF
1121      IF( iom_use('hflx_rain_cea') ) THEN
1122         ztmp(:,:) = rcp * ( SUM( (ptsu-rt0) * a_i_b, dim=3 ) + sst_m(:,:) * ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) )
1123         IF( iom_use('hflx_rain_cea') )  CALL iom_put( 'hflx_rain_cea', ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) * ztmp(:,:) )   ! heat flux from rain (cell average)
1124      ENDIF
1125      IF( iom_use('hflx_snow_cea') .OR. iom_use('hflx_snow_ao_cea') .OR. iom_use('hflx_snow_ai_cea')  )  THEN
1126         WHERE( SUM( a_i_b, dim=3 ) > 1.e-10 )
1127            ztmp(:,:) = rcpi * SUM( (ptsu-rt0) * a_i_b, dim=3 ) / SUM( a_i_b, dim=3 )
1128         ELSEWHERE
1129            ztmp(:,:) = rcp * sst_m(:,:)
1130         ENDWHERE
1131         ztmp2(:,:) = sprecip(:,:) * ( ztmp(:,:) - rLfus )
1132         IF( iom_use('hflx_snow_cea')    ) CALL iom_put('hflx_snow_cea'   , ztmp2(:,:) ) ! heat flux from snow (cell average)
1133         IF( iom_use('hflx_snow_ao_cea') ) CALL iom_put('hflx_snow_ao_cea', ztmp2(:,:) * ( 1._wp - zsnw(:,:) ) ) ! heat flux from snow (over ocean)
1134         IF( iom_use('hflx_snow_ai_cea') ) CALL iom_put('hflx_snow_ai_cea', ztmp2(:,:) *           zsnw(:,:)   ) ! heat flux from snow (over ice)
1135      ENDIF
1136      !
1137      IF(ln_ctl) THEN
1138         CALL prt_ctl(tab3d_1=qla_ice , clinfo1=' blk_ice: qla_ice  : ', tab3d_2=z_qsb   , clinfo2=' z_qsb    : ', kdim=jpl)
1139         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_qlw   , clinfo1=' blk_ice: z_qlw    : ', tab3d_2=dqla_ice, clinfo2=' dqla_ice : ', kdim=jpl)
1140         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_dqsb  , clinfo1=' blk_ice: z_dqsb   : ', tab3d_2=z_dqlw  , clinfo2=' z_dqlw   : ', kdim=jpl)
1141         CALL prt_ctl(tab3d_1=dqns_ice, clinfo1=' blk_ice: dqns_ice : ', tab3d_2=qsr_ice , clinfo2=' qsr_ice  : ', kdim=jpl)
1142         CALL prt_ctl(tab3d_1=ptsu    , clinfo1=' blk_ice: ptsu     : ', tab3d_2=qns_ice , clinfo2=' qns_ice  : ', kdim=jpl)
1143         CALL prt_ctl(tab2d_1=tprecip , clinfo1=' blk_ice: tprecip  : ', tab2d_2=sprecip , clinfo2=' sprecip  : ')
1144      ENDIF
1145      !
1146   END SUBROUTINE blk_ice_2
1147
1148
1149   SUBROUTINE blk_ice_qcn( ld_virtual_itd, ptsu, ptb, phs, phi )
1150      !!---------------------------------------------------------------------
1151      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_qcn  ***
1152      !!
1153      !! ** Purpose :   Compute surface temperature and snow/ice conduction flux
1154      !!                to force sea ice / snow thermodynamics
1155      !!                in the case conduction flux is emulated
1156      !!
1157      !! ** Method  :   compute surface energy balance assuming neglecting heat storage
1158      !!                following the 0-layer Semtner (1976) approach
1159      !!
1160      !! ** Outputs : - ptsu    : sea-ice / snow surface temperature (K)
1161      !!              - qcn_ice : surface inner conduction flux (W/m2)
1162      !!
1163      !!---------------------------------------------------------------------
1164      LOGICAL                   , INTENT(in   ) ::   ld_virtual_itd  ! single-category option
1165      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(inout) ::   ptsu            ! sea ice / snow surface temperature
1166      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   ptb             ! sea ice base temperature
1167      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   phs             ! snow thickness
1168      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   phi             ! sea ice thickness
1169      !
1170      INTEGER , PARAMETER ::   nit = 10                  ! number of iterations
1171      REAL(wp), PARAMETER ::   zepsilon = 0.1_wp         ! characteristic thickness for enhanced conduction
1172      !
1173      INTEGER  ::   ji, jj, jl           ! dummy loop indices
1174      INTEGER  ::   iter                 ! local integer
1175      REAL(wp) ::   zfac, zfac2, zfac3   ! local scalars
1176      REAL(wp) ::   zkeff_h, ztsu, ztsu0 !
1177      REAL(wp) ::   zqc, zqnet           !
1178      REAL(wp) ::   zhe, zqa0            !
1179      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   zgfac   ! enhanced conduction factor
1180      !!---------------------------------------------------------------------
1181
1182      ! -------------------------------------!
1183      !      I   Enhanced conduction factor  !
1184      ! -------------------------------------!
1185      ! Emulates the enhancement of conduction by unresolved thin ice (ld_virtual_itd = T)
1186      ! Fichefet and Morales Maqueda, JGR 1997
1187      !
1188      zgfac(:,:,:) = 1._wp
1189
1190      IF( ld_virtual_itd ) THEN
1191         !
1192         zfac  = 1._wp /  ( rn_cnd_s + rcnd_i )
1193         zfac2 = EXP(1._wp) * 0.5_wp * zepsilon
1194         zfac3 = 2._wp / zepsilon
1195         !
1196         DO jl = 1, jpl
1197            DO jj = 1 , jpj
1198               DO ji = 1, jpi
1199                  zhe = ( rn_cnd_s * phi(ji,jj,jl) + rcnd_i * phs(ji,jj,jl) ) * zfac                            ! Effective thickness
1200                  IF( zhe >=  zfac2 )   zgfac(ji,jj,jl) = MIN( 2._wp, 0.5_wp * ( 1._wp + LOG( zhe * zfac3 ) ) ) ! Enhanced conduction factor
1201               END DO
1202            END DO
1203         END DO
1204         !
1205      ENDIF
1206
1207      ! -------------------------------------------------------------!
1208      !      II   Surface temperature and conduction flux            !
1209      ! -------------------------------------------------------------!
1210      !
1211      zfac = rcnd_i * rn_cnd_s
1212      !
1213      DO jl = 1, jpl
1214         DO jj = 1 , jpj
1215            DO ji = 1, jpi
1216               !
1217               zkeff_h = zfac * zgfac(ji,jj,jl) / &                                    ! Effective conductivity of the snow-ice system divided by thickness
1218                  &      ( rcnd_i * phs(ji,jj,jl) + rn_cnd_s * MAX( 0.01, phi(ji,jj,jl) ) )
1219               ztsu    = ptsu(ji,jj,jl)                                                ! Store current iteration temperature
1220               ztsu0   = ptsu(ji,jj,jl)                                                ! Store initial surface temperature
1221               zqa0    = qsr_ice(ji,jj,jl) - qtr_ice_top(ji,jj,jl) + qns_ice(ji,jj,jl) ! Net initial atmospheric heat flux
1222               !
1223               DO iter = 1, nit     ! --- Iterative loop
1224                  zqc   = zkeff_h * ( ztsu - ptb(ji,jj) )                              ! Conduction heat flux through snow-ice system (>0 downwards)
1225                  zqnet = zqa0 + dqns_ice(ji,jj,jl) * ( ztsu - ptsu(ji,jj,jl) ) - zqc  ! Surface energy budget
1226                  ztsu  = ztsu - zqnet / ( dqns_ice(ji,jj,jl) - zkeff_h )              ! Temperature update
1227               END DO
1228               !
1229               ptsu   (ji,jj,jl) = MIN( rt0, ztsu )
1230               qcn_ice(ji,jj,jl) = zkeff_h * ( ptsu(ji,jj,jl) - ptb(ji,jj) )
1231               qns_ice(ji,jj,jl) = qns_ice(ji,jj,jl) + dqns_ice(ji,jj,jl) * ( ptsu(ji,jj,jl) - ztsu0 )
1232               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) )  &
1233                  &   * MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp, ptsu(ji,jj,jl) - rt0 ) )
1234
1235               ! --- Diagnose the heat loss due to changing non-solar flux (as in icethd_zdf_bl99) --- !
1236               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)
1237
1238            END DO
1239         END DO
1240         !
1241      END DO
1242      !
1243   END SUBROUTINE blk_ice_qcn
1244
1245
1246   SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2012( pcd )
1247      !!----------------------------------------------------------------------
1248      !!                      ***  ROUTINE  Cdn10_Lupkes2012  ***
1249      !!
1250      !! ** Purpose :    Recompute the neutral air-ice drag referenced at 10m
1251      !!                 to make it dependent on edges at leads, melt ponds and flows.
1252      !!                 After some approximations, this can be resumed to a dependency
1253      !!                 on ice concentration.
1254      !!
1255      !! ** Method :     The parameterization is taken from Lupkes et al. (2012) eq.(50)
1256      !!                 with the highest level of approximation: level4, eq.(59)
1257      !!                 The generic drag over a cell partly covered by ice can be re-written as follows:
1258      !!
1259      !!                 Cd = Cdw * (1-A) + Cdi * A + Ce * (1-A)**(nu+1/(10*beta)) * A**mu
1260      !!
1261      !!                    Ce = 2.23e-3       , as suggested by Lupkes (eq. 59)
1262      !!                    nu = mu = beta = 1 , as suggested by Lupkes (eq. 59)
1263      !!                    A is the concentration of ice minus melt ponds (if any)
1264      !!
1265      !!                 This new drag has a parabolic shape (as a function of A) starting at
1266      !!                 Cdw(say 1.5e-3) for A=0, reaching 1.97e-3 for A~0.5
1267      !!                 and going down to Cdi(say 1.4e-3) for A=1
1268      !!
1269      !!                 It is theoretically applicable to all ice conditions (not only MIZ)
1270      !!                 => see Lupkes et al (2013)
1271      !!
1272      !! ** References : Lupkes et al. JGR 2012 (theory)
1273      !!                 Lupkes et al. GRL 2013 (application to GCM)
1274      !!
1275      !!----------------------------------------------------------------------
1276      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(inout) ::   pcd
1277      REAL(wp), PARAMETER ::   zCe   = 2.23e-03_wp
1278      REAL(wp), PARAMETER ::   znu   = 1._wp
1279      REAL(wp), PARAMETER ::   zmu   = 1._wp
1280      REAL(wp), PARAMETER ::   zbeta = 1._wp
1281      REAL(wp)            ::   zcoef
1282      !!----------------------------------------------------------------------
1283      zcoef = znu + 1._wp / ( 10._wp * zbeta )
1284
1285      ! generic drag over a cell partly covered by ice
1286      !!Cd(:,:) = Cd_oce(:,:) * ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) +  &                        ! pure ocean drag
1287      !!   &      Cd_ice      *           at_i_b(:,:)   +  &                        ! pure ice drag
1288      !!   &      zCe         * ( 1._wp - at_i_b(:,:) )**zcoef * at_i_b(:,:)**zmu   ! change due to sea-ice morphology
1289
1290      ! ice-atm drag
1291      pcd(:,:) = rCd_ice +  &                                                         ! pure ice drag
1292         &      zCe     * ( 1._wp - at_i_b(:,:) )**zcoef * at_i_b(:,:)**(zmu-1._wp)  ! change due to sea-ice morphology
1293
1294   END SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2012
1295
1296
1297   SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2015( ptm_su, pslp, pcd, pch )
1298      !!----------------------------------------------------------------------
1299      !!                      ***  ROUTINE  Cdn10_Lupkes2015  ***
1300      !!
1301      !! ** pUrpose :    Alternative turbulent transfert coefficients formulation
1302      !!                 between sea-ice and atmosphere with distinct momentum
1303      !!                 and heat coefficients depending on sea-ice concentration
1304      !!                 and atmospheric stability (no meltponds effect for now).
1305      !!
1306      !! ** Method :     The parameterization is adapted from Lupkes et al. (2015)
1307      !!                 and ECHAM6 atmospheric model. Compared to Lupkes2012 scheme,
1308      !!                 it considers specific skin and form drags (Andreas et al. 2010)
1309      !!                 to compute neutral transfert coefficients for both heat and
1310      !!                 momemtum fluxes. Atmospheric stability effect on transfert
1311      !!                 coefficient is also taken into account following Louis (1979).
1312      !!
1313      !! ** References : Lupkes et al. JGR 2015 (theory)
1314      !!                 Lupkes et al. ECHAM6 documentation 2015 (implementation)
1315      !!
1316      !!----------------------------------------------------------------------
1317      !
1318      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in   ) ::   ptm_su ! sea-ice surface temperature [K]
1319      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in   ) ::   pslp   ! sea-level pressure [Pa]
1320      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(inout) ::   pcd    ! momentum transfert coefficient
1321      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(inout) ::   pch    ! heat transfert coefficient
1322      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)            ::   zst, zqo_sat, zqi_sat
1323      !
1324      ! ECHAM6 constants
1325      REAL(wp), PARAMETER ::   z0_skin_ice  = 0.69e-3_wp  ! Eq. 43 [m]
1326      REAL(wp), PARAMETER ::   z0_form_ice  = 0.57e-3_wp  ! Eq. 42 [m]
1327      REAL(wp), PARAMETER ::   z0_ice       = 1.00e-3_wp  ! Eq. 15 [m]
1328      REAL(wp), PARAMETER ::   zce10        = 2.80e-3_wp  ! Eq. 41
1329      REAL(wp), PARAMETER ::   zbeta        = 1.1_wp      ! Eq. 41
1330      REAL(wp), PARAMETER ::   zc           = 5._wp       ! Eq. 13
1331      REAL(wp), PARAMETER ::   zc2          = zc * zc
1332      REAL(wp), PARAMETER ::   zam          = 2. * zc     ! Eq. 14
1333      REAL(wp), PARAMETER ::   zah          = 3. * zc     ! Eq. 30
1334      REAL(wp), PARAMETER ::   z1_alpha     = 1._wp / 0.2_wp  ! Eq. 51
1335      REAL(wp), PARAMETER ::   z1_alphaf    = z1_alpha    ! Eq. 56
1336      REAL(wp), PARAMETER ::   zbetah       = 1.e-3_wp    ! Eq. 26
1337      REAL(wp), PARAMETER ::   zgamma       = 1.25_wp     ! Eq. 26
1338      REAL(wp), PARAMETER ::   z1_gamma     = 1._wp / zgamma
1339      REAL(wp), PARAMETER ::   r1_3         = 1._wp / 3._wp
1340      !
1341      INTEGER  ::   ji, jj         ! dummy loop indices
1342      REAL(wp) ::   zthetav_os, zthetav_is, zthetav_zu
1343      REAL(wp) ::   zrib_o, zrib_i
1344      REAL(wp) ::   zCdn_skin_ice, zCdn_form_ice, zCdn_ice
1345      REAL(wp) ::   zChn_skin_ice, zChn_form_ice
1346      REAL(wp) ::   z0w, z0i, zfmi, zfmw, zfhi, zfhw
1347      REAL(wp) ::   zCdn_form_tmp
1348      !!----------------------------------------------------------------------
1349
1350      ! Momentum Neutral Transfert Coefficients (should be a constant)
1351      zCdn_form_tmp = zce10 * ( LOG( 10._wp / z0_form_ice + 1._wp ) / LOG( rn_zu / z0_form_ice + 1._wp ) )**2   ! Eq. 40
1352      zCdn_skin_ice = ( vkarmn                                      / LOG( rn_zu / z0_skin_ice + 1._wp ) )**2   ! Eq. 7
1353      zCdn_ice      = zCdn_skin_ice   ! Eq. 7
1354      !zCdn_ice     = 1.89e-3         ! old ECHAM5 value (cf Eq. 32)
1355
1356      ! Heat Neutral Transfert Coefficients
1357      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
1358
1359      ! Atmospheric and Surface Variables
1360      zst(:,:)     = sst_m(:,:) + rt0                                        ! convert SST from Celcius to Kelvin
1361      zqo_sat(:,:) = rdct_qsat_salt * q_sat( zst(:,:)   , pslp(:,:) )   ! saturation humidity over ocean [kg/kg]
1362      zqi_sat(:,:) =                  q_sat( ptm_su(:,:), pslp(:,:) )   ! saturation humidity over ice   [kg/kg]
1363      !
1364      DO jj = 2, jpjm1           ! reduced loop is necessary for reproducibility
1365         DO ji = fs_2, fs_jpim1
1366            ! Virtual potential temperature [K]
1367            zthetav_os = zst(ji,jj)    * ( 1._wp + rctv0 * zqo_sat(ji,jj) )   ! over ocean
1368            zthetav_is = ptm_su(ji,jj) * ( 1._wp + rctv0 * zqi_sat(ji,jj) )   ! ocean ice
1369            zthetav_zu = t_zu (ji,jj)  * ( 1._wp + rctv0 * q_zu(ji,jj)    )   ! at zu
1370
1371            ! Bulk Richardson Number (could use Ri_bulk function from aerobulk instead)
1372            zrib_o = grav / zthetav_os * ( zthetav_zu - zthetav_os ) * rn_zu / MAX( 0.5, wndm(ji,jj)     )**2   ! over ocean
1373            zrib_i = grav / zthetav_is * ( zthetav_zu - zthetav_is ) * rn_zu / MAX( 0.5, wndm_ice(ji,jj) )**2   ! over ice
1374
1375            ! Momentum and Heat Neutral Transfert Coefficients
1376            zCdn_form_ice = zCdn_form_tmp * at_i_b(ji,jj) * ( 1._wp - at_i_b(ji,jj) )**zbeta  ! Eq. 40
1377            zChn_form_ice = zCdn_form_ice / ( 1._wp + ( LOG( z1_alphaf ) / vkarmn ) * SQRT( zCdn_form_ice ) )               ! Eq. 53
1378
1379            ! Momentum and Heat Stability functions (possibility to use psi_m_ecmwf instead ?)
1380            z0w = rn_zu * EXP( -1._wp * vkarmn / SQRT( Cdn_oce(ji,jj) ) ) ! over water
1381            z0i = z0_skin_ice                                             ! over ice
1382            IF( zrib_o <= 0._wp ) THEN
1383               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
1384               zfhw = ( 1._wp + ( zbetah * ( zthetav_os - zthetav_zu )**r1_3 / ( Chn_oce(ji,jj) * MAX(0.01, wndm(ji,jj)) )   &     ! Eq. 26
1385                  &             )**zgamma )**z1_gamma
1386            ELSE
1387               zfmw = 1._wp / ( 1._wp + zam * zrib_o / SQRT( 1._wp + zrib_o ) )   ! Eq. 12
1388               zfhw = 1._wp / ( 1._wp + zah * zrib_o / SQRT( 1._wp + zrib_o ) )   ! Eq. 28
1389            ENDIF
1390
1391            IF( zrib_i <= 0._wp ) THEN
1392               zfmi = 1._wp - zam * zrib_i / (1._wp + 3._wp * zc2 * zCdn_ice * SQRT( -zrib_i * ( rn_zu / z0i + 1._wp)))   ! Eq.  9
1393               zfhi = 1._wp - zah * zrib_i / (1._wp + 3._wp * zc2 * zCdn_ice * SQRT( -zrib_i * ( rn_zu / z0i + 1._wp)))   ! Eq. 25
1394            ELSE
1395               zfmi = 1._wp / ( 1._wp + zam * zrib_i / SQRT( 1._wp + zrib_i ) )   ! Eq. 11
1396               zfhi = 1._wp / ( 1._wp + zah * zrib_i / SQRT( 1._wp + zrib_i ) )   ! Eq. 27
1397            ENDIF
1398
1399            ! Momentum Transfert Coefficients (Eq. 38)
1400            pcd(ji,jj) = zCdn_skin_ice *   zfmi +  &
1401               &        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) )
1402
1403            ! Heat Transfert Coefficients (Eq. 49)
1404            pch(ji,jj) = zChn_skin_ice *   zfhi +  &
1405               &        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) )
1406            !
1407         END DO
1408      END DO
1409      CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', pcd, 'T',  1., pch, 'T', 1. )
1410      !
1411   END SUBROUTINE Cdn10_Lupkes2015
1412
1413#endif
1414
1415   !!======================================================================
1416END MODULE sbcblk
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.