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

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
sbcblk_algo_ecmwf.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_algo_ecmwf.F90 @ 12154

Last change on this file since 12154 was 12154, checked in by cetlod, 4 years ago

commit

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 24.9 KB
RevLine 
[6723]1MODULE sbcblk_algo_ecmwf
2   !!======================================================================
[12154]3   !!                   ***  MODULE  sbcblk_algo_ecmwf  ***
4   !! Computes:
[6723]5   !!   * bulk transfer coefficients C_D, C_E and C_H
6   !!   * air temp. and spec. hum. adjusted from zt (2m) to zu (10m) if needed
7   !!   * the effective bulk wind speed at 10m U_blk
8   !!   => all these are used in bulk formulas in sbcblk.F90
9   !!
[12154]10   !!    Using the bulk formulation/param. of IFS of ECMWF (cycle 40r1)
[6723]11   !!         based on IFS doc (avaible online on the ECMWF's website)
12   !!
13   !!       Routine turb_ecmwf maintained and developed in AeroBulk
[12154]14   !!                     (https://github.com/brodeau/aerobulk)
[6723]15   !!
[12154]16   !! ** Author: L. Brodeau, June 2019 / AeroBulk (https://github.com/brodeau/aerobulk)
[6723]17   !!----------------------------------------------------------------------
[6727]18   !! History :  4.0  !  2016-02  (L.Brodeau)   Original code
[6723]19   !!----------------------------------------------------------------------
[6727]20
21   !!----------------------------------------------------------------------
[6723]22   !!   turb_ecmwf  : computes the bulk turbulent transfer coefficients
23   !!                   adjusts t_air and q_air from zt to zu m
24   !!                   returns the effective bulk wind speed at 10m
25   !!----------------------------------------------------------------------
26   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
27   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
28   USE phycst          ! physical constants
29   USE iom             ! I/O manager library
30   USE lib_mpp         ! distribued memory computing library
31   USE in_out_manager  ! I/O manager
32   USE prtctl          ! Print control
33   USE sbcwave, ONLY   :  cdn_wave ! wave module
[9570]34#if defined key_si3 || defined key_cice
[6723]35   USE sbc_ice         ! Surface boundary condition: ice fields
36#endif
37   USE lib_fortran     ! to use key_nosignedzero
38
39   USE sbc_oce         ! Surface boundary condition: ocean fields
[12154]40   USE sbcblk_phy      ! all thermodynamics functions, rho_air, q_sat, etc... !LB
41   USE sbcblk_skin_ecmwf ! cool-skin/warm layer scheme !LB
[6723]42
43   IMPLICIT NONE
44   PRIVATE
45
[12154]46   PUBLIC :: SBCBLK_ALGO_ECMWF_INIT, TURB_ECMWF
[6723]47
[12154]48   !! ECMWF own values for given constants, taken form IFS documentation...
[6723]49   REAL(wp), PARAMETER ::   charn0 = 0.018    ! Charnock constant (pretty high value here !!!
50   !                                          !    =>  Usually 0.011 for moderate winds)
51   REAL(wp), PARAMETER ::   zi0     = 1000.   ! scale height of the atmospheric boundary layer...1
52   REAL(wp), PARAMETER ::   Beta0    = 1.     ! gustiness parameter ( = 1.25 in COAREv3)
53   REAL(wp), PARAMETER ::   alpha_M = 0.11    ! For roughness length (smooth surface term)
54   REAL(wp), PARAMETER ::   alpha_H = 0.40    ! (Chapter 3, p.34, IFS doc Cy31r1)
55   REAL(wp), PARAMETER ::   alpha_Q = 0.62    !
[12154]56
57   INTEGER , PARAMETER ::   nb_itt = 10             ! number of itterations
58
[6723]59   !!----------------------------------------------------------------------
60CONTAINS
61
[12154]62
63   SUBROUTINE sbcblk_algo_ecmwf_init(l_use_cs, l_use_wl)
64      !!---------------------------------------------------------------------
65      !!                  ***  FUNCTION sbcblk_algo_ecmwf_init  ***
66      !!
67      !! INPUT :
68      !! -------
69      !!    * l_use_cs : use the cool-skin parameterization
70      !!    * l_use_wl : use the warm-layer parameterization
71      !!---------------------------------------------------------------------
72      LOGICAL , INTENT(in) ::   l_use_cs ! use the cool-skin parameterization
73      LOGICAL , INTENT(in) ::   l_use_wl ! use the warm-layer parameterization
74      INTEGER :: ierr
75      !!---------------------------------------------------------------------
76      IF( l_use_wl ) THEN
77         ierr = 0
78         ALLOCATE ( dT_wl(jpi,jpj), Hz_wl(jpi,jpj), STAT=ierr )
79         IF( ierr > 0 ) CALL ctl_stop( ' SBCBLK_ALGO_ECMWF_INIT => allocation of dT_wl & Hz_wl failed!' )
80         dT_wl(:,:)  = 0._wp
81         Hz_wl(:,:)  = rd0 ! (rd0, constant, = 3m is default for Zeng & Beljaars)
82      ENDIF
83      IF( l_use_cs ) THEN
84         ierr = 0
85         ALLOCATE ( dT_cs(jpi,jpj), STAT=ierr )
86         IF( ierr > 0 ) CALL ctl_stop( ' SBCBLK_ALGO_ECMWF_INIT => allocation of dT_cs failed!' )
87         dT_cs(:,:) = -0.25_wp  ! First guess of skin correction
88      ENDIF
89   END SUBROUTINE sbcblk_algo_ecmwf_init
90
91
92
93   SUBROUTINE turb_ecmwf( kt, zt, zu, T_s, t_zt, q_s, q_zt, U_zu, l_use_cs, l_use_wl, &
94      &                      Cd, Ch, Ce, t_zu, q_zu, U_blk,                           &
95      &                      Cdn, Chn, Cen,                                           &
96      &                      Qsw, rad_lw, slp, pdT_cs,                                & ! optionals for cool-skin (and warm-layer)
97      &                      pdT_wl, pHz_wl )                                           ! optionals for warm-layer only
98      !!----------------------------------------------------------------------
[6723]99      !!                      ***  ROUTINE  turb_ecmwf  ***
100      !!
101      !! ** Purpose :   Computes turbulent transfert coefficients of surface
[12154]102      !!                fluxes according to IFS doc. (cycle 45r1)
[6723]103      !!                If relevant (zt /= zu), adjust temperature and humidity from height zt to zu
[12154]104      !!                Returns the effective bulk wind speed at zu to be used in the bulk formulas
[6723]105      !!
[12154]106      !!                Applies the cool-skin warm-layer correction of the SST to T_s
107      !!                if the net shortwave flux at the surface (Qsw), the downwelling longwave
108      !!                radiative fluxes at the surface (rad_lw), and the sea-leve pressure (slp)
109      !!                are provided as (optional) arguments!
[6723]110      !!
111      !! INPUT :
112      !! -------
[12154]113      !!    *  kt   : current time step (starts at 1)
[6723]114      !!    *  zt   : height for temperature and spec. hum. of air            [m]
[12154]115      !!    *  zu   : height for wind speed (usually 10m)                     [m]
[6723]116      !!    *  t_zt : potential air temperature at zt                         [K]
117      !!    *  q_zt : specific humidity of air at zt                          [kg/kg]
[12154]118      !!    *  U_zu : scalar wind speed at zu                                 [m/s]
119      !!    * l_use_cs : use the cool-skin parameterization
120      !!    * l_use_wl : use the warm-layer parameterization
[6723]121      !!
[12154]122      !! INPUT/OUTPUT:
123      !! -------------
124      !!    *  T_s  : always "bulk SST" as input                              [K]
125      !!              -> unchanged "bulk SST" as output if CSWL not used      [K]
126      !!              -> skin temperature as output if CSWL used              [K]
[6723]127      !!
[12154]128      !!    *  q_s  : SSQ aka saturation specific humidity at temp. T_s       [kg/kg]
129      !!              -> doesn't need to be given a value if skin temp computed (in case l_use_cs=True or l_use_wl=True)
130      !!              -> MUST be given the correct value if not computing skint temp. (in case l_use_cs=False or l_use_wl=False)
131      !!
132      !! OPTIONAL INPUT:
133      !! ---------------
134      !!    *  Qsw    : net solar flux (after albedo) at the surface (>0)     [W/m^2]
135      !!    *  rad_lw : downwelling longwave radiation at the surface  (>0)   [W/m^2]
136      !!    *  slp    : sea-level pressure                                    [Pa]
137      !!
138      !! OPTIONAL OUTPUT:
139      !! ----------------
140      !!    * pdT_cs  : SST increment "dT" for cool-skin correction           [K]
141      !!    * pdT_wl  : SST increment "dT" for warm-layer correction          [K]
142      !!    * pHz_wl  : thickness of warm-layer                               [m]
143      !!
[6723]144      !! OUTPUT :
145      !! --------
146      !!    *  Cd     : drag coefficient
147      !!    *  Ch     : sensible heat coefficient
148      !!    *  Ce     : evaporation coefficient
149      !!    *  t_zu   : pot. air temperature adjusted at wind height zu       [K]
150      !!    *  q_zu   : specific humidity of air        //                    [kg/kg]
[12154]151      !!    *  U_blk  : bulk wind speed at zu                                 [m/s]
[6723]152      !!
153      !!
[12154]154      !! ** Author: L. Brodeau, June 2019 / AeroBulk (https://github.com/brodeau/aerobulk/)
[6723]155      !!----------------------------------------------------------------------------------
[12154]156      INTEGER,  INTENT(in   )                     ::   kt       ! current time step
[6723]157      REAL(wp), INTENT(in   )                     ::   zt       ! height for t_zt and q_zt                    [m]
158      REAL(wp), INTENT(in   )                     ::   zu       ! height for U_zu                             [m]
[12154]159      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj) ::   T_s      ! sea surface temperature                [Kelvin]
[6723]160      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   t_zt     ! potential air temperature              [Kelvin]
[12154]161      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_s      ! sea surface specific humidity           [kg/kg]
162      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_zt     ! specific air humidity at zt             [kg/kg]
[6723]163      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   U_zu     ! relative wind module at zu                [m/s]
[12154]164      LOGICAL , INTENT(in   )                     ::   l_use_cs ! use the cool-skin parameterization
165      LOGICAL , INTENT(in   )                     ::   l_use_wl ! use the warm-layer parameterization
[6723]166      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Cd       ! transfer coefficient for momentum         (tau)
167      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ch       ! transfer coefficient for sensible heat (Q_sens)
168      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ce       ! transfert coefficient for evaporation   (Q_lat)
169      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   t_zu     ! pot. air temp. adjusted at zu               [K]
170      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_zu     ! spec. humidity adjusted at zu           [kg/kg]
[12154]171      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   U_blk    ! bulk wind speed at zu                     [m/s]
[9019]172      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Cdn, Chn, Cen ! neutral transfer coefficients
[6723]173      !
[12154]174      REAL(wp), INTENT(in   ), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   Qsw      !             [W/m^2]
175      REAL(wp), INTENT(in   ), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   rad_lw   !             [W/m^2]
176      REAL(wp), INTENT(in   ), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   slp      !             [Pa]
177      REAL(wp), INTENT(  out), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   pdT_cs
178      REAL(wp), INTENT(  out), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   pdT_wl   !             [K]
179      REAL(wp), INTENT(  out), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   pHz_wl   !             [m]
180      !
[6723]181      INTEGER :: j_itt
[12154]182      LOGICAL :: l_zt_equal_zu = .FALSE.      ! if q and t are given at same height as U
[6723]183      !
[12154]184      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::  u_star, t_star, q_star
185      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: dt_zu, dq_zu     
186      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: znu_a !: Nu_air, Viscosity of air
187      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: Linv  !: 1/L (inverse of Monin Obukhov length...
188      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: z0, z0t, z0q
[6723]189      !
[12154]190      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: zsst  ! to back up the initial bulk SST
[6723]191      !
[12154]192      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: func_m, func_h
193      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: ztmp0, ztmp1, ztmp2
194      CHARACTER(len=40), PARAMETER :: crtnm = 'turb_ecmwf@sbcblk_algo_ecmwf.F90'
195      !!----------------------------------------------------------------------------------
196
197      IF( kt == nit000 ) CALL SBCBLK_ALGO_ECMWF_INIT(l_use_cs, l_use_wl)
198
[6723]199      l_zt_equal_zu = .FALSE.
[12154]200      IF( ABS(zu - zt) < 0.01_wp )   l_zt_equal_zu = .TRUE.    ! testing "zu == zt" is risky with double precision
[6723]201
[12154]202      !! Initializations for cool skin and warm layer:
203      IF( l_use_cs .AND. (.NOT.(PRESENT(Qsw) .AND. PRESENT(rad_lw) .AND. PRESENT(slp))) ) &
204         &   CALL ctl_stop( '['//TRIM(crtnm)//'] => ' , 'you need to provide Qsw, rad_lw & slp to use cool-skin param!' )
[6723]205
[12154]206      IF( l_use_wl .AND. (.NOT.(PRESENT(Qsw) .AND. PRESENT(rad_lw) .AND. PRESENT(slp))) ) &
207         &   CALL ctl_stop( '['//TRIM(crtnm)//'] => ' , 'you need to provide Qsw, rad_lw & slp to use warm-layer param!' )
208
209      IF( l_use_cs .OR. l_use_wl ) THEN
210         ALLOCATE ( zsst(jpi,jpj) )
211         zsst = T_s ! backing up the bulk SST
212         IF( l_use_cs ) T_s = T_s - 0.25_wp   ! First guess of correction
213         q_s    = rdct_qsat_salt*q_sat(MAX(T_s, 200._wp), slp) ! First guess of q_s
214      ENDIF
215
216
217      ! Identical first gess as in COARE, with IFS parameter values though...
218      !
[6723]219      !! First guess of temperature and humidity at height zu:
[12154]220      t_zu = MAX( t_zt ,  180._wp )   ! who knows what's given on masked-continental regions...
221      q_zu = MAX( q_zt , 1.e-6_wp )   !               "
[6723]222
223      !! Pot. temp. difference (and we don't want it to be 0!)
[12154]224      dt_zu = t_zu - T_s ;   dt_zu = SIGN( MAX(ABS(dt_zu),1.E-6_wp), dt_zu )
225      dq_zu = q_zu - q_s ;   dq_zu = SIGN( MAX(ABS(dq_zu),1.E-9_wp), dq_zu )
[6723]226
[12154]227      znu_a = visc_air(t_zu) ! Air viscosity (m^2/s) at zt given from temperature in (K)
[6723]228
[12154]229      U_blk = SQRT(U_zu*U_zu + 0.5_wp*0.5_wp) ! initial guess for wind gustiness contribution
[6723]230
[12154]231      ztmp0   = LOG(    zu*10000._wp) ! optimization: 10000. == 1/z0 (with z0 first guess == 0.0001)
232      ztmp1   = LOG(10._wp*10000._wp) !       "                    "               "
233      u_star = 0.035_wp*U_blk*ztmp1/ztmp0       ! (u* = 0.035*Un10)
[6723]234
[12154]235      z0     = charn0*u_star*u_star/grav + 0.11_wp*znu_a/u_star
236      z0     = MIN( MAX(ABS(z0), 1.E-9) , 1._wp )                      ! (prevents FPE from stupid values from masked region later on)
[6723]237
[12154]238      z0t    = 1._wp / ( 0.1_wp*EXP(vkarmn/(0.00115/(vkarmn/ztmp1))) )
239      z0t    = MIN( MAX(ABS(z0t), 1.E-9) , 1._wp )                      ! (prevents FPE from stupid values from masked region later on)
240
[6723]241      Cd     = (vkarmn/ztmp0)**2    ! first guess of Cd
242
[12154]243      ztmp0 = vkarmn*vkarmn/LOG(zt/z0t)/Cd
[6723]244
[12154]245      ztmp2 = Ri_bulk( zu, T_s, t_zu, q_s, q_zu, U_blk ) ! Bulk Richardson Number (BRN)
[6723]246
[12154]247      !! First estimate of zeta_u, depending on the stability, ie sign of BRN (ztmp2):
248      ztmp1 = 0.5 + SIGN( 0.5_wp , ztmp2 )
[6723]249      func_m = ztmp0*ztmp2 ! temporary array !!
[12154]250      func_h = (1._wp-ztmp1) * (func_m/(1._wp+ztmp2/(-zu/(zi0*0.004_wp*Beta0**3)))) & !  BRN < 0 ! temporary array !!! func_h == zeta_u
251         &  +     ztmp1   * (func_m*(1._wp + 27._wp/9._wp*ztmp2/func_m))              !  BRN > 0
252      !#LB: should make sure that the "func_m" of "27./9.*ztmp2/func_m" is "ztmp0*ztmp2" and not "ztmp0==vkarmn*vkarmn/LOG(zt/z0t)/Cd" !
[6723]253
254      !! First guess M-O stability dependent scaling params.(u*,t*,q*) to estimate z0 and z/L
[12154]255      ztmp0  = vkarmn/(LOG(zu/z0t) - psi_h_ecmwf(func_h))
[6723]256
[12154]257      u_star = MAX ( U_blk*vkarmn/(LOG(zu) - LOG(z0)  - psi_m_ecmwf(func_h)) , 1.E-9 )  !  (MAX => prevents FPE from stupid values from masked region later on)
[6723]258      t_star = dt_zu*ztmp0
259      q_star = dq_zu*ztmp0
260
[12154]261      ! What needs to be done if zt /= zu:
[6723]262      IF( .NOT. l_zt_equal_zu ) THEN
263         !! First update of values at zu (or zt for wind)
264         ztmp0 = psi_h_ecmwf(func_h) - psi_h_ecmwf(zt*func_h/zu)    ! zt*func_h/zu == zeta_t
[12154]265         ztmp1 = LOG(zt/zu) + ztmp0
[6723]266         t_zu = t_zt - t_star/vkarmn*ztmp1
267         q_zu = q_zt - q_star/vkarmn*ztmp1
[12154]268         q_zu = (0.5_wp + SIGN(0.5_wp,q_zu))*q_zu !Makes it impossible to have negative humidity :
[6723]269         !
[12154]270         dt_zu = t_zu - T_s  ; dt_zu = SIGN( MAX(ABS(dt_zu),1.E-6_wp), dt_zu )
271         dq_zu = q_zu - q_s  ; dq_zu = SIGN( MAX(ABS(dq_zu),1.E-9_wp), dq_zu )
[6723]272      ENDIF
273
274
275      !! => that was same first guess as in COARE...
276
277
278      !! First guess of inverse of Monin-Obukov length (1/L) :
[12154]279      Linv = One_on_L( t_zu, q_zu, u_star, t_star, q_star )
[6723]280
281      !! Functions such as  u* = U_blk*vkarmn/func_m
[12154]282      ztmp0 = zu*Linv
283      func_m = LOG(zu) - LOG(z0)  - psi_m_ecmwf(ztmp0) + psi_m_ecmwf( z0*Linv)
284      func_h = LOG(zu) - LOG(z0t) - psi_h_ecmwf(ztmp0) + psi_h_ecmwf(z0t*Linv)
[6723]285
286      !! ITERATION BLOCK
287      DO j_itt = 1, nb_itt
288
289         !! Bulk Richardson Number at z=zu (Eq. 3.25)
[12154]290         ztmp0 = Ri_bulk( zu, T_s, t_zu, q_s, q_zu, U_blk ) ! Bulk Richardson Number (BRN)
[6723]291
292         !! New estimate of the inverse of the Monin-Obukhon length (Linv == zeta/zu) :
[12154]293         Linv = ztmp0*func_m*func_m/func_h / zu     ! From Eq. 3.23, Chap.3.2.3, IFS doc - Cy40r1
294         !! Note: it is slightly different that the L we would get with the usual
295         Linv = SIGN( MIN(ABS(Linv),200._wp), Linv ) ! (prevent FPE from stupid values from masked region later on...)
[6723]296
297         !! Update func_m with new Linv:
[12154]298         func_m = LOG(zu) -LOG(z0) - psi_m_ecmwf(zu*Linv) + psi_m_ecmwf(z0*Linv) ! LB: should be "zu+z0" rather than "zu" alone, but z0 is tiny wrt zu!
[6723]299
300         !! Need to update roughness lengthes:
301         u_star = U_blk*vkarmn/func_m
302         ztmp2  = u_star*u_star
303         ztmp1  = znu_a/u_star
[12154]304         z0     = MIN( ABS( alpha_M*ztmp1 + charn0*ztmp2/grav ) , 0.001_wp)
305         z0t    = MIN( ABS( alpha_H*ztmp1                     ) , 0.001_wp)   ! eq.3.26, Chap.3, p.34, IFS doc - Cy31r1
306         z0q    = MIN( ABS( alpha_Q*ztmp1                     ) , 0.001_wp)
[6723]307
[12154]308         !! Update wind at zu with convection-related wind gustiness in unstable conditions (Chap. 3.2, IFS doc - Cy40r1, Eq.3.17 and Eq.3.18 + Eq.3.8)
309         ztmp2 = Beta0*Beta0*ztmp2*(MAX(-zi0*Linv/vkarmn,0._wp))**(2._wp/3._wp) ! square of wind gustiness contribution  (combining Eq. 3.8 and 3.18, hap.3, IFS doc - Cy31r1)
310         !!   ! Only true when unstable (L<0) => when ztmp0 < 0 => explains "-" before zi0
311         U_blk = MAX(SQRT(U_zu*U_zu + ztmp2), 0.2_wp)        ! include gustiness in bulk wind speed
[6723]312         ! => 0.2 prevents U_blk to be 0 in stable case when U_zu=0.
313
314
315         !! Need to update "theta" and "q" at zu in case they are given at different heights
316         !! as well the air-sea differences:
317         IF( .NOT. l_zt_equal_zu ) THEN
318            !! Arrays func_m and func_h are free for a while so using them as temporary arrays...
[12154]319            func_h = psi_h_ecmwf(zu*Linv) ! temporary array !!!
320            func_m = psi_h_ecmwf(zt*Linv) ! temporary array !!!
[6723]321
322            ztmp2  = psi_h_ecmwf(z0t*Linv)
323            ztmp0  = func_h - ztmp2
[12154]324            ztmp1  = vkarmn/(LOG(zu) - LOG(z0t) - ztmp0)
[6723]325            t_star = dt_zu*ztmp1
326            ztmp2  = ztmp0 - func_m + ztmp2
327            ztmp1  = LOG(zt/zu) + ztmp2
328            t_zu   = t_zt - t_star/vkarmn*ztmp1
329
330            ztmp2  = psi_h_ecmwf(z0q*Linv)
331            ztmp0  = func_h - ztmp2
[12154]332            ztmp1  = vkarmn/(LOG(zu) - LOG(z0q) - ztmp0)
[6723]333            q_star = dq_zu*ztmp1
334            ztmp2  = ztmp0 - func_m + ztmp2
[12154]335            ztmp1  = LOG(zt/zu) + ztmp2
[6723]336            q_zu   = q_zt - q_star/vkarmn*ztmp1
[12154]337         ENDIF
[6723]338
[12154]339         !! Updating because of updated z0 and z0t and new Linv...
340         ztmp0 = zu*Linv
341         func_m = log(zu) - LOG(z0 ) - psi_m_ecmwf(ztmp0) + psi_m_ecmwf(z0 *Linv)
342         func_h = log(zu) - LOG(z0t) - psi_h_ecmwf(ztmp0) + psi_h_ecmwf(z0t*Linv)
[9019]343
[6723]344
[12154]345         IF( l_use_cs ) THEN
346            !! Cool-skin contribution
[6723]347
[12154]348            CALL UPDATE_QNSOL_TAU( zu, T_s, q_s, t_zu, q_zu, u_star, t_star, q_star, U_zu, U_blk, slp, rad_lw, &
349               &                   ztmp1, ztmp0,  Qlat=ztmp2)  ! Qnsol -> ztmp1 / Tau -> ztmp0
[6723]350
[12154]351            CALL CS_ECMWF( Qsw, ztmp1, u_star, zsst )  ! Qnsol -> ztmp1
352
353            T_s(:,:) = zsst(:,:) + dT_cs(:,:)*tmask(:,:,1)
354            IF( l_use_wl ) T_s(:,:) = T_s(:,:) + dT_wl(:,:)*tmask(:,:,1)
355            q_s(:,:) = rdct_qsat_salt*q_sat(MAX(T_s(:,:), 200._wp), slp(:,:))
356
357         ENDIF
358
359         IF( l_use_wl ) THEN
360            !! Warm-layer contribution
361            CALL UPDATE_QNSOL_TAU( zu, T_s, q_s, t_zu, q_zu, u_star, t_star, q_star, U_zu, U_blk, slp, rad_lw, &
362               &                   ztmp1, ztmp2)  ! Qnsol -> ztmp1 / Tau -> ztmp2
363            CALL WL_ECMWF( Qsw, ztmp1, u_star, zsst )
364            !! Updating T_s and q_s !!!
365            T_s(:,:) = zsst(:,:) + dT_wl(:,:)*tmask(:,:,1) !
366            IF( l_use_cs ) T_s(:,:) = T_s(:,:) + dT_cs(:,:)*tmask(:,:,1)
367            q_s(:,:) = rdct_qsat_salt*q_sat(MAX(T_s(:,:), 200._wp), slp(:,:))
368         ENDIF
369
370         IF( l_use_cs .OR. l_use_wl .OR. (.NOT. l_zt_equal_zu) ) THEN
371            dt_zu = t_zu - T_s ;  dt_zu = SIGN( MAX(ABS(dt_zu),1.E-6_wp), dt_zu )
372            dq_zu = q_zu - q_s ;  dq_zu = SIGN( MAX(ABS(dq_zu),1.E-9_wp), dq_zu )
373         ENDIF
374
375      END DO !DO j_itt = 1, nb_itt
376
[6723]377      Cd = vkarmn*vkarmn/(func_m*func_m)
378      Ch = vkarmn*vkarmn/(func_m*func_h)
[12154]379      ztmp2 = log(zu/z0q) - psi_h_ecmwf(zu*Linv) + psi_h_ecmwf(z0q*Linv)   ! func_q
380      Ce = vkarmn*vkarmn/(func_m*ztmp2)
[6723]381
[12154]382      Cdn = vkarmn*vkarmn / (log(zu/z0 )*log(zu/z0 ))
383      Chn = vkarmn*vkarmn / (log(zu/z0t)*log(zu/z0t))
384      Cen = vkarmn*vkarmn / (log(zu/z0q)*log(zu/z0q))
[9019]385
[12154]386      IF( l_use_cs .AND. PRESENT(pdT_cs) ) pdT_cs = dT_cs
387      IF( l_use_wl .AND. PRESENT(pdT_wl) ) pdT_wl = dT_wl
388      IF( l_use_wl .AND. PRESENT(pHz_wl) ) pHz_wl = Hz_wl
[6723]389
[12154]390      IF( l_use_cs .OR. l_use_wl ) DEALLOCATE ( zsst )
[6723]391
[12154]392   END SUBROUTINE turb_ecmwf
393
394
[6723]395   FUNCTION psi_m_ecmwf( pzeta )
396      !!----------------------------------------------------------------------------------
397      !! Universal profile stability function for momentum
398      !!     ECMWF / as in IFS cy31r1 documentation, available online
399      !!     at ecmwf.int
400      !!
401      !! pzeta : stability paramenter, z/L where z is altitude measurement
402      !!         and L is M-O length
403      !!
[12154]404      !! ** Author: L. Brodeau, June 2016 / AeroBulk (https://github.com/brodeau/aerobulk/)
[6723]405      !!----------------------------------------------------------------------------------
406      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: psi_m_ecmwf
407      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) :: pzeta
408      !
409      INTEGER  ::   ji, jj    ! dummy loop indices
410      REAL(wp) :: zzeta, zx, ztmp, psi_unst, psi_stab, stab
411      !!----------------------------------------------------------------------------------
412      DO jj = 1, jpj
413         DO ji = 1, jpi
414            !
[12154]415            zzeta = MIN( pzeta(ji,jj) , 5._wp ) !! Very stable conditions (L positif and big!):
[6723]416            !
417            ! Unstable (Paulson 1970):
418            !   eq.3.20, Chap.3, p.33, IFS doc - Cy31r1
[12154]419            zx = SQRT(ABS(1._wp - 16._wp*zzeta))
420            ztmp = 1._wp + SQRT(zx)
[6723]421            ztmp = ztmp*ztmp
[12154]422            psi_unst = LOG( 0.125_wp*ztmp*(1._wp + zx) )   &
423               &       -2._wp*ATAN( SQRT(zx) ) + 0.5_wp*rpi
[6723]424            !
425            ! Unstable:
426            ! eq.3.22, Chap.3, p.33, IFS doc - Cy31r1
[12154]427            psi_stab = -2._wp/3._wp*(zzeta - 5._wp/0.35_wp)*EXP(-0.35_wp*zzeta) &
428               &       - zzeta - 2._wp/3._wp*5._wp/0.35_wp
[6723]429            !
430            ! Combining:
[12154]431            stab = 0.5_wp + SIGN(0.5_wp, zzeta) ! zzeta > 0 => stab = 1
[6723]432            !
[12154]433            psi_m_ecmwf(ji,jj) = (1._wp - stab) * psi_unst & ! (zzeta < 0) Unstable
434               &                +      stab  * psi_stab      ! (zzeta > 0) Stable
[6723]435            !
436         END DO
437      END DO
438   END FUNCTION psi_m_ecmwf
439
[12154]440
[6723]441   FUNCTION psi_h_ecmwf( pzeta )
442      !!----------------------------------------------------------------------------------
443      !! Universal profile stability function for temperature and humidity
444      !!     ECMWF / as in IFS cy31r1 documentation, available online
445      !!     at ecmwf.int
446      !!
447      !! pzeta : stability paramenter, z/L where z is altitude measurement
448      !!         and L is M-O length
449      !!
[12154]450      !! ** Author: L. Brodeau, June 2016 / AeroBulk (https://github.com/brodeau/aerobulk/)
[6723]451      !!----------------------------------------------------------------------------------
452      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: psi_h_ecmwf
453      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) :: pzeta
454      !
455      INTEGER  ::   ji, jj     ! dummy loop indices
456      REAL(wp) ::  zzeta, zx, psi_unst, psi_stab, stab
457      !!----------------------------------------------------------------------------------
458      !
459      DO jj = 1, jpj
460         DO ji = 1, jpi
461            !
[12154]462            zzeta = MIN(pzeta(ji,jj) , 5._wp)   ! Very stable conditions (L positif and big!):
[6723]463            !
[12154]464            zx  = ABS(1._wp - 16._wp*zzeta)**.25        ! this is actually (1/phi_m)**2  !!!
[6723]465            !                                     ! eq.3.19, Chap.3, p.33, IFS doc - Cy31r1
466            ! Unstable (Paulson 1970) :
[12154]467            psi_unst = 2._wp*LOG(0.5_wp*(1._wp + zx*zx))   ! eq.3.20, Chap.3, p.33, IFS doc - Cy31r1
[6723]468            !
469            ! Stable:
[12154]470            psi_stab = -2._wp/3._wp*(zzeta - 5._wp/0.35_wp)*EXP(-0.35_wp*zzeta) & ! eq.3.22, Chap.3, p.33, IFS doc - Cy31r1
471               &       - ABS(1._wp + 2._wp/3._wp*zzeta)**1.5_wp - 2._wp/3._wp*5._wp/0.35_wp + 1._wp
[6723]472            ! LB: added ABS() to avoid NaN values when unstable, which contaminates the unstable solution...
473            !
[12154]474            stab = 0.5_wp + SIGN(0.5_wp, zzeta) ! zzeta > 0 => stab = 1
[6723]475            !
476            !
[12154]477            psi_h_ecmwf(ji,jj) = (1._wp - stab) * psi_unst &   ! (zzeta < 0) Unstable
478               &                +    stab    * psi_stab        ! (zzeta > 0) Stable
[6723]479            !
480         END DO
481      END DO
482   END FUNCTION psi_h_ecmwf
483
484
485   !!======================================================================
486END MODULE sbcblk_algo_ecmwf
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.