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/2020/dev_r13648_ASINTER-04_laurent_bulk_ice/src/OCE/SBC – NEMO

source: NEMO/branches/2020/dev_r13648_ASINTER-04_laurent_bulk_ice/src/OCE/SBC/sbcblk_algo_ecmwf.F90 @ 14017

Last change on this file since 14017 was 14017, checked in by laurent, 3 years ago

Keep up with trunk revision 13999

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 24.6 KB
RevLine 
[6723]1MODULE sbcblk_algo_ecmwf
2   !!======================================================================
[12377]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
[13655]7   !!   * the effective bulk wind speed at 10m Ubzu
[6723]8   !!   => all these are used in bulk formulas in sbcblk.F90
9   !!
[12377]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
[12377]14   !!                     (https://github.com/brodeau/aerobulk)
[6723]15   !!
[12377]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 dom_oce         ! ocean space and time domain
27   USE phycst          ! physical constants
[13655]28   USE lib_mpp,        ONLY: ctl_stop         ! distribued memory computing library
29   USE in_out_manager, ONLY: nit000  ! I/O manager
[13719]30   USE sbc_phy         ! Catalog of functions for physical/meteorological parameters in the marine boundary layer
[12377]31   USE sbcblk_skin_ecmwf ! cool-skin/warm layer scheme !LB
[6723]32
33   IMPLICIT NONE
34   PRIVATE
35
[12377]36   PUBLIC :: SBCBLK_ALGO_ECMWF_INIT, TURB_ECMWF
[6723]37
[12377]38   !! ECMWF own values for given constants, taken form IFS documentation...
[13655]39   REAL(wp), PARAMETER, PUBLIC :: charn0_ecmwf = 0.018_wp    ! Charnock constant (pretty high value here !!!
[6723]40   !                                          !    =>  Usually 0.011 for moderate winds)
41   REAL(wp), PARAMETER ::   zi0     = 1000.   ! scale height of the atmospheric boundary layer...1
42   REAL(wp), PARAMETER ::   Beta0    = 1.     ! gustiness parameter ( = 1.25 in COAREv3)
43   REAL(wp), PARAMETER ::   alpha_M = 0.11    ! For roughness length (smooth surface term)
44   REAL(wp), PARAMETER ::   alpha_H = 0.40    ! (Chapter 3, p.34, IFS doc Cy31r1)
45   REAL(wp), PARAMETER ::   alpha_Q = 0.62    !
[12377]46
[13655]47   !! * Substitutions
48#  include "do_loop_substitute.h90"
[12377]49
[6723]50   !!----------------------------------------------------------------------
51CONTAINS
52
[12377]53
54   SUBROUTINE sbcblk_algo_ecmwf_init(l_use_cs, l_use_wl)
55      !!---------------------------------------------------------------------
56      !!                  ***  FUNCTION sbcblk_algo_ecmwf_init  ***
57      !!
58      !! INPUT :
59      !! -------
60      !!    * l_use_cs : use the cool-skin parameterization
61      !!    * l_use_wl : use the warm-layer parameterization
62      !!---------------------------------------------------------------------
63      LOGICAL , INTENT(in) ::   l_use_cs ! use the cool-skin parameterization
64      LOGICAL , INTENT(in) ::   l_use_wl ! use the warm-layer parameterization
65      INTEGER :: ierr
66      !!---------------------------------------------------------------------
67      IF( l_use_wl ) THEN
68         ierr = 0
69         ALLOCATE ( dT_wl(jpi,jpj), Hz_wl(jpi,jpj), STAT=ierr )
70         IF( ierr > 0 ) CALL ctl_stop( ' SBCBLK_ALGO_ECMWF_INIT => allocation of dT_wl & Hz_wl failed!' )
71         dT_wl(:,:)  = 0._wp
72         Hz_wl(:,:)  = rd0 ! (rd0, constant, = 3m is default for Zeng & Beljaars)
73      ENDIF
74      IF( l_use_cs ) THEN
75         ierr = 0
76         ALLOCATE ( dT_cs(jpi,jpj), STAT=ierr )
77         IF( ierr > 0 ) CALL ctl_stop( ' SBCBLK_ALGO_ECMWF_INIT => allocation of dT_cs failed!' )
78         dT_cs(:,:) = -0.25_wp  ! First guess of skin correction
79      ENDIF
80   END SUBROUTINE sbcblk_algo_ecmwf_init
81
82
83
84   SUBROUTINE turb_ecmwf( kt, zt, zu, T_s, t_zt, q_s, q_zt, U_zu, l_use_cs, l_use_wl, &
[13655]85      &                      Cd, Ch, Ce, t_zu, q_zu, Ubzu,                            &
86      &                      nb_iter, Cdn, Chn, Cen,                                           & ! optional output
[12377]87      &                      Qsw, rad_lw, slp, pdT_cs,                                & ! optionals for cool-skin (and warm-layer)
88      &                      pdT_wl, pHz_wl )                                           ! optionals for warm-layer only
[12615]89      !!----------------------------------------------------------------------------------
[6723]90      !!                      ***  ROUTINE  turb_ecmwf  ***
91      !!
92      !! ** Purpose :   Computes turbulent transfert coefficients of surface
[12377]93      !!                fluxes according to IFS doc. (cycle 45r1)
[6723]94      !!                If relevant (zt /= zu), adjust temperature and humidity from height zt to zu
[12377]95      !!                Returns the effective bulk wind speed at zu to be used in the bulk formulas
[6723]96      !!
[12377]97      !!                Applies the cool-skin warm-layer correction of the SST to T_s
98      !!                if the net shortwave flux at the surface (Qsw), the downwelling longwave
99      !!                radiative fluxes at the surface (rad_lw), and the sea-leve pressure (slp)
100      !!                are provided as (optional) arguments!
[6723]101      !!
102      !! INPUT :
103      !! -------
[12377]104      !!    *  kt   : current time step (starts at 1)
[6723]105      !!    *  zt   : height for temperature and spec. hum. of air            [m]
[12377]106      !!    *  zu   : height for wind speed (usually 10m)                     [m]
[6723]107      !!    *  t_zt : potential air temperature at zt                         [K]
108      !!    *  q_zt : specific humidity of air at zt                          [kg/kg]
[12377]109      !!    *  U_zu : scalar wind speed at zu                                 [m/s]
110      !!    * l_use_cs : use the cool-skin parameterization
111      !!    * l_use_wl : use the warm-layer parameterization
[6723]112      !!
[12377]113      !! INPUT/OUTPUT:
114      !! -------------
115      !!    *  T_s  : always "bulk SST" as input                              [K]
116      !!              -> unchanged "bulk SST" as output if CSWL not used      [K]
117      !!              -> skin temperature as output if CSWL used              [K]
[6723]118      !!
[12377]119      !!    *  q_s  : SSQ aka saturation specific humidity at temp. T_s       [kg/kg]
120      !!              -> doesn't need to be given a value if skin temp computed (in case l_use_cs=True or l_use_wl=True)
121      !!              -> MUST be given the correct value if not computing skint temp. (in case l_use_cs=False or l_use_wl=False)
122      !!
123      !! OPTIONAL INPUT:
124      !! ---------------
125      !!    *  Qsw    : net solar flux (after albedo) at the surface (>0)     [W/m^2]
126      !!    *  rad_lw : downwelling longwave radiation at the surface  (>0)   [W/m^2]
127      !!    *  slp    : sea-level pressure                                    [Pa]
128      !!
129      !! OPTIONAL OUTPUT:
130      !! ----------------
131      !!    * pdT_cs  : SST increment "dT" for cool-skin correction           [K]
132      !!    * pdT_wl  : SST increment "dT" for warm-layer correction          [K]
133      !!    * pHz_wl  : thickness of warm-layer                               [m]
134      !!
[6723]135      !! OUTPUT :
136      !! --------
137      !!    *  Cd     : drag coefficient
138      !!    *  Ch     : sensible heat coefficient
139      !!    *  Ce     : evaporation coefficient
140      !!    *  t_zu   : pot. air temperature adjusted at wind height zu       [K]
141      !!    *  q_zu   : specific humidity of air        //                    [kg/kg]
[13655]142      !!    *  Ubzu   : bulk wind speed at zu                                 [m/s]
[6723]143      !!
144      !!
[12377]145      !! ** Author: L. Brodeau, June 2019 / AeroBulk (https://github.com/brodeau/aerobulk/)
[6723]146      !!----------------------------------------------------------------------------------
[12377]147      INTEGER,  INTENT(in   )                     ::   kt       ! current time step
[6723]148      REAL(wp), INTENT(in   )                     ::   zt       ! height for t_zt and q_zt                    [m]
149      REAL(wp), INTENT(in   )                     ::   zu       ! height for U_zu                             [m]
[12377]150      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj) ::   T_s      ! sea surface temperature                [Kelvin]
[6723]151      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   t_zt     ! potential air temperature              [Kelvin]
[12377]152      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_s      ! sea surface specific humidity           [kg/kg]
153      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_zt     ! specific air humidity at zt             [kg/kg]
[6723]154      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   U_zu     ! relative wind module at zu                [m/s]
[12377]155      LOGICAL , INTENT(in   )                     ::   l_use_cs ! use the cool-skin parameterization
156      LOGICAL , INTENT(in   )                     ::   l_use_wl ! use the warm-layer parameterization
[6723]157      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Cd       ! transfer coefficient for momentum         (tau)
158      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ch       ! transfer coefficient for sensible heat (Q_sens)
159      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ce       ! transfert coefficient for evaporation   (Q_lat)
160      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   t_zu     ! pot. air temp. adjusted at zu               [K]
161      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_zu     ! spec. humidity adjusted at zu           [kg/kg]
[13655]162      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ubzu    ! bulk wind speed at zu                     [m/s]
[6723]163      !
[13655]164      INTEGER , INTENT(in   ), OPTIONAL                     :: nb_iter  ! number of iterations
165      REAL(wp), INTENT(  out), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   CdN
166      REAL(wp), INTENT(  out), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   ChN
167      REAL(wp), INTENT(  out), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   CeN
[12377]168      REAL(wp), INTENT(in   ), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   Qsw      !             [W/m^2]
169      REAL(wp), INTENT(in   ), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   rad_lw   !             [W/m^2]
170      REAL(wp), INTENT(in   ), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   slp      !             [Pa]
171      REAL(wp), INTENT(  out), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   pdT_cs
172      REAL(wp), INTENT(  out), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   pdT_wl   !             [K]
173      REAL(wp), INTENT(  out), OPTIONAL, DIMENSION(jpi,jpj) ::   pHz_wl   !             [m]
174      !
[13655]175      INTEGER :: nbit, jit
[12377]176      LOGICAL :: l_zt_equal_zu = .FALSE.      ! if q and t are given at same height as U
[6723]177      !
[12615]178      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: u_star, t_star, q_star
179      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: dt_zu, dq_zu
180      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: znu_a         !: Nu_air, Viscosity of air
[12377]181      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: Linv  !: 1/L (inverse of Monin Obukhov length...
182      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: z0, z0t, z0q
[6723]183      !
[12377]184      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: zsst  ! to back up the initial bulk SST
[6723]185      !
[12377]186      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: func_m, func_h
187      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: ztmp0, ztmp1, ztmp2
188      CHARACTER(len=40), PARAMETER :: crtnm = 'turb_ecmwf@sbcblk_algo_ecmwf.F90'
189      !!----------------------------------------------------------------------------------
190      IF( kt == nit000 ) CALL SBCBLK_ALGO_ECMWF_INIT(l_use_cs, l_use_wl)
191
[13655]192      nbit = nb_iter0
193      IF( PRESENT(nb_iter) ) nbit = nb_iter
194
[12615]195      l_zt_equal_zu = ( ABS(zu - zt) < 0.01_wp ) ! testing "zu == zt" is risky with double precision
[6723]196
[12377]197      !! Initializations for cool skin and warm layer:
198      IF( l_use_cs .AND. (.NOT.(PRESENT(Qsw) .AND. PRESENT(rad_lw) .AND. PRESENT(slp))) ) &
199         &   CALL ctl_stop( '['//TRIM(crtnm)//'] => ' , 'you need to provide Qsw, rad_lw & slp to use cool-skin param!' )
[6723]200
[12377]201      IF( l_use_wl .AND. (.NOT.(PRESENT(Qsw) .AND. PRESENT(rad_lw) .AND. PRESENT(slp))) ) &
202         &   CALL ctl_stop( '['//TRIM(crtnm)//'] => ' , 'you need to provide Qsw, rad_lw & slp to use warm-layer param!' )
203
204      IF( l_use_cs .OR. l_use_wl ) THEN
205         ALLOCATE ( zsst(jpi,jpj) )
206         zsst = T_s ! backing up the bulk SST
207         IF( l_use_cs ) T_s = T_s - 0.25_wp   ! First guess of correction
208         q_s    = rdct_qsat_salt*q_sat(MAX(T_s, 200._wp), slp) ! First guess of q_s
209      ENDIF
210
211
212      ! Identical first gess as in COARE, with IFS parameter values though...
213      !
[6723]214      !! First guess of temperature and humidity at height zu:
[12377]215      t_zu = MAX( t_zt ,  180._wp )   ! who knows what's given on masked-continental regions...
216      q_zu = MAX( q_zt , 1.e-6_wp )   !               "
[6723]217
218      !! Pot. temp. difference (and we don't want it to be 0!)
[12377]219      dt_zu = t_zu - T_s ;   dt_zu = SIGN( MAX(ABS(dt_zu),1.E-6_wp), dt_zu )
220      dq_zu = q_zu - q_s ;   dq_zu = SIGN( MAX(ABS(dq_zu),1.E-9_wp), dq_zu )
[6723]221
[12377]222      znu_a = visc_air(t_zu) ! Air viscosity (m^2/s) at zt given from temperature in (K)
[6723]223
[13655]224      Ubzu = SQRT(U_zu*U_zu + 0.5_wp*0.5_wp) ! initial guess for wind gustiness contribution
[6723]225
[12377]226      ztmp0   = LOG(    zu*10000._wp) ! optimization: 10000. == 1/z0 (with z0 first guess == 0.0001)
227      ztmp1   = LOG(10._wp*10000._wp) !       "                    "               "
[13655]228      u_star = 0.035_wp*Ubzu*ztmp1/ztmp0       ! (u* = 0.035*Un10)
[6723]229
[13655]230      z0     = charn0_ecmwf*u_star*u_star/grav + 0.11_wp*znu_a/u_star
[12377]231      z0     = MIN( MAX(ABS(z0), 1.E-9) , 1._wp )                      ! (prevents FPE from stupid values from masked region later on)
[6723]232
[12377]233      z0t    = 1._wp / ( 0.1_wp*EXP(vkarmn/(0.00115/(vkarmn/ztmp1))) )
234      z0t    = MIN( MAX(ABS(z0t), 1.E-9) , 1._wp )                      ! (prevents FPE from stupid values from masked region later on)
235
[13655]236      Cd     = MAX( (vkarmn/ztmp0)**2 , Cx_min )   ! first guess of Cd
[6723]237
[13655]238      ztmp0 = vkarmn2/LOG(zt/z0t)/Cd
[6723]239
[13655]240      ztmp2 = Ri_bulk( zu, T_s, t_zu, q_s, q_zu, Ubzu ) ! Bulk Richardson Number (BRN)
[6723]241
[12377]242      !! First estimate of zeta_u, depending on the stability, ie sign of BRN (ztmp2):
243      ztmp1 = 0.5 + SIGN( 0.5_wp , ztmp2 )
[13655]244      func_h = (1._wp - ztmp1) *   ztmp0*ztmp2 / (1._wp - ztmp2*zi0*0.004_wp*Beta0**3/zu) & !  BRN < 0
245         &  +       ztmp1      * ( ztmp0*ztmp2 + 27._wp/9._wp*ztmp2*ztmp2 )                 !  BRN > 0
[14017]246
[6723]247      !! First guess M-O stability dependent scaling params.(u*,t*,q*) to estimate z0 and z/L
[12377]248      ztmp0  = vkarmn/(LOG(zu/z0t) - psi_h_ecmwf(func_h))
[6723]249
[13655]250      u_star = MAX ( Ubzu*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]251      t_star = dt_zu*ztmp0
252      q_star = dq_zu*ztmp0
253
[12377]254      ! What needs to be done if zt /= zu:
[6723]255      IF( .NOT. l_zt_equal_zu ) THEN
256         !! First update of values at zu (or zt for wind)
257         ztmp0 = psi_h_ecmwf(func_h) - psi_h_ecmwf(zt*func_h/zu)    ! zt*func_h/zu == zeta_t
[12377]258         ztmp1 = LOG(zt/zu) + ztmp0
[6723]259         t_zu = t_zt - t_star/vkarmn*ztmp1
260         q_zu = q_zt - q_star/vkarmn*ztmp1
[12377]261         q_zu = (0.5_wp + SIGN(0.5_wp,q_zu))*q_zu !Makes it impossible to have negative humidity :
[6723]262         !
[12377]263         dt_zu = t_zu - T_s  ; dt_zu = SIGN( MAX(ABS(dt_zu),1.E-6_wp), dt_zu )
264         dq_zu = q_zu - q_s  ; dq_zu = SIGN( MAX(ABS(dq_zu),1.E-9_wp), dq_zu )
[6723]265      ENDIF
266
267
268      !! => that was same first guess as in COARE...
269
270
[13655]271      !! First guess of inverse of Obukov length (1/L) :
[12377]272      Linv = One_on_L( t_zu, q_zu, u_star, t_star, q_star )
[6723]273
[13655]274      !! Functions such as  u* = Ubzu*vkarmn/func_m
[12377]275      ztmp0 = zu*Linv
276      func_m = LOG(zu) - LOG(z0)  - psi_m_ecmwf(ztmp0) + psi_m_ecmwf( z0*Linv)
277      func_h = LOG(zu) - LOG(z0t) - psi_h_ecmwf(ztmp0) + psi_h_ecmwf(z0t*Linv)
[6723]278
279      !! ITERATION BLOCK
[13655]280      DO jit = 1, nbit
[6723]281
282         !! Bulk Richardson Number at z=zu (Eq. 3.25)
[13655]283         ztmp0 = Ri_bulk( zu, T_s, t_zu, q_s, q_zu, Ubzu ) ! Bulk Richardson Number (BRN)
[6723]284
[13655]285         !! New estimate of the inverse of the Obukhon length (Linv == zeta/zu) :
[12377]286         Linv = ztmp0*func_m*func_m/func_h / zu     ! From Eq. 3.23, Chap.3.2.3, IFS doc - Cy40r1
287         !! Note: it is slightly different that the L we would get with the usual
288         Linv = SIGN( MIN(ABS(Linv),200._wp), Linv ) ! (prevent FPE from stupid values from masked region later on...)
[6723]289
290         !! Update func_m with new Linv:
[12377]291         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]292
293         !! Need to update roughness lengthes:
[13655]294         u_star = Ubzu*vkarmn/func_m
[6723]295         ztmp2  = u_star*u_star
296         ztmp1  = znu_a/u_star
[13655]297         z0     = MIN( ABS( alpha_M*ztmp1 + charn0_ecmwf*ztmp2/grav ) , 0.001_wp)
298         z0t    = MIN( ABS( alpha_H*ztmp1                           ) , 0.001_wp)   ! eq.3.26, Chap.3, p.34, IFS doc - Cy31r1
299         z0q    = MIN( ABS( alpha_Q*ztmp1                           ) , 0.001_wp)
[6723]300
[12377]301         !! 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)
302         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)
303         !!   ! Only true when unstable (L<0) => when ztmp0 < 0 => explains "-" before zi0
[13655]304         Ubzu = MAX(SQRT(U_zu*U_zu + ztmp2), 0.2_wp)        ! include gustiness in bulk wind speed
305         ! => 0.2 prevents Ubzu to be 0 in stable case when U_zu=0.
[6723]306
307
308         !! Need to update "theta" and "q" at zu in case they are given at different heights
309         !! as well the air-sea differences:
310         IF( .NOT. l_zt_equal_zu ) THEN
311            !! Arrays func_m and func_h are free for a while so using them as temporary arrays...
[12377]312            func_h = psi_h_ecmwf(zu*Linv) ! temporary array !!!
313            func_m = psi_h_ecmwf(zt*Linv) ! temporary array !!!
[6723]314
315            ztmp2  = psi_h_ecmwf(z0t*Linv)
316            ztmp0  = func_h - ztmp2
[12377]317            ztmp1  = vkarmn/(LOG(zu) - LOG(z0t) - ztmp0)
[6723]318            t_star = dt_zu*ztmp1
319            ztmp2  = ztmp0 - func_m + ztmp2
320            ztmp1  = LOG(zt/zu) + ztmp2
321            t_zu   = t_zt - t_star/vkarmn*ztmp1
322
323            ztmp2  = psi_h_ecmwf(z0q*Linv)
324            ztmp0  = func_h - ztmp2
[12377]325            ztmp1  = vkarmn/(LOG(zu) - LOG(z0q) - ztmp0)
[6723]326            q_star = dq_zu*ztmp1
327            ztmp2  = ztmp0 - func_m + ztmp2
[12377]328            ztmp1  = LOG(zt/zu) + ztmp2
[6723]329            q_zu   = q_zt - q_star/vkarmn*ztmp1
[12377]330         ENDIF
[6723]331
[12377]332         !! Updating because of updated z0 and z0t and new Linv...
333         ztmp0 = zu*Linv
334         func_m = log(zu) - LOG(z0 ) - psi_m_ecmwf(ztmp0) + psi_m_ecmwf(z0 *Linv)
335         func_h = log(zu) - LOG(z0t) - psi_h_ecmwf(ztmp0) + psi_h_ecmwf(z0t*Linv)
[9019]336
[6723]337
[12377]338         IF( l_use_cs ) THEN
339            !! Cool-skin contribution
[6723]340
[13655]341            CALL UPDATE_QNSOL_TAU( zu, T_s, q_s, t_zu, q_zu, u_star, t_star, q_star, U_zu, Ubzu, slp, rad_lw, &
[12377]342               &                   ztmp1, ztmp0,  Qlat=ztmp2)  ! Qnsol -> ztmp1 / Tau -> ztmp0
[6723]343
[12377]344            CALL CS_ECMWF( Qsw, ztmp1, u_star, zsst )  ! Qnsol -> ztmp1
345
346            T_s(:,:) = zsst(:,:) + dT_cs(:,:)*tmask(:,:,1)
347            IF( l_use_wl ) T_s(:,:) = T_s(:,:) + dT_wl(:,:)*tmask(:,:,1)
348            q_s(:,:) = rdct_qsat_salt*q_sat(MAX(T_s(:,:), 200._wp), slp(:,:))
349
350         ENDIF
351
352         IF( l_use_wl ) THEN
353            !! Warm-layer contribution
[13655]354            CALL UPDATE_QNSOL_TAU( zu, T_s, q_s, t_zu, q_zu, u_star, t_star, q_star, U_zu, Ubzu, slp, rad_lw, &
[12377]355               &                   ztmp1, ztmp2)  ! Qnsol -> ztmp1 / Tau -> ztmp2
356            CALL WL_ECMWF( Qsw, ztmp1, u_star, zsst )
357            !! Updating T_s and q_s !!!
358            T_s(:,:) = zsst(:,:) + dT_wl(:,:)*tmask(:,:,1) !
359            IF( l_use_cs ) T_s(:,:) = T_s(:,:) + dT_cs(:,:)*tmask(:,:,1)
360            q_s(:,:) = rdct_qsat_salt*q_sat(MAX(T_s(:,:), 200._wp), slp(:,:))
361         ENDIF
362
363         IF( l_use_cs .OR. l_use_wl .OR. (.NOT. l_zt_equal_zu) ) THEN
364            dt_zu = t_zu - T_s ;  dt_zu = SIGN( MAX(ABS(dt_zu),1.E-6_wp), dt_zu )
365            dq_zu = q_zu - q_s ;  dq_zu = SIGN( MAX(ABS(dq_zu),1.E-9_wp), dq_zu )
366         ENDIF
367
[13655]368      END DO !DO jit = 1, nbit
[12377]369
[13655]370      Cd = MAX( vkarmn2/(func_m*func_m) , Cx_min )
371      Ch = MAX( vkarmn2/(func_m*func_h) , Cx_min )
372      ztmp2 = LOG(zu/z0q) - psi_h_ecmwf(zu*Linv) + psi_h_ecmwf(z0q*Linv)   ! func_q
373      Ce = MAX( vkarmn2/(func_m*ztmp2)  , Cx_min )
[6723]374
[13655]375      IF(PRESENT(Cdn)) Cdn = MAX( vkarmn2 / (LOG(zu/z0 )*LOG(zu/z0 )) , Cx_min )
376      IF(PRESENT(Chn)) Chn = MAX( vkarmn2 / (LOG(zu/z0t)*LOG(zu/z0t)) , Cx_min )
377      IF(PRESENT(Cen)) Cen = MAX( vkarmn2 / (LOG(zu/z0q)*LOG(zu/z0q)) , Cx_min )
[9019]378
[12377]379      IF( l_use_cs .AND. PRESENT(pdT_cs) ) pdT_cs = dT_cs
380      IF( l_use_wl .AND. PRESENT(pdT_wl) ) pdT_wl = dT_wl
381      IF( l_use_wl .AND. PRESENT(pHz_wl) ) pHz_wl = Hz_wl
[6723]382
[12377]383      IF( l_use_cs .OR. l_use_wl ) DEALLOCATE ( zsst )
[6723]384
[12377]385   END SUBROUTINE turb_ecmwf
386
387
[6723]388   FUNCTION psi_m_ecmwf( pzeta )
389      !!----------------------------------------------------------------------------------
390      !! Universal profile stability function for momentum
391      !!     ECMWF / as in IFS cy31r1 documentation, available online
392      !!     at ecmwf.int
393      !!
394      !! pzeta : stability paramenter, z/L where z is altitude measurement
395      !!         and L is M-O length
396      !!
[12377]397      !! ** Author: L. Brodeau, June 2016 / AeroBulk (https://github.com/brodeau/aerobulk/)
[6723]398      !!----------------------------------------------------------------------------------
399      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: psi_m_ecmwf
400      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) :: pzeta
401      !
402      INTEGER  ::   ji, jj    ! dummy loop indices
[13655]403      REAL(wp) :: zta, zx2, zx, ztmp, zpsi_unst, zpsi_stab, zstab, zc
[6723]404      !!----------------------------------------------------------------------------------
[13655]405      zc = 5._wp/0.35_wp
[13460]406      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
[13655]407            !
408            zta = MIN( pzeta(ji,jj) , 5._wp ) !! Very stable conditions (L positif and big!):
409
410            ! *** Unstable (Paulson 1970)    [eq.3.20, Chap.3, p.33, IFS doc - Cy31r1] :
411            zx2 = SQRT( ABS(1._wp - 16._wp*zta) )  ! (1 - 16z)^0.5
412            zx  = SQRT(zx2)                          ! (1 - 16z)^0.25
413            ztmp = 1._wp + zx
414            zpsi_unst = LOG( 0.125_wp*ztmp*ztmp*(1._wp + zx2) ) - 2._wp*ATAN( zx ) + 0.5_wp*rpi
415
416            ! *** Stable                   [eq.3.22, Chap.3, p.33, IFS doc - Cy31r1] :
417            zpsi_stab = -2._wp/3._wp*(zta - zc)*EXP(-0.35_wp*zta) &
418               &       - zta - 2._wp/3._wp*zc
419            !
420            zstab = 0.5_wp + SIGN(0.5_wp, zta) ! zta > 0 => zstab = 1
421            !
422            psi_m_ecmwf(ji,jj) =         zstab  * zpsi_stab &  ! (zta > 0) Stable
423               &              + (1._wp - zstab) * zpsi_unst    ! (zta < 0) Unstable
424            !
[12377]425      END_2D
[6723]426   END FUNCTION psi_m_ecmwf
427
[12377]428
[6723]429   FUNCTION psi_h_ecmwf( pzeta )
430      !!----------------------------------------------------------------------------------
431      !! Universal profile stability function for temperature and humidity
432      !!     ECMWF / as in IFS cy31r1 documentation, available online
433      !!     at ecmwf.int
434      !!
435      !! pzeta : stability paramenter, z/L where z is altitude measurement
436      !!         and L is M-O length
437      !!
[12377]438      !! ** Author: L. Brodeau, June 2016 / AeroBulk (https://github.com/brodeau/aerobulk/)
[6723]439      !!----------------------------------------------------------------------------------
440      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: psi_h_ecmwf
441      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) :: pzeta
442      !
443      INTEGER  ::   ji, jj     ! dummy loop indices
[13655]444      REAL(wp) ::  zta, zx2, zpsi_unst, zpsi_stab, zstab, zc
[6723]445      !!----------------------------------------------------------------------------------
[13655]446      zc = 5._wp/0.35_wp
[6723]447      !
[13460]448      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
[13655]449            !
450            zta = MIN(pzeta(ji,jj) , 5._wp)   ! Very stable conditions (L positif and big!):
451            !
452            ! *** Unstable (Paulson 1970)   [eq.3.20, Chap.3, p.33, IFS doc - Cy31r1] :
453            zx2 = SQRT( ABS(1._wp - 16._wp*zta) )  ! (1 -16z)^0.5
454            zpsi_unst = 2._wp*LOG( 0.5_wp*(1._wp + zx2) )
455            !
456            ! *** Stable [eq.3.22, Chap.3, p.33, IFS doc - Cy31r1] :
457            zpsi_stab = -2._wp/3._wp*(zta - zc)*EXP(-0.35_wp*zta) &
458               &       - ABS(1._wp + 2._wp/3._wp*zta)**1.5_wp - 2._wp/3._wp*zc + 1._wp
459            !
460            ! LB: added ABS() to avoid NaN values when unstable, which contaminates the unstable solution...
461            !
462            zstab = 0.5_wp + SIGN(0.5_wp, zta) ! zta > 0 => zstab = 1
463            !
464            psi_h_ecmwf(ji,jj) =         zstab  * zpsi_stab &  ! (zta > 0) Stable
[14017]465               &              + (1._wp - zstab) * zpsi_unst    ! (zta < 0) Unstable
[13655]466            !
[12377]467      END_2D
[6723]468   END FUNCTION psi_h_ecmwf
469
470
471   !!======================================================================
472END MODULE sbcblk_algo_ecmwf
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.