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icealb.F90 in NEMO/branches/2020/temporary_r4_trunk/src/ICE – NEMO

source: NEMO/branches/2020/temporary_r4_trunk/src/ICE/icealb.F90 @ 13470

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r4_trunk: second change of DO loops for routines to be merged, see #2523

  • Property svn:keywords set to Id
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RevLine 
[8586]1MODULE icealb
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  icealb  ***
4   !! Atmospheric forcing:  Albedo over sea ice
5   !!=====================================================================
[9604]6   !! History :  4.0  !  2017-07  (C. Rousset)       Split ice and ocean albedos
7   !!            4.0  !  2018     (many people)      SI3 [aka Sea Ice cube]
[8586]8   !!----------------------------------------------------------------------
[9570]9#if defined key_si3
[8586]10   !!----------------------------------------------------------------------
[9570]11   !!   'key_si3'                                       SI3 sea-ice model
[8586]12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !!   ice_alb        : albedo for ice (clear and overcast skies)
14   !!   ice_alb_init   : initialisation of albedo computation
15   !!----------------------------------------------------------------------
16   USE phycst         ! physical constants
[9910]17   USE dom_oce        ! domain: ocean
[13466]18   USE ice, ONLY: jpl ! sea-ice: number of categories
19   USE icevar         ! sea-ice: operations
[8586]20   !
21   USE in_out_manager ! I/O manager
22   USE lib_mpp        ! MPP library
23   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
24   USE timing         ! Timing
25
26   IMPLICIT NONE
27   PRIVATE
28
29   PUBLIC   ice_alb_init   ! called in icestp
[10535]30   PUBLIC   ice_alb        ! called in icesbc.F90 and iceupdate.F90
[8586]31
32   REAL(wp), PUBLIC, PARAMETER ::   rn_alb_oce = 0.066   !: ocean or lead albedo (Pegau and Paulson, Ann. Glac. 2001)
33   !
[8637]34   !                             !!* albedo namelist (namalb)
[8586]35   REAL(wp) ::   rn_alb_sdry      ! dry snow albedo
36   REAL(wp) ::   rn_alb_smlt      ! melting snow albedo
37   REAL(wp) ::   rn_alb_idry      ! dry ice albedo
38   REAL(wp) ::   rn_alb_imlt      ! bare puddled ice albedo
39   REAL(wp) ::   rn_alb_dpnd      ! ponded ice albedo
40
41   !!----------------------------------------------------------------------
[9598]42   !! NEMO/ICE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
[10069]43   !! $Id$
[10068]44   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
[8586]45   !!----------------------------------------------------------------------
46CONTAINS
47
[13466]48   SUBROUTINE ice_alb( pt_su, ph_ice, ph_snw, ld_pnd_alb, pafrac_pnd, ph_pnd, pcloud_fra, palb_ice )
[8586]49      !!----------------------------------------------------------------------
50      !!               ***  ROUTINE ice_alb  ***
51      !!         
52      !! ** Purpose :   Computation of the albedo of the snow/ice system
53      !!       
[8637]54      !! ** Method  :   The scheme is "home made" (for cloudy skies) and based on Brandt et al. (J. Climate 2005)
55      !!                                                                      and Grenfell & Perovich (JGR 2004)
[8586]56      !!                  1) Albedo dependency on ice thickness follows the findings from Brandt et al (2005)
57      !!                     which are an update of Allison et al. (JGR 1993) ; Brandt et al. 1999
58      !!                     0-5cm  : linear function of ice thickness
59      !!                     5-150cm: log    function of ice thickness
60      !!                     > 150cm: constant
61      !!                  2) Albedo dependency on snow thickness follows the findings from Grenfell & Perovich (2004)
62      !!                     i.e. it increases as -EXP(-snw_thick/0.02) during freezing and -EXP(-snw_thick/0.03) during melting
63      !!                  3) Albedo dependency on clouds is speculated from measurements of Grenfell and Perovich (2004)
64      !!                     i.e. cloudy-clear albedo depend on cloudy albedo following a 2d order polynomial law
65      !!                  4) The needed 4 parameters are: dry and melting snow, freezing ice and bare puddled ice
66      !!
[8637]67      !!                     compilation of values from literature (reference overcast sky values)
68      !!                        rn_alb_sdry = 0.85      ! dry snow
69      !!                        rn_alb_smlt = 0.75      ! melting snow
70      !!                        rn_alb_idry = 0.60      ! bare frozen ice
71      !!                        rn_alb_imlt = 0.50      ! bare puddled ice albedo
72      !!                        rn_alb_dpnd = 0.36      ! ponded-ice overcast albedo (Lecomte et al, 2015)
73      !!                                                ! early melt pnds 0.27, late melt ponds 0.14 Grenfell & Perovich
74      !!                     Perovich et al 2002 (Sheba) => the only dataset for which all types of ice/snow were retrieved
75      !!                        rn_alb_sdry = 0.85      ! dry snow
76      !!                        rn_alb_smlt = 0.72      ! melting snow
77      !!                        rn_alb_idry = 0.65      ! bare frozen ice
78      !!                     Brandt et al 2005 (East Antarctica)
79      !!                        rn_alb_sdry = 0.87      ! dry snow
80      !!                        rn_alb_smlt = 0.82      ! melting snow
81      !!                        rn_alb_idry = 0.54      ! bare frozen ice
82      !!
83      !! ** Note    :   The old parameterization from Shine & Henderson-Sellers (not here anymore) presented several misconstructions
[8586]84      !!                  1) ice albedo when ice thick. tends to 0 is different than ocean albedo
85      !!                  2) for small ice thick. covered with some snow (<3cm?), albedo is larger
86      !!                     under melting conditions than under freezing conditions
87      !!                  3) the evolution of ice albedo as a function of ice thickness shows 
88      !!                     3 sharp inflexion points (at 5cm, 100cm and 150cm) that look highly unrealistic
89      !!
90      !! References :   Shine & Henderson-Sellers 1985, JGR, 90(D1), 2243-2250.
91      !!                Brandt et al. 2005, J. Climate, vol 18
92      !!                Grenfell & Perovich 2004, JGR, vol 109
93      !!----------------------------------------------------------------------
[8637]94      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pt_su        !  ice surface temperature (Kelvin)
[8586]95      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   ph_ice       !  sea-ice thickness
96      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   ph_snw       !  snow depth
[8637]97      LOGICAL , INTENT(in   )                   ::   ld_pnd_alb   !  effect of melt ponds on albedo
[8586]98      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pafrac_pnd   !  melt pond relative fraction (per unit ice area)
99      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   ph_pnd       !  melt pond depth
[13466]100      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:)   ::   pcloud_fra   !  cloud fraction
101      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:) ::   palb_ice     !  albedo of ice
[8586]102      !
[13466]103      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) :: za_s_fra   ! ice fraction covered by snow
[8586]104      INTEGER  ::   ji, jj, jl                ! dummy loop indices
[8637]105      REAL(wp) ::   z1_c1, z1_c2,z1_c3, z1_c4 ! local scalar
106      REAL(wp) ::   z1_href_pnd               ! inverse of the characteristic length scale (Lecomte et al. 2015)
107      REAL(wp) ::   zalb_pnd, zafrac_pnd      ! ponded sea ice albedo & relative pound fraction
108      REAL(wp) ::   zalb_ice, zafrac_ice      ! bare sea ice albedo & relative ice fraction
109      REAL(wp) ::   zalb_snw, zafrac_snw      ! snow-covered sea ice albedo & relative snow fraction
[13466]110      REAL(wp) ::   zalb_cs, zalb_os          ! albedo of ice under clear/overcast sky
[8586]111      !!---------------------------------------------------------------------
112      !
[9124]113      IF( ln_timing )   CALL timing_start('icealb')
[8586]114      !
[9986]115      z1_href_pnd = 1. / 0.05
[8637]116      z1_c1 = 1. / ( LOG(1.5) - LOG(0.05) ) 
117      z1_c2 = 1. / 0.05
118      z1_c3 = 1. / 0.02
119      z1_c4 = 1. / 0.03
[8586]120      !
[13466]121      CALL ice_var_snwfra( ph_snw, za_s_fra )   ! calculate ice fraction covered by snow
122      !
[8637]123      DO jl = 1, jpl
[13470]124         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
[13469]125            !
126            !---------------------------------------------!
127            !--- Specific snow, ice and pond fractions ---!
128            !---------------------------------------------!               
129            zafrac_snw = za_s_fra(ji,jj,jl)
130            IF( ld_pnd_alb ) THEN
131               zafrac_pnd = MIN( pafrac_pnd(ji,jj,jl), 1._wp - zafrac_snw ) ! make sure (a_ip_eff + a_s_fra) <= 1
132            ELSE
133               zafrac_pnd = 0._wp
134            ENDIF
135            zafrac_ice = MAX( 0._wp, 1._wp - zafrac_pnd - zafrac_snw ) ! max for roundoff errors
136            !
137            !---------------!
138            !--- Albedos ---!
139            !---------------!               
140            !                       !--- Bare ice albedo (for hi > 150cm)
141            IF( ld_pnd_alb ) THEN
142               zalb_ice = rn_alb_idry
143            ELSE
144               IF( ph_snw(ji,jj,jl) == 0._wp .AND. pt_su(ji,jj,jl) >= rt0 ) THEN   ;   zalb_ice = rn_alb_imlt
145               ELSE                                                                ;   zalb_ice = rn_alb_idry   ;   ENDIF
146            ENDIF
147            !                       !--- Bare ice albedo (for hi < 150cm)
148            IF( 0.05 < ph_ice(ji,jj,jl) .AND. ph_ice(ji,jj,jl) <= 1.5 ) THEN      ! 5cm < hi < 150cm
149               zalb_ice = zalb_ice    + ( 0.18 - zalb_ice   ) * z1_c1 * ( LOG(1.5) - LOG(ph_ice(ji,jj,jl)) )
150            ELSEIF( ph_ice(ji,jj,jl) <= 0.05 ) THEN                               ! 0cm < hi < 5cm
151               zalb_ice = rn_alb_oce  + ( 0.18 - rn_alb_oce ) * z1_c2 * ph_ice(ji,jj,jl)
152            ENDIF
153            !
154            !                       !--- Snow-covered ice albedo (freezing, melting cases)
155            IF( pt_su(ji,jj,jl) < rt0 ) THEN
156               zalb_snw = rn_alb_sdry - ( rn_alb_sdry - zalb_ice ) * EXP( - ph_snw(ji,jj,jl) * z1_c3 )
157            ELSE
158               zalb_snw = rn_alb_smlt - ( rn_alb_smlt - zalb_ice ) * EXP( - ph_snw(ji,jj,jl) * z1_c4 )
159            ENDIF
160            !                       !--- Ponded ice albedo
161            zalb_pnd = rn_alb_dpnd - ( rn_alb_dpnd - zalb_ice ) * EXP( - ph_pnd(ji,jj,jl) * z1_href_pnd ) 
162            !
163            !                       !--- Surface albedo is weighted mean of snow, ponds and bare ice contributions
164            zalb_os = ( zafrac_snw * zalb_snw + zafrac_pnd * zalb_pnd + zafrac_ice * zalb_ice ) * tmask(ji,jj,1)
165            !
166            zalb_cs = zalb_os - ( - 0.1010 * zalb_os * zalb_os  &
167               &                  + 0.1933 * zalb_os - 0.0148 ) * tmask(ji,jj,1)
168            !
169            ! albedo depends on cloud fraction because of non-linear spectral effects
170            palb_ice(ji,jj,jl) = ( 1._wp - pcloud_fra(ji,jj) ) * zalb_cs + pcloud_fra(ji,jj) * zalb_os
[13466]171
[13469]172         END_2D
[8637]173      END DO
[8586]174      !
[8637]175      !
[9124]176      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('icealb')
[8586]177      !
178   END SUBROUTINE ice_alb
179
180
181   SUBROUTINE ice_alb_init
182      !!----------------------------------------------------------------------
183      !!                 ***  ROUTINE alb_init  ***
184      !!
185      !! ** Purpose :   initializations for the albedo parameters
186      !!
187      !! ** Method  :   Read the namelist namalb
188      !!----------------------------------------------------------------------
[8637]189      INTEGER ::   ios   ! Local integer output status for namelist read
[8586]190      !!
[8637]191      NAMELIST/namalb/ rn_alb_sdry, rn_alb_smlt, rn_alb_idry, rn_alb_imlt, rn_alb_dpnd
[8586]192      !!----------------------------------------------------------------------
193      !
194      REWIND( numnam_ice_ref )              ! Namelist namalb in reference namelist : Albedo parameters
195      READ  ( numnam_ice_ref, namalb, IOSTAT = ios, ERR = 901)
[11536]196901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namalb in reference namelist' )
[8586]197      REWIND( numnam_ice_cfg )              ! Namelist namalb in configuration namelist : Albedo parameters
198      READ  ( numnam_ice_cfg, namalb, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
[11536]199902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namalb in configuration namelist' )
[9169]200      IF(lwm) WRITE( numoni, namalb )
[8586]201      !
202      IF(lwp) THEN                      ! Control print
203         WRITE(numout,*)
204         WRITE(numout,*) 'ice_alb_init: set albedo parameters'
205         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
206         WRITE(numout,*) '   Namelist namalb:'
207         WRITE(numout,*) '      albedo of dry snow                   rn_alb_sdry = ', rn_alb_sdry
208         WRITE(numout,*) '      albedo of melting snow               rn_alb_smlt = ', rn_alb_smlt
209         WRITE(numout,*) '      albedo of dry ice                    rn_alb_idry = ', rn_alb_idry
210         WRITE(numout,*) '      albedo of bare puddled ice           rn_alb_imlt = ', rn_alb_imlt
211         WRITE(numout,*) '      albedo of ponded ice                 rn_alb_dpnd = ', rn_alb_dpnd
212      ENDIF
213      !
214   END SUBROUTINE ice_alb_init
215
216#else
217   !!----------------------------------------------------------------------
[9570]218   !!   Default option           Dummy module         NO SI3 sea-ice model
[8586]219   !!----------------------------------------------------------------------
220#endif
221
222   !!======================================================================
223END MODULE icealb
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.