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sbcblk.F90 in NEMO/branches/2021/dev_r14273_HPC-02_Daley_Tiling/src/OCE/SBC – NEMO

source: NEMO/branches/2021/dev_r14273_HPC-02_Daley_Tiling/src/OCE/SBC/sbcblk.F90 @ 14576

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#2600: Merge in trunk changes to r14509

  • Property svn:keywords set to Id
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Line 
1MODULE sbcblk
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  sbcblk  ***
4   !! Ocean forcing:  momentum, heat and freshwater flux formulation
5   !!                         Aerodynamic Bulk Formulas
6   !!                        SUCCESSOR OF "sbcblk_core"
7   !!=====================================================================
8   !! History :  1.0  !  2004-08  (U. Schweckendiek)  Original CORE code
9   !!            2.0  !  2005-04  (L. Brodeau, A.M. Treguier)  improved CORE bulk and its user interface
10   !!            3.0  !  2006-06  (G. Madec)  sbc rewritting
11   !!             -   !  2006-12  (L. Brodeau)  Original code for turb_core
12   !!            3.2  !  2009-04  (B. Lemaire)  Introduce iom_put
13   !!            3.3  !  2010-10  (S. Masson)  add diurnal cycle
14   !!            3.4  !  2011-11  (C. Harris)  Fill arrays required by CICE
15   !!            3.7  !  2014-06  (L. Brodeau)  simplification and optimization of CORE bulk
16   !!            4.0  !  2016-06  (L. Brodeau)  sbcblk_core becomes sbcblk and is not restricted to the CORE algorithm anymore
17   !!                 !                        ==> based on AeroBulk (https://github.com/brodeau/aerobulk/)
18   !!            4.0  !  2016-10  (G. Madec)  introduce a sbc_blk_init routine
19   !!            4.0  !  2016-10  (M. Vancoppenolle)  Introduce conduction flux emulator (M. Vancoppenolle)
20   !!            4.0  !  2019-03  (F. Lemarié & G. Samson)  add ABL compatibility (ln_abl=TRUE)
21   !!            4.2  !  2020-12  (L. Brodeau) Introduction of various air-ice bulk parameterizations + improvements
22   !!----------------------------------------------------------------------
23
24   !!----------------------------------------------------------------------
25   !!   sbc_blk_init  : initialisation of the chosen bulk formulation as ocean surface boundary condition
26   !!   sbc_blk       : bulk formulation as ocean surface boundary condition
27   !!   blk_oce_1     : computes pieces of momentum, heat and freshwater fluxes over ocean for ABL model  (ln_abl=TRUE)
28   !!   blk_oce_2     : finalizes momentum, heat and freshwater fluxes computation over ocean after the ABL step  (ln_abl=TRUE)
29   !!             sea-ice case only :
30   !!   blk_ice_1   : provide the air-ice stress
31   !!   blk_ice_2   : provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
32   !!   blk_ice_qcn   : provide ice surface temperature and snow/ice conduction flux (emulating conduction flux)
33   !!----------------------------------------------------------------------
34   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
35   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
36   USE phycst         ! physical constants
37   USE fldread        ! read input fields
38   USE sbc_oce        ! Surface boundary condition: ocean fields
39   USE cyclone        ! Cyclone 10m wind form trac of cyclone centres
40   USE sbcdcy         ! surface boundary condition: diurnal cycle
41   USE sbcwave , ONLY :   cdn_wave ! wave module
42   USE lib_fortran    ! to use key_nosignedzero and glob_sum
43   !
44#if defined key_si3
45   USE sbc_ice        ! Surface boundary condition: ice fields #LB? ok to be in 'key_si3' ???
46   USE ice     , ONLY :   u_ice, v_ice, jpl, a_i_b, at_i_b, t_su, rn_cnd_s, hfx_err_dif, nn_qtrice
47   USE icevar         ! for CALL ice_var_snwblow
48   USE sbcblk_algo_ice_an05
49   USE sbcblk_algo_ice_lu12
50   USE sbcblk_algo_ice_lg15
51#endif
52   USE sbcblk_algo_ncar     ! => turb_ncar     : NCAR - (formerly known as CORE, Large & Yeager, 2009)
53   USE sbcblk_algo_coare3p0 ! => turb_coare3p0 : COAREv3.0 (Fairall et al. 2003)
54   USE sbcblk_algo_coare3p6 ! => turb_coare3p6 : COAREv3.6 (Fairall et al. 2018 + Edson et al. 2013)
55   USE sbcblk_algo_ecmwf    ! => turb_ecmwf    : ECMWF (IFS cycle 45r1)
56   USE sbcblk_algo_andreas  ! => turb_andreas  : Andreas et al. 2015
57   !
58   USE iom            ! I/O manager library
59   USE in_out_manager ! I/O manager
60   USE lib_mpp        ! distribued memory computing library
61   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
62   USE prtctl         ! Print control
63
64   USE sbc_phy        ! Catalog of functions for physical/meteorological parameters in the marine boundary layer
65
66   IMPLICIT NONE
67   PRIVATE
68
69   PUBLIC   sbc_blk_init  ! called in sbcmod
70   PUBLIC   sbc_blk       ! called in sbcmod
71   PUBLIC   blk_oce_1     ! called in sbcabl
72   PUBLIC   blk_oce_2     ! called in sbcabl
73#if defined key_si3
74   PUBLIC   blk_ice_1     ! routine called in icesbc
75   PUBLIC   blk_ice_2     ! routine called in icesbc
76   PUBLIC   blk_ice_qcn   ! routine called in icesbc
77#endif
78
79   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_wndi  =  1   ! index of 10m wind velocity (i-component) (m/s)    at T-point
80   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_wndj  =  2   ! index of 10m wind velocity (j-component) (m/s)    at T-point
81   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_tair  =  3   ! index of 10m air temperature             (Kelvin)
82   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_humi  =  4   ! index of specific humidity               ( % )
83   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_qsr   =  5   ! index of solar heat                      (W/m2)
84   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_qlw   =  6   ! index of Long wave                       (W/m2)
85   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_prec  =  7   ! index of total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
86   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_snow  =  8   ! index of snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
87   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_slp   =  9   ! index of sea level pressure              (Pa)
88   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_uoatm = 10   ! index of surface current (i-component)
89   !                                                !          seen by the atmospheric forcing (m/s) at T-point
90   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_voatm = 11   ! index of surface current (j-component)
91   !                                                !          seen by the atmospheric forcing (m/s) at T-point
92   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_cc    = 12   ! index of cloud cover                     (-)      range:0-1
93   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_hpgi  = 13   ! index of ABL geostrophic wind or hpg (i-component) (m/s) at T-point
94   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_hpgj  = 14   ! index of ABL geostrophic wind or hpg (j-component) (m/s) at T-point
95   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jpfld    = 14   ! maximum number of files to read
96
97   ! Warning: keep this structure allocatable for Agrif...
98   TYPE(FLD), PUBLIC, ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   sf   ! structure of input atmospheric fields (file informations, fields read)
99
100   !                           !!* Namelist namsbc_blk : bulk parameters
101   LOGICAL  ::   ln_NCAR        ! "NCAR"      algorithm   (Large and Yeager 2008)
102   LOGICAL  ::   ln_COARE_3p0   ! "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)
103   LOGICAL  ::   ln_COARE_3p6   ! "COARE 3.6" algorithm   (Edson et al. 2013)
104   LOGICAL  ::   ln_ECMWF       ! "ECMWF"     algorithm   (IFS cycle 45r1)
105   LOGICAL  ::   ln_ANDREAS     ! "ANDREAS"   algorithm   (Andreas et al. 2015)
106   !
107   !#LB:
108   LOGICAL  ::   ln_Cx_ice_cst             ! use constant air-ice bulk transfer coefficients (value given in namelist's rn_Cd_i, rn_Ce_i & rn_Ch_i)
109   REAL(wp) ::   rn_Cd_i, rn_Ce_i, rn_Ch_i ! values for  "    "
110   LOGICAL  ::   ln_Cx_ice_AN05            ! air-ice bulk transfer coefficients based on Andreas et al., 2005
111   LOGICAL  ::   ln_Cx_ice_LU12            ! air-ice bulk transfer coefficients based on Lupkes et al., 2012
112   LOGICAL  ::   ln_Cx_ice_LG15            ! air-ice bulk transfer coefficients based on Lupkes & Gryanik, 2015
113   !#LB.
114   !
115   LOGICAL  ::   ln_crt_fbk     ! Add surface current feedback to the wind stress computation  (Renault et al. 2020)
116   REAL(wp) ::   rn_stau_a      ! Alpha and Beta coefficients of Renault et al. 2020, eq. 10: Stau = Alpha * Wnd + Beta
117   REAL(wp) ::   rn_stau_b      !
118   !
119   REAL(wp)         ::   rn_pfac   ! multiplication factor for precipitation
120   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_efac   ! multiplication factor for evaporation
121   REAL(wp)         ::   rn_zqt    ! z(q,t) : height of humidity and temperature measurements
122   REAL(wp)         ::   rn_zu     ! z(u)   : height of wind measurements
123   !
124   INTEGER          :: nn_iter_algo   !  Number of iterations in bulk param. algo ("stable ABL + weak wind" requires more)
125
126   REAL(wp),         ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:) ::   theta_zu, q_zu                 ! air temp. and spec. hum. at wind speed height (L15 bulk scheme)
127
128#if defined key_si3
129   REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:) :: Cd_ice , Ch_ice , Ce_ice   !#LB transfert coefficients over ice
130   REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:) :: theta_zu_i, q_zu_i         !#LB fixme ! air temp. and spec. hum. over ice at wind speed height (L15 bulk scheme)
131#endif
132
133
134   LOGICAL  ::   ln_skin_cs     ! use the cool-skin (only available in ECMWF and COARE algorithms) !LB
135   LOGICAL  ::   ln_skin_wl     ! use the warm-layer parameterization (only available in ECMWF and COARE algorithms) !LB
136   LOGICAL  ::   ln_humi_sph    ! humidity read in files ("sn_humi") is specific humidity [kg/kg] if .true. !LB
137   LOGICAL  ::   ln_humi_dpt    ! humidity read in files ("sn_humi") is dew-point temperature [K] if .true. !LB
138   LOGICAL  ::   ln_humi_rlh    ! humidity read in files ("sn_humi") is relative humidity     [%] if .true. !LB
139   LOGICAL  ::   ln_tair_pot    ! temperature read in files ("sn_tair") is already potential temperature (not absolute)
140   !
141   INTEGER  ::   nhumi          ! choice of the bulk algorithm
142   !                            ! associated indices:
143   INTEGER, PARAMETER :: np_humi_sph = 1
144   INTEGER, PARAMETER :: np_humi_dpt = 2
145   INTEGER, PARAMETER :: np_humi_rlh = 3
146
147   INTEGER  ::   nblk           ! choice of the bulk algorithm
148   !                            ! associated indices:
149   INTEGER, PARAMETER ::   np_NCAR      = 1   ! "NCAR" algorithm        (Large and Yeager 2008)
150   INTEGER, PARAMETER ::   np_COARE_3p0 = 2   ! "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)
151   INTEGER, PARAMETER ::   np_COARE_3p6 = 3   ! "COARE 3.6" algorithm   (Edson et al. 2013)
152   INTEGER, PARAMETER ::   np_ECMWF     = 4   ! "ECMWF" algorithm       (IFS cycle 45r1)
153   INTEGER, PARAMETER ::   np_ANDREAS   = 5   ! "ANDREAS" algorithm       (Andreas et al. 2015)
154
155   !#LB:
156#if defined key_si3
157   ! Same, over sea-ice:
158   INTEGER  ::   nblk_ice           ! choice of the bulk algorithm
159   !                            ! associated indices:
160   INTEGER, PARAMETER ::   np_ice_cst  = 1   ! constant transfer coefficients
161   INTEGER, PARAMETER ::   np_ice_an05 = 2   ! Andreas et al., 2005
162   INTEGER, PARAMETER ::   np_ice_lu12 = 3   ! Lupkes el al., 2012
163   INTEGER, PARAMETER ::   np_ice_lg15 = 4   ! Lupkes & Gryanik, 2015
164#endif
165   !LB.
166
167
168
169   !! * Substitutions
170#  include "do_loop_substitute.h90"
171   !!----------------------------------------------------------------------
172   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
173   !! $Id$
174   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
175   !!----------------------------------------------------------------------
176CONTAINS
177
178   INTEGER FUNCTION sbc_blk_alloc()
179      !!-------------------------------------------------------------------
180      !!             ***  ROUTINE sbc_blk_alloc ***
181      !!-------------------------------------------------------------------
182      ALLOCATE( theta_zu(jpi,jpj), q_zu(jpi,jpj),  STAT=sbc_blk_alloc )
183      CALL mpp_sum ( 'sbcblk', sbc_blk_alloc )
184      IF( sbc_blk_alloc /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_alloc: failed to allocate arrays' )
185   END FUNCTION sbc_blk_alloc
186
187#if defined key_si3
188   INTEGER FUNCTION sbc_blk_ice_alloc()
189      !!-------------------------------------------------------------------
190      !!             ***  ROUTINE sbc_blk_ice_alloc ***
191      !!-------------------------------------------------------------------
192      ALLOCATE( Cd_ice (jpi,jpj), Ch_ice (jpi,jpj), Ce_ice (jpi,jpj),         &
193         &      theta_zu_i(jpi,jpj), q_zu_i(jpi,jpj),  STAT=sbc_blk_ice_alloc )
194      CALL mpp_sum ( 'sbcblk', sbc_blk_ice_alloc )
195      IF( sbc_blk_ice_alloc /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_ice_alloc: failed to allocate arrays' )
196   END FUNCTION sbc_blk_ice_alloc
197#endif
198
199
200   SUBROUTINE sbc_blk_init
201      !!---------------------------------------------------------------------
202      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk_init  ***
203      !!
204      !! ** Purpose :   choose and initialize a bulk formulae formulation
205      !!
206      !! ** Method  :
207      !!
208      !!----------------------------------------------------------------------
209      INTEGER  ::   jfpr                  ! dummy loop indice and argument
210      INTEGER  ::   ios, ierror, ioptio   ! Local integer
211      !!
212      CHARACTER(len=100)            ::   cn_dir                ! Root directory for location of atmospheric forcing files
213      TYPE(FLD_N), DIMENSION(jpfld) ::   slf_i                 ! array of namelist informations on the fields to read
214      TYPE(FLD_N) ::   sn_wndi, sn_wndj , sn_humi, sn_qsr      ! informations about the fields to be read
215      TYPE(FLD_N) ::   sn_qlw , sn_tair , sn_prec, sn_snow     !       "                        "
216      TYPE(FLD_N) ::   sn_slp , sn_uoatm, sn_voatm             !       "                        "
217      TYPE(FLD_N) ::   sn_cc, sn_hpgi, sn_hpgj                 !       "                        "
218      INTEGER     ::   ipka                                    ! number of levels in the atmospheric variable
219      NAMELIST/namsbc_blk/ ln_NCAR, ln_COARE_3p0, ln_COARE_3p6, ln_ECMWF, ln_ANDREAS, &   ! bulk algorithm
220         &                 rn_zqt, rn_zu, nn_iter_algo, ln_skin_cs, ln_skin_wl,       &
221         &                 rn_pfac, rn_efac,                                          &
222         &                 ln_crt_fbk, rn_stau_a, rn_stau_b,                          &   ! current feedback
223         &                 ln_humi_sph, ln_humi_dpt, ln_humi_rlh, ln_tair_pot,        &
224         &                 ln_Cx_ice_cst, rn_Cd_i, rn_Ce_i, rn_Ch_i,                  &
225         &                 ln_Cx_ice_AN05, ln_Cx_ice_LU12, ln_Cx_ice_LG15,            &
226         &                 cn_dir,                                                    &
227         &                 sn_wndi, sn_wndj, sn_qsr, sn_qlw ,                         &   ! input fields
228         &                 sn_tair, sn_humi, sn_prec, sn_snow, sn_slp,                &
229         &                 sn_uoatm, sn_voatm, sn_cc, sn_hpgi, sn_hpgj
230
231      ! cool-skin / warm-layer !LB
232      !!---------------------------------------------------------------------
233      !
234      !                                      ! allocate sbc_blk_core array
235      IF( sbc_blk_alloc()     /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk : unable to allocate standard arrays' )
236      !
237#if defined key_si3
238      IF( sbc_blk_ice_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk : unable to allocate standard ice arrays' )
239#endif
240      !
241      !                             !** read bulk namelist
242      READ  ( numnam_ref, namsbc_blk, IOSTAT = ios, ERR = 901)
243901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_blk in reference namelist' )
244      !
245      READ  ( numnam_cfg, namsbc_blk, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
246902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_blk in configuration namelist' )
247      !
248      IF(lwm) WRITE( numond, namsbc_blk )
249      !
250      !                             !** initialization of the chosen bulk formulae (+ check)
251      !                                   !* select the bulk chosen in the namelist and check the choice
252      ioptio = 0
253      IF( ln_NCAR      ) THEN
254         nblk =  np_NCAR        ;   ioptio = ioptio + 1
255      ENDIF
256      IF( ln_COARE_3p0 ) THEN
257         nblk =  np_COARE_3p0   ;   ioptio = ioptio + 1
258      ENDIF
259      IF( ln_COARE_3p6 ) THEN
260         nblk =  np_COARE_3p6   ;   ioptio = ioptio + 1
261      ENDIF
262      IF( ln_ECMWF     ) THEN
263         nblk =  np_ECMWF       ;   ioptio = ioptio + 1
264      ENDIF
265      IF( ln_ANDREAS     ) THEN
266         nblk =  np_ANDREAS       ;   ioptio = ioptio + 1
267      ENDIF
268      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Choose one and only one bulk algorithm' )
269
270      !                             !** initialization of the cool-skin / warm-layer parametrization
271      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
272         !! Some namelist sanity tests:
273         IF( ln_NCAR )      &
274            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Cool-skin/warm-layer param. not compatible with NCAR algorithm' )
275         IF( ln_ANDREAS )      &
276            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Cool-skin/warm-layer param. not compatible with ANDREAS algorithm' )
277         IF( nn_fsbc /= 1 ) &
278            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Please set "nn_fsbc" to 1 when using cool-skin/warm-layer param.')
279      END IF
280
281      IF( ln_skin_wl ) THEN
282         !! Check if the frequency of downwelling solar flux input makes sense and if ln_dm2dc=T if it is daily!
283         IF( (sn_qsr%freqh  < 0.).OR.(sn_qsr%freqh  > 24.) ) &
284            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Warm-layer param. (ln_skin_wl) not compatible with freq. of solar flux > daily' )
285         IF( (sn_qsr%freqh == 24.).AND.(.NOT. ln_dm2dc) ) &
286            & CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Please set ln_dm2dc=T for warm-layer param. (ln_skin_wl) to work properly' )
287      END IF
288
289      ioptio = 0
290      IF( ln_humi_sph ) THEN
291         nhumi =  np_humi_sph    ;   ioptio = ioptio + 1
292      ENDIF
293      IF( ln_humi_dpt ) THEN
294         nhumi =  np_humi_dpt    ;   ioptio = ioptio + 1
295      ENDIF
296      IF( ln_humi_rlh ) THEN
297         nhumi =  np_humi_rlh    ;   ioptio = ioptio + 1
298      ENDIF
299      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Choose one and only one type of air humidity' )
300      !
301      IF( ln_dm2dc ) THEN                 !* check: diurnal cycle on Qsr
302         IF( sn_qsr%freqh /= 24. )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: ln_dm2dc=T only with daily short-wave input' )
303         IF( sn_qsr%ln_tint ) THEN
304            CALL ctl_warn( 'sbc_blk_init: ln_dm2dc=T daily qsr time interpolation done by sbcdcy module',   &
305               &           '              ==> We force time interpolation = .false. for qsr' )
306            sn_qsr%ln_tint = .false.
307         ENDIF
308      ENDIF
309
310#if defined key_si3
311      ioptio = 0
312      IF( ln_Cx_ice_cst ) THEN
313         nblk_ice =  np_ice_cst     ;   ioptio = ioptio + 1
314      ENDIF
315      IF( ln_Cx_ice_AN05 ) THEN
316         nblk_ice =  np_ice_an05   ;   ioptio = ioptio + 1
317      ENDIF
318      IF( ln_Cx_ice_LU12 ) THEN
319         nblk_ice =  np_ice_lu12    ;   ioptio = ioptio + 1
320      ENDIF
321      IF( ln_Cx_ice_LG15 ) THEN
322         nblk_ice =  np_ice_lg15   ;   ioptio = ioptio + 1
323      ENDIF
324      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Choose one and only one ice-atm bulk algorithm' )
325#endif
326
327
328      !                                   !* set the bulk structure
329      !                                      !- store namelist information in an array
330      !
331      slf_i(jp_wndi ) = sn_wndi    ;   slf_i(jp_wndj ) = sn_wndj
332      slf_i(jp_qsr  ) = sn_qsr     ;   slf_i(jp_qlw  ) = sn_qlw
333      slf_i(jp_tair ) = sn_tair    ;   slf_i(jp_humi ) = sn_humi
334      slf_i(jp_prec ) = sn_prec    ;   slf_i(jp_snow ) = sn_snow
335      slf_i(jp_slp  ) = sn_slp     ;   slf_i(jp_cc   ) = sn_cc
336      slf_i(jp_uoatm) = sn_uoatm   ;   slf_i(jp_voatm) = sn_voatm
337      slf_i(jp_hpgi ) = sn_hpgi    ;   slf_i(jp_hpgj ) = sn_hpgj
338      !
339      IF( .NOT. ln_abl ) THEN   ! force to not use jp_hpgi and jp_hpgj, should already be done in namelist_* but we never know...
340         slf_i(jp_hpgi)%clname = 'NOT USED'
341         slf_i(jp_hpgj)%clname = 'NOT USED'
342      ENDIF
343      !
344      !                                      !- allocate the bulk structure
345      ALLOCATE( sf(jpfld), STAT=ierror )
346      IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_init: unable to allocate sf structure' )
347      !
348      !                                      !- fill the bulk structure with namelist informations
349      CALL fld_fill( sf, slf_i, cn_dir, 'sbc_blk_init', 'surface boundary condition -- bulk formulae', 'namsbc_blk' )
350      sf(jp_wndi )%zsgn = -1._wp   ;   sf(jp_wndj )%zsgn = -1._wp   ! vector field at T point: overwrite default definition of zsgn
351      sf(jp_uoatm)%zsgn = -1._wp   ;   sf(jp_voatm)%zsgn = -1._wp   ! vector field at T point: overwrite default definition of zsgn
352      sf(jp_hpgi )%zsgn = -1._wp   ;   sf(jp_hpgj )%zsgn = -1._wp   ! vector field at T point: overwrite default definition of zsgn
353      !
354      DO jfpr= 1, jpfld
355         !
356         IF(   ln_abl    .AND.                                                      &
357            &    ( jfpr == jp_wndi .OR. jfpr == jp_wndj .OR. jfpr == jp_humi .OR.   &
358            &      jfpr == jp_hpgi .OR. jfpr == jp_hpgj .OR. jfpr == jp_tair     )  ) THEN
359            ipka = jpka   ! ABL: some fields are 3D input
360         ELSE
361            ipka = 1
362         ENDIF
363         !
364         ALLOCATE( sf(jfpr)%fnow(jpi,jpj,ipka) )
365         !
366         IF( TRIM(sf(jfpr)%clrootname) == 'NOT USED' ) THEN    !--  not used field  --!   (only now allocated and set to default)
367            IF(     jfpr == jp_slp ) THEN
368               sf(jfpr)%fnow(:,:,1:ipka) = 101325._wp   ! use standard pressure in Pa
369            ELSEIF( jfpr == jp_prec .OR. jfpr == jp_snow .OR. jfpr == jp_uoatm .OR. jfpr == jp_voatm ) THEN
370               sf(jfpr)%fnow(:,:,1:ipka) = 0._wp        ! no precip or no snow or no surface currents
371            ELSEIF( jfpr == jp_hpgi .OR. jfpr == jp_hpgj ) THEN
372               IF( .NOT. ln_abl ) THEN
373                  DEALLOCATE( sf(jfpr)%fnow )   ! deallocate as not used in this case
374               ELSE
375                  sf(jfpr)%fnow(:,:,1:ipka) = 0._wp
376               ENDIF
377            ELSEIF( jfpr == jp_cc  ) THEN
378               sf(jp_cc)%fnow(:,:,1:ipka) = pp_cldf
379            ELSE
380               WRITE(ctmp1,*) 'sbc_blk_init: no default value defined for field number', jfpr
381               CALL ctl_stop( ctmp1 )
382            ENDIF
383         ELSE                                                  !-- used field  --!
384            IF( sf(jfpr)%ln_tint )   ALLOCATE( sf(jfpr)%fdta(jpi,jpj,ipka,2) )   ! allocate array for temporal interpolation
385            !
386            IF( sf(jfpr)%freqh > 0. .AND. MOD( NINT(3600. * sf(jfpr)%freqh), nn_fsbc * NINT(rn_Dt) ) /= 0 )   &
387         &  CALL ctl_warn( 'sbc_blk_init: sbcmod timestep rn_Dt*nn_fsbc is NOT a submultiple of atmospheric forcing frequency.',   &
388         &                 '               This is not ideal. You should consider changing either rn_Dt or nn_fsbc value...' )
389         ENDIF
390      END DO
391      !
392      IF( ln_abl ) THEN       ! ABL: read 3D fields for wind, temperature, humidity and pressure gradient
393         rn_zqt = ght_abl(2)          ! set the bulk altitude to ABL first level
394         rn_zu  = ght_abl(2)
395         IF(lwp) WRITE(numout,*)
396         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ABL formulation: overwrite rn_zqt & rn_zu with ABL first level altitude'
397      ENDIF
398      !
399      !
400      IF(lwp) THEN                     !** Control print
401         !
402         WRITE(numout,*)                  !* namelist
403         WRITE(numout,*) '   Namelist namsbc_blk (other than data information):'
404         WRITE(numout,*) '      "NCAR"      algorithm   (Large and Yeager 2008)      ln_NCAR      = ', ln_NCAR
405         WRITE(numout,*) '      "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)       ln_COARE_3p0 = ', ln_COARE_3p0
406         WRITE(numout,*) '      "COARE 3.6" algorithm (Fairall 2018 + Edson al 2013) ln_COARE_3p6 = ', ln_COARE_3p6
407         WRITE(numout,*) '      "ECMWF"     algorithm   (IFS cycle 45r1)             ln_ECMWF     = ', ln_ECMWF
408         WRITE(numout,*) '      "ANDREAS"   algorithm   (Andreas et al. 2015)       ln_ANDREAS   = ', ln_ANDREAS
409         WRITE(numout,*) '      Air temperature and humidity reference height (m)   rn_zqt       = ', rn_zqt
410         WRITE(numout,*) '      Wind vector reference height (m)                    rn_zu        = ', rn_zu
411         WRITE(numout,*) '      factor applied on precipitation (total & snow)      rn_pfac      = ', rn_pfac
412         WRITE(numout,*) '      factor applied on evaporation                       rn_efac      = ', rn_efac
413         WRITE(numout,*) '         (form absolute (=0) to relative winds(=1))'
414         WRITE(numout,*) '      use surface current feedback on wind stress         ln_crt_fbk   = ', ln_crt_fbk
415         IF(ln_crt_fbk) THEN
416         WRITE(numout,*) '         Renault et al. 2020, eq. 10: Stau = Alpha * Wnd + Beta'
417         WRITE(numout,*) '            Alpha                                         rn_stau_a    = ', rn_stau_a
418         WRITE(numout,*) '            Beta                                          rn_stau_b    = ', rn_stau_b
419         ENDIF
420         !
421         WRITE(numout,*)
422         SELECT CASE( nblk )              !* Print the choice of bulk algorithm
423         CASE( np_NCAR      )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "NCAR" algorithm        (Large and Yeager 2008)'
424         CASE( np_COARE_3p0 )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)'
425         CASE( np_COARE_3p6 )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "COARE 3.6" algorithm (Fairall 2018+Edson et al. 2013)'
426         CASE( np_ECMWF     )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "ECMWF" algorithm       (IFS cycle 45r1)'
427         CASE( np_ANDREAS   )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   "ANDREAS" algorithm (Andreas et al. 2015)'
428         END SELECT
429         !
430         WRITE(numout,*)
431         WRITE(numout,*) '      use cool-skin  parameterization (SSST)  ln_skin_cs  = ', ln_skin_cs
432         WRITE(numout,*) '      use warm-layer parameterization (SSST)  ln_skin_wl  = ', ln_skin_wl
433         !
434         WRITE(numout,*)
435         SELECT CASE( nhumi )              !* Print the choice of air humidity
436         CASE( np_humi_sph )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is SPECIFIC HUMIDITY     [kg/kg]'
437         CASE( np_humi_dpt )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is DEW-POINT TEMPERATURE [K]'
438         CASE( np_humi_rlh )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   air humidity is RELATIVE HUMIDITY     [%]'
439         END SELECT
440         !
441         !#LB:
442#if defined key_si3
443         IF( nn_ice > 0 ) THEN
444            WRITE(numout,*)
445            WRITE(numout,*) '      use constant ice-atm bulk transfer coeff.           ln_Cx_ice_cst  = ', ln_Cx_ice_cst
446            WRITE(numout,*) '      use ice-atm bulk coeff. from Andreas et al., 2005   ln_Cx_ice_AN05 = ', ln_Cx_ice_AN05
447            WRITE(numout,*) '      use ice-atm bulk coeff. from Lupkes et al., 2012    ln_Cx_ice_LU12 = ', ln_Cx_ice_LU12
448            WRITE(numout,*) '      use ice-atm bulk coeff. from Lupkes & Gryanik, 2015 ln_Cx_ice_LG15 = ', ln_Cx_ice_LG15
449         ENDIF
450         WRITE(numout,*)
451         SELECT CASE( nblk_ice )              !* Print the choice of bulk algorithm
452         CASE( np_ice_cst  )
453            WRITE(numout,*) '   ==>>>   Constant bulk transfer coefficients over sea-ice:'
454            WRITE(numout,*) '      => Cd_ice, Ce_ice, Ch_ice =', REAL(rn_Cd_i,4), REAL(rn_Ce_i,4), REAL(rn_Ch_i,4)
455            IF( (rn_Cd_i<0._wp).OR.(rn_Cd_i>1.E-2_wp).OR.(rn_Ce_i<0._wp).OR.(rn_Ce_i>1.E-2_wp).OR.(rn_Ch_i<0._wp).OR.(rn_Ch_i>1.E-2_wp) ) &
456               & CALL ctl_stop( 'Be realistic in your pick of Cd_ice, Ce_ice & Ch_ice ! (0 < Cx < 1.E-2)')
457         CASE( np_ice_an05 )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>> bulk algo over ice: Andreas et al, 2005'
458         CASE( np_ice_lu12 )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>> bulk algo over ice: Lupkes et al, 2012'
459         CASE( np_ice_lg15 )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>> bulk algo over ice: Lupkes & Gryanik, 2015'
460         END SELECT
461#endif
462         !#LB.
463         !
464      ENDIF
465      !
466   END SUBROUTINE sbc_blk_init
467
468
469   SUBROUTINE sbc_blk( kt )
470      !!---------------------------------------------------------------------
471      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk  ***
472      !!
473      !! ** Purpose :   provide at each time step the surface ocean fluxes
474      !!              (momentum, heat, freshwater and runoff)
475      !!
476      !! ** Method  :
477      !!              (1) READ each fluxes in NetCDF files:
478      !!      the wind velocity (i-component) at z=rn_zu  (m/s) at T-point
479      !!      the wind velocity (j-component) at z=rn_zu  (m/s) at T-point
480      !!      the specific humidity           at z=rn_zqt (kg/kg)
481      !!      the air temperature             at z=rn_zqt (Kelvin)
482      !!      the solar heat                              (W/m2)
483      !!      the Long wave                               (W/m2)
484      !!      the total precipitation (rain+snow)         (Kg/m2/s)
485      !!      the snow (solid precipitation)              (kg/m2/s)
486      !!      ABL dynamical forcing (i/j-components of either hpg or geostrophic winds)
487      !!              (2) CALL blk_oce_1 and blk_oce_2
488      !!
489      !!      C A U T I O N : never mask the surface stress fields
490      !!                      the stress is assumed to be in the (i,j) mesh referential
491      !!
492      !! ** Action  :   defined at each time-step at the air-sea interface
493      !!              - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
494      !!              - taum        wind stress module at T-point
495      !!              - wndm        wind speed  module at T-point over free ocean or leads in presence of sea-ice
496      !!              - qns, qsr    non-solar and solar heat fluxes
497      !!              - emp         upward mass flux (evapo. - precip.)
498      !!              - sfx         salt flux due to freezing/melting (non-zero only if ice is present)
499      !!
500      !! ** References :   Large & Yeager, 2004 / Large & Yeager, 2008
501      !!                   Brodeau et al. Ocean Modelling 2010
502      !!----------------------------------------------------------------------
503      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
504      !!----------------------------------------------------------------------
505      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zssq, zcd_du, zsen, zlat, zevp
506      REAL(wp) :: ztst
507      LOGICAL  :: llerr
508      !!----------------------------------------------------------------------
509      !
510      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )             ! input fields provided at the current time-step
511
512      ! Sanity/consistence test on humidity at first time step to detect potential screw-up:
513      IF( kt == nit000 ) THEN
514         ! mean humidity over ocean on proc
515         ztst = glob_sum( 'sbcblk', sf(jp_humi)%fnow(:,:,1) * e1e2t(:,:) * tmask(:,:,1) ) / glob_sum( 'sbcblk', e1e2t(:,:) * tmask(:,:,1) )
516         llerr = .FALSE.
517         SELECT CASE( nhumi )
518         CASE( np_humi_sph ) ! specific humidity => expect: 0. <= something < 0.065 [kg/kg] (0.061 is saturation at 45degC !!!)
519            IF( (ztst <   0._wp) .OR. (ztst > 0.065_wp) )   llerr = .TRUE.
520         CASE( np_humi_dpt ) ! dew-point temperature => expect: 110. <= something < 320. [K]
521            IF( (ztst < 110._wp) .OR. (ztst >  320._wp) )   llerr = .TRUE.
522         CASE( np_humi_rlh ) ! relative humidity => expect: 0. <= something < 100. [%]
523            IF( (ztst <   0._wp) .OR. (ztst >  100._wp) )   llerr = .TRUE.
524         END SELECT
525         IF(llerr) THEN
526            WRITE(ctmp1,'("   Error on mean humidity value: ",f10.5)') ztst
527            CALL ctl_stop( 'STOP', ctmp1, 'Something is wrong with air humidity!!!', &
528               &   ' ==> check the unit in your input files'       , &
529               &   ' ==> check consistence of namelist choice: specific? relative? dew-point?', &
530               &   ' ==> ln_humi_sph -> [kg/kg] | ln_humi_rlh -> [%] | ln_humi_dpt -> [K] !!!' )
531         ENDIF
532         IF(lwp) THEN
533            WRITE(numout,*) ''
534            WRITE(numout,*) ' Global mean humidity at kt = nit000: ', ztst
535            WRITE(numout,*) ' === Sanity/consistence test on air humidity sucessfuly passed! ==='
536            WRITE(numout,*) ''
537         ENDIF
538      ENDIF   !IF( kt == nit000 )
539      !                                            ! compute the surface ocean fluxes using bulk formulea
540      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 ) THEN
541
542         ! Specific humidity of air at z=rn_zqt !
543         SELECT CASE( nhumi )
544         CASE( np_humi_sph )
545            q_air_zt(:,:) = sf(jp_humi )%fnow(:,:,1)      ! what we read in file is already a spec. humidity!
546         CASE( np_humi_dpt )
547            IF((kt==nit000).AND.lwp) WRITE(numout,*) ' *** sbc_blk() => computing q_air out of dew-point and P !'
548            q_air_zt(:,:) = q_sat( sf(jp_humi )%fnow(:,:,1), sf(jp_slp  )%fnow(:,:,1) )
549         CASE( np_humi_rlh )
550            IF((kt==nit000).AND.lwp) WRITE(numout,*) ' *** sbc_blk() => computing q_air out of RH, t_air and slp !' !LBrm
551            q_air_zt(:,:) = q_air_rh( 0.01_wp*sf(jp_humi )%fnow(:,:,1), &
552               &                      sf(jp_tair )%fnow(:,:,1), sf(jp_slp  )%fnow(:,:,1) ) !#LB: 0.01 => RH is % percent in file
553         END SELECT
554
555         ! POTENTIAL temperature of air at z=rn_zqt
556         !      based on adiabatic lapse-rate (see Josey, Gulev & Yu, 2013) / doi=10.1016/B978-0-12-391851-2.00005-2
557         !      (most reanalysis products provide absolute temp., not potential temp.)
558         IF( ln_tair_pot ) THEN
559            ! temperature read into file is already potential temperature, do nothing...
560            theta_air_zt(:,:) = sf(jp_tair )%fnow(:,:,1)
561         ELSE
562            ! temperature read into file is ABSOLUTE temperature (that's the case for ECMWF products for example...)
563            IF((kt==nit000).AND.lwp) WRITE(numout,*) ' *** sbc_blk() => air temperature converted from ABSOLUTE to POTENTIAL!'
564            theta_air_zt(:,:) = sf(jp_tair )%fnow(:,:,1) + gamma_moist( sf(jp_tair )%fnow(:,:,1), q_air_zt(:,:) ) * rn_zqt
565         ENDIF
566         !
567         CALL blk_oce_1( kt, sf(jp_wndi )%fnow(:,:,1), sf(jp_wndj )%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in
568            &                theta_air_zt(:,:), q_air_zt(:,:),                     &   !   <<= in
569            &                sf(jp_slp  )%fnow(:,:,1), sst_m, ssu_m, ssv_m,        &   !   <<= in
570            &                sf(jp_uoatm)%fnow(:,:,1), sf(jp_voatm)%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in
571            &                sf(jp_qsr  )%fnow(:,:,1), sf(jp_qlw  )%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in (wl/cs)
572            &                tsk_m, zssq, zcd_du, zsen, zlat, zevp )                   !   =>> out
573
574         CALL blk_oce_2(     theta_air_zt(:,:),                                    &   !   <<= in
575            &                sf(jp_qlw  )%fnow(:,:,1), sf(jp_prec )%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in
576            &                sf(jp_snow )%fnow(:,:,1), tsk_m,                      &   !   <<= in
577            &                zsen, zlat, zevp )                                        !   <=> in out
578      ENDIF
579      !
580#if defined key_cice
581      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   THEN
582         qlw_ice(:,:,1)   = sf(jp_qlw )%fnow(:,:,1)
583         IF( ln_dm2dc ) THEN
584            qsr_ice(:,:,1) = sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) )
585         ELSE
586            qsr_ice(:,:,1) =          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)
587         ENDIF
588         tatm_ice(:,:) = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)    !#LB: should it be POTENTIAL temperature instead ????
589         !tatm_ice(:,:) = theta_air_zt(:,:)         !#LB: THIS! ?
590
591         qatm_ice(:,:) = q_air_zt(:,:) !#LB:
592
593         tprecip(:,:)     = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
594         sprecip(:,:)     = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
595         wndi_ice(:,:)    = sf(jp_wndi)%fnow(:,:,1)
596         wndj_ice(:,:)    = sf(jp_wndj)%fnow(:,:,1)
597      ENDIF
598#endif
599      !
600   END SUBROUTINE sbc_blk
601
602
603   SUBROUTINE blk_oce_1( kt, pwndi, pwndj, ptair, pqair,         &  ! inp
604      &                      pslp , pst  , pu   , pv,            &  ! inp
605      &                      puatm, pvatm, pdqsr , pdqlw ,       &  ! inp
606      &                      ptsk , pssq , pcd_du, psen, plat, pevp ) ! out
607      !!---------------------------------------------------------------------
608      !!                     ***  ROUTINE blk_oce_1  ***
609      !!
610      !! ** Purpose :   if ln_blk=T, computes surface momentum, heat and freshwater fluxes
611      !!                if ln_abl=T, computes Cd x |U|, Ch x |U|, Ce x |U| for ABL integration
612      !!
613      !! ** Method  :   bulk formulae using atmospheric fields from :
614      !!                if ln_blk=T, atmospheric fields read in sbc_read
615      !!                if ln_abl=T, the ABL model at previous time-step
616      !!
617      !! ** Outputs : - pssq    : surface humidity used to compute latent heat flux (kg/kg)
618      !!              - pcd_du  : Cd x |dU| at T-points  (m/s)
619      !!              - psen    : sensible heat flux (W/m^2)
620      !!              - plat    : latent heat flux   (W/m^2)
621      !!              - pevp    : evaporation        (mm/s) #lolo
622      !!---------------------------------------------------------------------
623      INTEGER , INTENT(in   )                 ::   kt     ! time step index
624      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pwndi  ! atmospheric wind at T-point              [m/s]
625      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pwndj  ! atmospheric wind at T-point              [m/s]
626      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pqair  ! specific humidity at T-points            [kg/kg]
627      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   ptair  ! potential temperature at T-points        [Kelvin]
628      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pslp   ! sea-level pressure                       [Pa]
629      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pst    ! surface temperature                      [Celsius]
630      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pu     ! surface current at U-point (i-component) [m/s]
631      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pv     ! surface current at V-point (j-component) [m/s]
632      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   puatm  ! surface current seen by the atm at T-point (i-component) [m/s]
633      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pvatm  ! surface current seen by the atm at T-point (j-component) [m/s]
634      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pdqsr  ! downwelling solar (shortwave) radiation at surface [W/m^2]
635      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pdqlw  ! downwelling longwave radiation at surface [W/m^2]
636      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   ptsk   ! skin temp. (or SST if CS & WL not used)  [Celsius]
637      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   pssq   ! specific humidity at pst                 [kg/kg]
638      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   pcd_du
639      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   psen
640      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   plat
641      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   pevp
642      !
643      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
644      REAL(wp) ::   zztmp                ! local variable
645      REAL(wp) ::   zstmax, zstau
646#if defined key_cyclone
647      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zwnd_i, zwnd_j    ! wind speed components at T-point
648#endif
649      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   ztau_i, ztau_j    ! wind stress components at T-point
650      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zU_zu             ! bulk wind speed at height zu  [m/s]
651      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zcd_oce           ! momentum transfert coefficient over ocean
652      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zch_oce           ! sensible heat transfert coefficient over ocean
653      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zce_oce           ! latent   heat transfert coefficient over ocean
654      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zztmp1, zztmp2
655      !!---------------------------------------------------------------------
656      !
657      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
658      !                           ! Temporary conversion from Celcius to Kelvin (and set minimum value far above 0 K)
659      ptsk(:,:) = pst(:,:) + rt0  ! by default: skin temperature = "bulk SST" (will remain this way if NCAR algorithm used!)
660
661      ! --- cloud cover --- !
662      cloud_fra(:,:) = sf(jp_cc)%fnow(:,:,1)
663
664      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
665      !      0   Wind components and module at T-point relative to the moving ocean   !
666      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
667
668      ! ... components ( U10m - U_oce ) at T-point (unmasked)
669#if defined key_cyclone
670      zwnd_i(:,:) = 0._wp
671      zwnd_j(:,:) = 0._wp
672      CALL wnd_cyc( kt, zwnd_i, zwnd_j )    ! add analytical tropical cyclone (Vincent et al. JGR 2012)
673      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
674         zwnd_i(ji,jj) = pwndi(ji,jj) + zwnd_i(ji,jj)
675         zwnd_j(ji,jj) = pwndj(ji,jj) + zwnd_j(ji,jj)
676         ! ... scalar wind at T-point (not masked)
677         wndm(ji,jj) = SQRT( zwnd_i(ji,jj) * zwnd_i(ji,jj) + zwnd_j(ji,jj) * zwnd_j(ji,jj) )
678      END_2D
679#else
680      ! ... scalar wind module at T-point (not masked)
681      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
682         wndm(ji,jj) = SQRT(  pwndi(ji,jj) * pwndi(ji,jj) + pwndj(ji,jj) * pwndj(ji,jj)  )
683      END_2D
684#endif
685      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
686      !      I   Solar FLUX                                                           !
687      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
688
689      ! ocean albedo assumed to be constant + modify now Qsr to include the diurnal cycle                    ! Short Wave
690      zztmp = 1. - albo
691      IF( ln_dm2dc ) THEN
692         qsr(:,:) = zztmp * sbc_dcy( pdqsr(:,:) ) * tmask(:,:,1)
693      ELSE
694         qsr(:,:) = zztmp *          pdqsr(:,:)   * tmask(:,:,1)
695      ENDIF
696
697
698      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
699      !     II   Turbulent FLUXES                                                     !
700      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
701
702      ! specific humidity at SST
703      pssq(:,:) = rdct_qsat_salt * q_sat( ptsk(:,:), pslp(:,:) )
704
705      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
706         !! Backup "bulk SST" and associated spec. hum.
707         zztmp1(:,:) = ptsk(:,:)
708         zztmp2(:,:) = pssq(:,:)
709      ENDIF
710
711      !! Time to call the user-selected bulk parameterization for
712      !!  ==  transfer coefficients  ==!   Cd, Ch, Ce at T-point, and more...
713      SELECT CASE( nblk )
714
715      CASE( np_NCAR      )
716         CALL turb_ncar    (     rn_zqt, rn_zu, ptsk, ptair, pssq, pqair, wndm, &
717            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, theta_zu, q_zu, zU_zu , &
718            &                nb_iter=nn_iter_algo )
719         !
720      CASE( np_COARE_3p0 )
721         CALL turb_coare3p0( kt, rn_zqt, rn_zu, ptsk, ptair, pssq, pqair, wndm, &
722            &                ln_skin_cs, ln_skin_wl,                            &
723            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, theta_zu, q_zu, zU_zu,  &
724            &                nb_iter=nn_iter_algo,                              &
725            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=pdqlw(:,:), slp=pslp(:,:) )
726         !
727      CASE( np_COARE_3p6 )
728         CALL turb_coare3p6( kt, rn_zqt, rn_zu, ptsk, ptair, pssq, pqair, wndm, &
729            &                ln_skin_cs, ln_skin_wl,                            &
730            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, theta_zu, q_zu, zU_zu,  &
731            &                nb_iter=nn_iter_algo,                              &
732            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=pdqlw(:,:), slp=pslp(:,:) )
733         !
734      CASE( np_ECMWF     )
735         CALL turb_ecmwf   ( kt, rn_zqt, rn_zu, ptsk, ptair, pssq, pqair, wndm, &
736            &                ln_skin_cs, ln_skin_wl,                            &
737            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, theta_zu, q_zu, zU_zu,  &
738            &                nb_iter=nn_iter_algo,                              &
739            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=pdqlw(:,:), slp=pslp(:,:) )
740         !
741      CASE( np_ANDREAS   )
742         CALL turb_andreas (     rn_zqt, rn_zu, ptsk, ptair, pssq, pqair, wndm, &
743            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, theta_zu, q_zu, zU_zu , &
744            &                nb_iter=nn_iter_algo   )
745         !
746      CASE DEFAULT
747         CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_oce: non-existing bulk parameterizaton selected' )
748         !
749      END SELECT
750
751      IF( iom_use('Cd_oce') )   CALL iom_put("Cd_oce",   zcd_oce * tmask(:,:,1))
752      IF( iom_use('Ce_oce') )   CALL iom_put("Ce_oce",   zce_oce * tmask(:,:,1))
753      IF( iom_use('Ch_oce') )   CALL iom_put("Ch_oce",   zch_oce * tmask(:,:,1))
754      !! LB: mainly here for debugging purpose:
755      IF( iom_use('theta_zt') ) CALL iom_put("theta_zt", (ptair-rt0) * tmask(:,:,1)) ! potential temperature at z=zt
756      IF( iom_use('q_zt') )     CALL iom_put("q_zt",     pqair       * tmask(:,:,1)) ! specific humidity       "
757      IF( iom_use('theta_zu') ) CALL iom_put("theta_zu", (theta_zu -rt0) * tmask(:,:,1)) ! potential temperature at z=zu
758      IF( iom_use('q_zu') )     CALL iom_put("q_zu",     q_zu        * tmask(:,:,1)) ! specific humidity       "
759      IF( iom_use('ssq') )      CALL iom_put("ssq",      pssq        * tmask(:,:,1)) ! saturation specific humidity at z=0
760      IF( iom_use('wspd_blk') ) CALL iom_put("wspd_blk", zU_zu       * tmask(:,:,1)) ! bulk wind speed at z=zu
761
762      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
763         !! ptsk and pssq have been updated!!!
764         !!
765         !! In the presence of sea-ice we forget about the cool-skin/warm-layer update of ptsk and pssq:
766         WHERE ( fr_i(:,:) > 0.001_wp )
767            ! sea-ice present, we forget about the update, using what we backed up before call to turb_*()
768            ptsk(:,:) = zztmp1(:,:)
769            pssq(:,:) = zztmp2(:,:)
770         END WHERE
771      END IF
772
773      !  Turbulent fluxes over ocean  => BULK_FORMULA @ sbc_phy.F90
774      ! -------------------------------------------------------------
775
776      IF( ln_abl ) THEN         !==  ABL formulation  ==!   multiplication by rho_air and turbulent fluxes computation done in ablstp
777         DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
778            zztmp = zU_zu(ji,jj)
779            wndm(ji,jj)   = zztmp                   ! Store zU_zu in wndm to compute ustar2 in ablmod
780            pcd_du(ji,jj) = zztmp * zcd_oce(ji,jj)
781            psen(ji,jj)   = zztmp * zch_oce(ji,jj)
782            pevp(ji,jj)   = zztmp * zce_oce(ji,jj)
783            rhoa(ji,jj)   = rho_air( ptair(ji,jj), pqair(ji,jj), pslp(ji,jj) )
784         END_2D
785      ELSE                      !==  BLK formulation  ==!   turbulent fluxes computation
786         CALL BULK_FORMULA( rn_zu, ptsk(:,:), pssq(:,:), theta_zu(:,:), q_zu(:,:), &
787            &               zcd_oce(:,:), zch_oce(:,:), zce_oce(:,:),          &
788            &               wndm(:,:), zU_zu(:,:), pslp(:,:),                  &
789            &               taum(:,:), psen(:,:), plat(:,:),                   &
790            &               pEvap=pevp(:,:), prhoa=rhoa(:,:), pfact_evap=rn_efac )
791
792         psen(:,:) = psen(:,:) * tmask(:,:,1)
793         plat(:,:) = plat(:,:) * tmask(:,:,1)
794         taum(:,:) = taum(:,:) * tmask(:,:,1)
795         pevp(:,:) = pevp(:,:) * tmask(:,:,1)
796
797         DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
798         IF( wndm(ji,jj) > 0._wp ) THEN
799            zztmp = taum(ji,jj) / wndm(ji,jj)
800#if defined key_cyclone
801            ztau_i(ji,jj) = zztmp * zwnd_i(ji,jj)
802            ztau_j(ji,jj) = zztmp * zwnd_j(ji,jj)
803#else
804            ztau_i(ji,jj) = zztmp * pwndi(ji,jj)
805            ztau_j(ji,jj) = zztmp * pwndj(ji,jj)
806#endif
807         ELSE
808            ztau_i(ji,jj) = 0._wp
809            ztau_j(ji,jj) = 0._wp
810         ENDIF
811         END_2D
812
813         IF( ln_crt_fbk ) THEN   ! aply eq. 10 and 11 of Renault et al. 2020 (doi: 10.1029/2019MS001715)
814            zstmax = MIN( rn_stau_a * 3._wp + rn_stau_b, 0._wp )   ! set the max value of Stau corresponding to a wind of 3 m/s (<0)
815            DO_2D( 0, 1, 0, 1 )   ! end at jpj and jpi, as ztau_j(ji,jj+1) ztau_i(ji+1,jj) used in the next loop
816               zstau = MIN( rn_stau_a * wndm(ji,jj) + rn_stau_b, zstmax )   ! stau (<0) must be smaller than zstmax
817               ztau_i(ji,jj) = ztau_i(ji,jj) + zstau * ( 0.5_wp * ( pu(ji-1,jj  ) + pu(ji,jj) ) - puatm(ji,jj) )
818               ztau_j(ji,jj) = ztau_j(ji,jj) + zstau * ( 0.5_wp * ( pv(ji  ,jj-1) + pv(ji,jj) ) - pvatm(ji,jj) )
819               taum(ji,jj) = SQRT( ztau_i(ji,jj) * ztau_i(ji,jj) + ztau_j(ji,jj) * ztau_j(ji,jj) )
820            END_2D
821         ENDIF
822
823         ! ... utau, vtau at U- and V_points, resp.
824         !     Note the use of 0.5*(2-umask) in order to unmask the stress along coastlines
825         !     Note that coastal wind stress is not used in the code... so this extra care has no effect
826         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )              ! start loop at 2, in case ln_crt_fbk = T
827            utau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * ( ztau_i(ji,jj) + ztau_i(ji+1,jj  ) ) &
828               &              * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji+1,jj,1))
829            vtau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * ( ztau_j(ji,jj) + ztau_j(ji  ,jj+1) ) &
830               &              * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji,jj+1,1))
831         END_2D
832
833         IF( ln_crt_fbk ) THEN
834            CALL lbc_lnk( 'sbcblk', utau, 'U', -1._wp, vtau, 'V', -1._wp, taum, 'T', 1._wp )
835         ELSE
836            CALL lbc_lnk( 'sbcblk', utau, 'U', -1._wp, vtau, 'V', -1._wp )
837         ENDIF
838
839         ! Saving open-ocean wind-stress (module and components) on T-points:
840         CALL iom_put( "taum_oce",   taum(:,:)*tmask(:,:,1) )   ! output wind stress module
841         !#LB: These 2 lines below mostly here for 'STATION_ASF' test-case, otherwize "utau" (U-grid) and vtau" (V-grid) does the job in: [DYN/dynatf.F90])
842         CALL iom_put( "utau_oce", ztau_i(:,:)*tmask(:,:,1) )  ! utau at T-points!
843         CALL iom_put( "vtau_oce", ztau_j(:,:)*tmask(:,:,1) )  ! vtau at T-points!
844
845         IF(sn_cfctl%l_prtctl) THEN
846            CALL prt_ctl( tab2d_1=pssq   , clinfo1=' blk_oce_1: pssq   : ')
847            CALL prt_ctl( tab2d_1=wndm   , clinfo1=' blk_oce_1: wndm   : ')
848            CALL prt_ctl( tab2d_1=utau   , clinfo1=' blk_oce_1: utau   : ', mask1=umask,   &
849               &          tab2d_2=vtau   , clinfo2='            vtau   : ', mask2=vmask )
850            CALL prt_ctl( tab2d_1=zcd_oce, clinfo1=' blk_oce_1: Cd     : ')
851         ENDIF
852         !
853      ENDIF !IF( ln_abl )
854
855      ptsk(:,:) = ( ptsk(:,:) - rt0 ) * tmask(:,:,1)  ! Back to Celsius
856
857      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
858         CALL iom_put( "t_skin" ,  ptsk        )  ! T_skin in Celsius
859         CALL iom_put( "dt_skin" , ptsk - pst  )  ! T_skin - SST temperature difference...
860      ENDIF
861      !
862   END SUBROUTINE blk_oce_1
863
864
865   SUBROUTINE blk_oce_2( ptair, pdqlw, pprec, psnow, &   ! <<= in
866      &                   ptsk, psen, plat, pevp     )   ! <<= in
867      !!---------------------------------------------------------------------
868      !!                     ***  ROUTINE blk_oce_2  ***
869      !!
870      !! ** Purpose :   finalize the momentum, heat and freshwater fluxes computation
871      !!                at the ocean surface at each time step knowing Cd, Ch, Ce and
872      !!                atmospheric variables (from ABL or external data)
873      !!
874      !! ** Outputs : - utau    : i-component of the stress at U-point  (N/m2)
875      !!              - vtau    : j-component of the stress at V-point  (N/m2)
876      !!              - taum    : Wind stress module at T-point         (N/m2)
877      !!              - wndm    : Wind speed module at T-point          (m/s)
878      !!              - qsr     : Solar heat flux over the ocean        (W/m2)
879      !!              - qns     : Non Solar heat flux over the ocean    (W/m2)
880      !!              - emp     : evaporation minus precipitation       (kg/m2/s)
881      !!---------------------------------------------------------------------
882      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   ptair   ! potential temperature of air #LB: confirm!
883      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   pdqlw   ! downwelling longwave radiation at surface [W/m^2]
884      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   pprec
885      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   psnow
886      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   ptsk   ! SKIN surface temperature   [Celsius]
887      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   psen
888      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   plat
889      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   pevp
890      !
891      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
892      REAL(wp) ::   zztmp,zz1,zz2,zz3    ! local variable
893      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqlw              ! net long wave radiative heat flux
894      !!---------------------------------------------------------------------
895      !
896      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
897
898      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
899      !     III    Net longwave radiative FLUX                                        !
900      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
901      !! #LB: now moved after Turbulent fluxes because must use the skin temperature rather than bulk SST
902      !! (ptsk is skin temperature if ln_skin_cs==.TRUE. .OR. ln_skin_wl==.TRUE.)
903      zqlw(:,:) = qlw_net( pdqlw(:,:), ptsk(:,:)+rt0 )
904
905      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
906      !     IV    Total FLUXES                                                       !
907      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
908      !
909      emp (:,:) = (  pevp(:,:)                                       &   ! mass flux (evap. - precip.)
910         &         - pprec(:,:) * rn_pfac  ) * tmask(:,:,1)
911      !
912      qns(:,:) = zqlw(:,:) + psen(:,:) + plat(:,:)                   &   ! Downward Non Solar
913         &     - psnow(:,:) * rn_pfac * rLfus                        &   ! remove latent melting heat for solid precip
914         &     - pevp(:,:) * ptsk(:,:) * rcp                         &   ! remove evap heat content at SST
915         &     + ( pprec(:,:) - psnow(:,:) ) * rn_pfac               &   ! add liquid precip heat content at Tair
916         &     * ( ptair(:,:) - rt0 ) * rcp                          &
917         &     + psnow(:,:) * rn_pfac                                &   ! add solid  precip heat content at min(Tair,Tsnow)
918         &     * ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi
919      qns(:,:) = qns(:,:) * tmask(:,:,1)
920      !
921#if defined key_si3
922      qns_oce(:,:) = zqlw(:,:) + psen(:,:) + plat(:,:)                             ! non solar without emp (only needed by SI3)
923      qsr_oce(:,:) = qsr(:,:)
924#endif
925      !
926      CALL iom_put( "rho_air"  , rhoa*tmask(:,:,1) )       ! output air density [kg/m^3]
927      CALL iom_put( "evap_oce" , pevp )                    ! evaporation
928      CALL iom_put( "qlw_oce"  , zqlw )                    ! output downward longwave heat over the ocean
929      CALL iom_put( "qsb_oce"  , psen )                    ! output downward sensible heat over the ocean
930      CALL iom_put( "qla_oce"  , plat )                    ! output downward latent   heat over the ocean
931      tprecip(:,:) = pprec(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)   ! output total precipitation [kg/m2/s]
932      sprecip(:,:) = psnow(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)   ! output solid precipitation [kg/m2/s]
933      CALL iom_put( 'snowpre', sprecip )                   ! Snow
934      CALL iom_put( 'precip' , tprecip )                   ! Total precipitation
935      !
936      IF ( nn_ice == 0 ) THEN
937         CALL iom_put( "qemp_oce" , qns-zqlw-psen-plat )   ! output downward heat content of E-P over the ocean
938         CALL iom_put( "qns_oce"  ,   qns  )               ! output downward non solar heat over the ocean
939         CALL iom_put( "qsr_oce"  ,   qsr  )               ! output downward solar heat over the ocean
940         CALL iom_put( "qt_oce"   ,   qns+qsr )            ! output total downward heat over the ocean
941      ENDIF
942      !
943      IF(sn_cfctl%l_prtctl) THEN
944         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqlw , clinfo1=' blk_oce_2: zqlw  : ')
945         CALL prt_ctl(tab2d_1=psen , clinfo1=' blk_oce_2: psen  : ' )
946         CALL prt_ctl(tab2d_1=plat , clinfo1=' blk_oce_2: plat  : ' )
947         CALL prt_ctl(tab2d_1=qns  , clinfo1=' blk_oce_2: qns   : ' )
948         CALL prt_ctl(tab2d_1=emp  , clinfo1=' blk_oce_2: emp   : ')
949      ENDIF
950      !
951   END SUBROUTINE blk_oce_2
952
953
954#if defined key_si3
955   !!----------------------------------------------------------------------
956   !!   'key_si3'                                       SI3 sea-ice model
957   !!----------------------------------------------------------------------
958   !!   blk_ice_1   : provide the air-ice stress
959   !!   blk_ice_2   : provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
960   !!   blk_ice_qcn : provide ice surface temperature and snow/ice conduction flux (emulating conduction flux)
961   !!----------------------------------------------------------------------
962
963   SUBROUTINE blk_ice_1( pwndi, pwndj, ptair, pqair, pslp , puice, pvice, ptsui,  &   ! inputs
964      &                  putaui, pvtaui, pseni, pevpi, pssqi, pcd_dui             )   ! optional outputs
965      !!---------------------------------------------------------------------
966      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_1  ***
967      !!
968      !! ** Purpose :   provide the surface boundary condition over sea-ice
969      !!
970      !! ** Method  :   compute momentum using bulk formulation
971      !!                formulea, ice variables and read atmospheric fields.
972      !!                NB: ice drag coefficient is assumed to be a constant
973      !!---------------------------------------------------------------------
974      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pslp    ! sea-level pressure [Pa]
975      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pwndi   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
976      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pwndj   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
977      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   ptair   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
978      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pqair   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
979      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   puice   ! sea-ice velocity on I or C grid [m/s]
980      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pvice   ! "
981      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   ptsui   ! sea-ice surface temperature [K]
982      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   putaui  ! if ln_blk
983      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pvtaui  ! if ln_blk
984      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pseni   ! if ln_abl
985      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pevpi   ! if ln_abl
986      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pssqi   ! if ln_abl
987      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pcd_dui ! if ln_abl
988      !
989      INTEGER  ::   ji, jj    ! dummy loop indices
990      REAL(wp) ::   zootm_su                      ! sea-ice surface mean temperature
991      REAL(wp) ::   zztmp1, zztmp2                ! temporary scalars
992      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: ztmp        ! temporary array
993      !!---------------------------------------------------------------------
994      !
995      ! LB: ptsui is in K !!!
996      !
997      ! ------------------------------------------------------------ !
998      !    Wind module relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
999      ! ------------------------------------------------------------ !
1000      ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
1001      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
1002      wndm_ice(ji,jj) = SQRT( pwndi(ji,jj) * pwndi(ji,jj) + pwndj(ji,jj) * pwndj(ji,jj) )
1003      END_2D
1004      !
1005      ! Make ice-atm. drag dependent on ice concentration
1006
1007
1008      SELECT CASE( nblk_ice )
1009
1010      CASE( np_ice_cst      )
1011         ! Constant bulk transfer coefficients over sea-ice:
1012         Cd_ice(:,:) = rn_Cd_i
1013         Ch_ice(:,:) = rn_Ch_i
1014         Ce_ice(:,:) = rn_Ce_i
1015         ! no height adjustment, keeping zt values:
1016         theta_zu_i(:,:) = ptair(:,:)
1017         q_zu_i(:,:)     = pqair(:,:)
1018
1019      CASE( np_ice_an05 )  ! calculate new drag from Lupkes(2015) equations
1020         ztmp(:,:) = q_sat( ptsui(:,:), pslp(:,:), l_ice=.TRUE. ) ! temporary array for SSQ
1021         CALL turb_ice_an05( rn_zqt, rn_zu, ptsui, ptair, ztmp, pqair, wndm_ice,       &
1022            &                      Cd_ice, Ch_ice, Ce_ice, theta_zu_i, q_zu_i )
1023         !!
1024      CASE( np_ice_lu12 )
1025         ztmp(:,:) = q_sat( ptsui(:,:), pslp(:,:), l_ice=.TRUE. ) ! temporary array for SSQ
1026         CALL turb_ice_lu12( rn_zqt, rn_zu, ptsui, ptair, ztmp, pqair, wndm_ice, fr_i, &
1027            &                      Cd_ice, Ch_ice, Ce_ice, theta_zu_i, q_zu_i )
1028         !!
1029      CASE( np_ice_lg15 )  ! calculate new drag from Lupkes(2015) equations
1030         ztmp(:,:) = q_sat( ptsui(:,:), pslp(:,:), l_ice=.TRUE. ) ! temporary array for SSQ
1031         CALL turb_ice_lg15( rn_zqt, rn_zu, ptsui, ptair, ztmp, pqair, wndm_ice, fr_i, &
1032            &                      Cd_ice, Ch_ice, Ce_ice, theta_zu_i, q_zu_i )
1033         !!
1034      END SELECT
1035
1036      IF( iom_use('Cd_ice').OR.iom_use('Ce_ice').OR.iom_use('Ch_ice').OR.iom_use('taum_ice').OR.iom_use('utau_ice').OR.iom_use('vtau_ice') ) &
1037         & ztmp(:,:) = ( 1._wp - MAX(0._wp, SIGN( 1._wp, 1.E-6_wp - fr_i )) )*tmask(:,:,1) ! mask for presence of ice !
1038
1039      IF( iom_use('Cd_ice') ) CALL iom_put("Cd_ice", Cd_ice*ztmp)
1040      IF( iom_use('Ce_ice') ) CALL iom_put("Ce_ice", Ce_ice*ztmp)
1041      IF( iom_use('Ch_ice') ) CALL iom_put("Ch_ice", Ch_ice*ztmp)
1042
1043
1044      IF( ln_blk ) THEN
1045         ! ---------------------------------------------------- !
1046         !    Wind stress relative to nonmoving ice ( U10m )    !
1047         ! ---------------------------------------------------- !
1048         ! supress moving ice in wind stress computation as we don't know how to do it properly...
1049         DO_2D( 0, 1, 0, 1 )    ! at T point
1050            zztmp1        = rhoa(ji,jj) * Cd_ice(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj)
1051            putaui(ji,jj) =  zztmp1 * pwndi(ji,jj)
1052            pvtaui(ji,jj) =  zztmp1 * pwndj(ji,jj)
1053         END_2D
1054
1055         !#LB: saving the module, and x-y components, of the ai wind-stress at T-points: NOT weighted by the ice concentration !!!
1056         IF(iom_use('taum_ice')) CALL iom_put('taum_ice', SQRT( putaui*putaui + pvtaui*pvtaui )*ztmp )
1057         !#LB: These 2 lines below mostly here for 'STATION_ASF' test-case, otherwize "utau_oi" (U-grid) and vtau_oi" (V-grid) does the job in: [ICE/icedyn_rhg_evp.F90])
1058         IF(iom_use('utau_ice')) CALL iom_put("utau_ice", putaui*ztmp)  ! utau at T-points!
1059         IF(iom_use('vtau_ice')) CALL iom_put("vtau_ice", pvtaui*ztmp)  ! vtau at T-points!
1060
1061         !
1062         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )    ! U & V-points (same as ocean).
1063            !#LB: QUESTION?? so SI3 expects wind stress vector to be provided at U & V points? Not at T-points ?
1064            ! take care of the land-sea mask to avoid "pollution" of coastal stress. p[uv]taui used in frazil and  rheology
1065            zztmp1 = 0.5_wp * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * MAX( tmask(ji,jj,1),tmask(ji+1,jj  ,1) )
1066            zztmp2 = 0.5_wp * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * MAX( tmask(ji,jj,1),tmask(ji  ,jj+1,1) )
1067            putaui(ji,jj) = zztmp1 * ( putaui(ji,jj) + putaui(ji+1,jj  ) )
1068            pvtaui(ji,jj) = zztmp2 * ( pvtaui(ji,jj) + pvtaui(ji  ,jj+1) )
1069         END_2D
1070         CALL lbc_lnk( 'sbcblk', putaui, 'U', -1._wp, pvtaui, 'V', -1._wp )
1071         !
1072         IF(sn_cfctl%l_prtctl)  CALL prt_ctl( tab2d_1=putaui  , clinfo1=' blk_ice: putaui : '   &
1073            &                               , tab2d_2=pvtaui  , clinfo2='          pvtaui : ' )
1074      ELSE ! ln_abl
1075         DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
1076         pcd_dui(ji,jj) = wndm_ice(ji,jj) * Cd_ice(ji,jj)
1077         pseni  (ji,jj) = wndm_ice(ji,jj) * Ch_ice(ji,jj)
1078         pevpi  (ji,jj) = wndm_ice(ji,jj) * Ce_ice(ji,jj)
1079         END_2D
1080         !#LB:
1081         pssqi(:,:) = q_sat( ptsui(:,:), pslp(:,:), l_ice=.TRUE. ) ; ! more accurate way to obtain ssq !
1082         !#LB.
1083      ENDIF !IF( ln_blk )
1084      !
1085      IF(sn_cfctl%l_prtctl)  CALL prt_ctl(tab2d_1=wndm_ice  , clinfo1=' blk_ice: wndm_ice : ')
1086      !
1087   END SUBROUTINE blk_ice_1
1088
1089
1090   SUBROUTINE blk_ice_2( ptsu, phs, phi, palb, ptair, pqair, pslp, pdqlw, pprec, psnow  )
1091      !!---------------------------------------------------------------------
1092      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_2  ***
1093      !!
1094      !! ** Purpose :   provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
1095      !!
1096      !! ** Method  :   compute heat and freshwater exchanged
1097      !!                between atmosphere and sea-ice using bulk formulation
1098      !!                formulea, ice variables and read atmmospheric fields.
1099      !!
1100      !! caution : the net upward water flux has with mm/day unit
1101      !!---------------------------------------------------------------------
1102      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   ptsu   ! sea ice surface temperature [K]
1103      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   phs    ! snow thickness
1104      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   phi    ! ice thickness
1105      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   palb   ! ice albedo (all skies)
1106      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   ptair  ! potential temperature of air #LB: okay ???
1107      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   pqair  ! specific humidity of air
1108      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   pslp
1109      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   pdqlw
1110      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   pprec
1111      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   psnow
1112      !!
1113      INTEGER  ::   ji, jj, jl               ! dummy loop indices
1114      REAL(wp) ::   zst, zst3, zsq           ! local variable
1115      REAL(wp) ::   zcoef_dqlw, zcoef_dqla   !   -      -
1116      REAL(wp) ::   zztmp, zzblk, zztmp1, z1_rLsub   !   -      -
1117      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_qlw         ! long wave heat flux over ice
1118      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_qsb         ! sensible  heat flux over ice
1119      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_dqlw        ! long wave heat sensitivity over ice
1120      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_dqsb        ! sensible  heat sensitivity over ice
1121      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zevap, zsnw   ! evaporation and snw distribution after wind blowing (SI3)
1122      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   ztmp, ztmp2
1123      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   ztri
1124      !!---------------------------------------------------------------------
1125      !
1126      zcoef_dqlw = 4._wp * emiss_i * stefan             ! local scalars
1127      !
1128
1129      zztmp = 1. / ( 1. - albo )
1130      dqla_ice(:,:,:) = 0._wp
1131
1132      !                                     ! ========================== !
1133      DO jl = 1, jpl                        !  Loop over ice categories  !
1134         !                                  ! ========================== !
1135         DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
1136
1137               zst = ptsu(ji,jj,jl)                           ! surface temperature of sea-ice [K]
1138               zsq = q_sat( zst, pslp(ji,jj), l_ice=.TRUE. )  ! surface saturation specific humidity when ice present
1139
1140               ! ----------------------------!
1141               !      I   Radiative FLUXES   !
1142               ! ----------------------------!
1143               ! Short Wave (sw)
1144               qsr_ice(ji,jj,jl) = zztmp * ( 1. - palb(ji,jj,jl) ) * qsr(ji,jj)
1145
1146               ! Long  Wave (lw)
1147               zst3 = zst * zst * zst
1148               z_qlw(ji,jj,jl)   = emiss_i * ( pdqlw(ji,jj) - stefan * zst * zst3 ) * tmask(ji,jj,1)
1149               ! lw sensitivity
1150               z_dqlw(ji,jj,jl)  = zcoef_dqlw * zst3
1151
1152               ! ----------------------------!
1153               !     II    Turbulent FLUXES  !
1154               ! ----------------------------!
1155
1156               ! ... turbulent heat fluxes with Ch_ice recalculated in blk_ice_1
1157
1158               ! Common term in bulk F. equations...
1159               zzblk = rhoa(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj)
1160
1161               ! Sensible Heat
1162               zztmp1 = zzblk * rCp_air * Ch_ice(ji,jj)
1163               z_qsb (ji,jj,jl) = zztmp1 * (zst - theta_zu_i(ji,jj))
1164               z_dqsb(ji,jj,jl) = zztmp1                        ! ==> Qsens sensitivity (Dqsb_ice/Dtn_ice)
1165
1166               ! Latent Heat
1167               zztmp1 = zzblk * rLsub * Ce_ice(ji,jj)
1168               qla_ice(ji,jj,jl) = MAX( zztmp1 * (zsq - q_zu_i(ji,jj)) , 0._wp )   ! #LB: only sublimation (and not condensation) ???
1169               IF(qla_ice(ji,jj,jl)>0._wp) dqla_ice(ji,jj,jl) = zztmp1*dq_sat_dt_ice(zst, pslp(ji,jj)) ! ==> Qlat sensitivity  (dQlat/dT)
1170               !                                                                                       !#LB: dq_sat_dt_ice() in "sbc_phy.F90"
1171               !#LB: without this unjustified "condensation sensure":
1172               !qla_ice( ji,jj,jl) = zztmp1 * (zsq - q_zu_i(ji,jj))
1173               !dqla_ice(ji,jj,jl) = zztmp1 * dq_sat_dt_ice(zst, pslp(ji,jj)) ! ==> Qlat sensitivity  (dQlat/dT)
1174
1175
1176               ! ----------------------------!
1177               !     III    Total FLUXES     !
1178               ! ----------------------------!
1179               ! Downward Non Solar flux
1180               qns_ice (ji,jj,jl) =     z_qlw (ji,jj,jl) - z_qsb (ji,jj,jl) - qla_ice (ji,jj,jl)
1181               ! Total non solar heat flux sensitivity for ice
1182               dqns_ice(ji,jj,jl) = - ( z_dqlw(ji,jj,jl) + z_dqsb(ji,jj,jl) + dqla_ice(ji,jj,jl) ) !#LB: correct signs ????
1183
1184         END_2D
1185         !
1186      END DO
1187      !
1188      tprecip(:,:) = pprec(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)  ! total precipitation [kg/m2/s]
1189      sprecip(:,:) = psnow(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)  ! solid precipitation [kg/m2/s]
1190      CALL iom_put( 'snowpre', sprecip )                  ! Snow precipitation
1191      CALL iom_put( 'precip' , tprecip )                  ! Total precipitation
1192
1193      ! --- evaporation --- !
1194      z1_rLsub = 1._wp / rLsub
1195      evap_ice (:,:,:) = rn_efac * qla_ice (:,:,:) * z1_rLsub    ! sublimation
1196      devap_ice(:,:,:) = rn_efac * dqla_ice(:,:,:) * z1_rLsub    ! d(sublimation)/dT
1197      zevap    (:,:)   = emp(:,:) + tprecip(:,:)   ! evaporation over ocean  !LB: removed rn_efac here, correct???
1198
1199      ! --- evaporation minus precipitation --- !
1200      zsnw(:,:) = 0._wp
1201      CALL ice_var_snwblow( (1.-at_i_b(:,:)), zsnw )  ! snow distribution over ice after wind blowing
1202      emp_oce(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * zevap(:,:) - ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) - sprecip(:,:) * (1._wp - zsnw )
1203      emp_ice(:,:) = SUM( a_i_b(:,:,:) * evap_ice(:,:,:), dim=3 ) - sprecip(:,:) * zsnw
1204      emp_tot(:,:) = emp_oce(:,:) + emp_ice(:,:)
1205
1206      ! --- heat flux associated with emp --- !
1207      qemp_oce(:,:) = - ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * zevap(:,:) * sst_m(:,:) * rcp                  & ! evap at sst
1208         &          + ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) * ( ptair(:,:) - rt0 ) * rcp               & ! liquid precip at Tair
1209         &          +   sprecip(:,:) * ( 1._wp - zsnw ) *                                        & ! solid precip at min(Tair,Tsnow)
1210         &              ( ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
1211      qemp_ice(:,:) =   sprecip(:,:) * zsnw *                                                    & ! solid precip (only)
1212         &              ( ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
1213
1214      ! --- total solar and non solar fluxes --- !
1215      qns_tot(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * qns_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qns_ice(:,:,:), dim=3 )  &
1216         &           + qemp_ice(:,:) + qemp_oce(:,:)
1217      qsr_tot(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * qsr_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qsr_ice(:,:,:), dim=3 )
1218
1219      ! --- heat content of precip over ice in J/m3 (to be used in 1D-thermo) --- !
1220      qprec_ice(:,:) = rhos * ( ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
1221
1222      ! --- heat content of evap over ice in W/m2 (to be used in 1D-thermo) ---
1223      DO jl = 1, jpl
1224         qevap_ice(:,:,jl) = 0._wp ! should be -evap_ice(:,:,jl)*( ( Tice - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) )
1225         !                         ! But we do not have Tice => consider it at 0degC => evap=0
1226      END DO
1227
1228      ! --- shortwave radiation transmitted thru the surface scattering layer (W/m2) --- !
1229      IF( nn_qtrice == 0 ) THEN
1230         ! formulation derived from Grenfell and Maykut (1977), where transmission rate
1231         !    1) depends on cloudiness
1232         !    2) is 0 when there is any snow
1233         !    3) tends to 1 for thin ice
1234         ztri(:,:) = 0.18 * ( 1.0 - cloud_fra(:,:) ) + 0.35 * cloud_fra(:,:)  ! surface transmission when hi>10cm
1235         DO jl = 1, jpl
1236            WHERE    ( phs(:,:,jl) <= 0._wp .AND. phi(:,:,jl) <  0.1_wp )     ! linear decrease from hi=0 to 10cm
1237               qtr_ice_top(:,:,jl) = qsr_ice(:,:,jl) * ( ztri(:,:) + ( 1._wp - ztri(:,:) ) * ( 1._wp - phi(:,:,jl) * 10._wp ) )
1238            ELSEWHERE( phs(:,:,jl) <= 0._wp .AND. phi(:,:,jl) >= 0.1_wp )     ! constant (ztri) when hi>10cm
1239               qtr_ice_top(:,:,jl) = qsr_ice(:,:,jl) * ztri(:,:)
1240            ELSEWHERE                                                         ! zero when hs>0
1241               qtr_ice_top(:,:,jl) = 0._wp
1242            END WHERE
1243         ENDDO
1244      ELSEIF( nn_qtrice == 1 ) THEN
1245         ! formulation is derived from the thesis of M. Lebrun (2019).
1246         !    It represents the best fit using several sets of observations
1247         !    It comes with snow conductivities adapted to freezing/melting conditions (see icethd_zdf_bl99.F90)
1248         qtr_ice_top(:,:,:) = 0.3_wp * qsr_ice(:,:,:)
1249      ENDIF
1250      !
1251      IF( iom_use('evap_ao_cea') .OR. iom_use('hflx_evap_cea') ) THEN
1252         ztmp(:,:) = zevap(:,:) * ( 1._wp - at_i_b(:,:) )
1253         IF( iom_use('evap_ao_cea'  ) )  CALL iom_put( 'evap_ao_cea'  , ztmp(:,:) * tmask(:,:,1) )   ! ice-free oce evap (cell average)
1254         IF( iom_use('hflx_evap_cea') )  CALL iom_put( 'hflx_evap_cea', ztmp(:,:) * sst_m(:,:) * rcp * tmask(:,:,1) )   ! heat flux from evap (cell average)
1255      ENDIF
1256      IF( iom_use('hflx_rain_cea') ) THEN
1257         ztmp(:,:) = rcp * ( SUM( (ptsu-rt0) * a_i_b, dim=3 ) + sst_m(:,:) * ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) )
1258         IF( iom_use('hflx_rain_cea') )  CALL iom_put( 'hflx_rain_cea', ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) * ztmp(:,:) )   ! heat flux from rain (cell average)
1259      ENDIF
1260      IF( iom_use('hflx_snow_cea') .OR. iom_use('hflx_snow_ao_cea') .OR. iom_use('hflx_snow_ai_cea')  )  THEN
1261         WHERE( SUM( a_i_b, dim=3 ) > 1.e-10 )
1262            ztmp(:,:) = rcpi * SUM( (ptsu-rt0) * a_i_b, dim=3 ) / SUM( a_i_b, dim=3 )
1263         ELSEWHERE
1264            ztmp(:,:) = rcp * sst_m(:,:)
1265         ENDWHERE
1266         ztmp2(:,:) = sprecip(:,:) * ( ztmp(:,:) - rLfus )
1267         IF( iom_use('hflx_snow_cea')    ) CALL iom_put('hflx_snow_cea'   , ztmp2(:,:) ) ! heat flux from snow (cell average)
1268         IF( iom_use('hflx_snow_ao_cea') ) CALL iom_put('hflx_snow_ao_cea', ztmp2(:,:) * ( 1._wp - zsnw(:,:) ) ) ! heat flux from snow (over ocean)
1269         IF( iom_use('hflx_snow_ai_cea') ) CALL iom_put('hflx_snow_ai_cea', ztmp2(:,:) *           zsnw(:,:)   ) ! heat flux from snow (over ice)
1270      ENDIF
1271      !
1272      IF(sn_cfctl%l_prtctl) THEN
1273         CALL prt_ctl(tab3d_1=qla_ice , clinfo1=' blk_ice: qla_ice  : ', tab3d_2=z_qsb   , clinfo2=' z_qsb    : ', kdim=jpl)
1274         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_qlw   , clinfo1=' blk_ice: z_qlw    : ', tab3d_2=dqla_ice, clinfo2=' dqla_ice : ', kdim=jpl)
1275         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_dqsb  , clinfo1=' blk_ice: z_dqsb   : ', tab3d_2=z_dqlw  , clinfo2=' z_dqlw   : ', kdim=jpl)
1276         CALL prt_ctl(tab3d_1=dqns_ice, clinfo1=' blk_ice: dqns_ice : ', tab3d_2=qsr_ice , clinfo2=' qsr_ice  : ', kdim=jpl)
1277         CALL prt_ctl(tab3d_1=ptsu    , clinfo1=' blk_ice: ptsu     : ', tab3d_2=qns_ice , clinfo2=' qns_ice  : ', kdim=jpl)
1278         CALL prt_ctl(tab2d_1=tprecip , clinfo1=' blk_ice: tprecip  : ', tab2d_2=sprecip , clinfo2=' sprecip  : ')
1279      ENDIF
1280
1281      !#LB:
1282      ! air-ice heat flux components that are not written from ice_stp()@icestp.F90:
1283      IF( iom_use('qla_ice') )  CALL iom_put( 'qla_ice', SUM( - qla_ice * a_i_b, dim=3 ) ) !#LB: sign consistent with what's done for ocean
1284      IF( iom_use('qsb_ice') )  CALL iom_put( 'qsb_ice', SUM( -   z_qsb * a_i_b, dim=3 ) ) !#LB:     ==> negative => loss of heat for sea-ice
1285      IF( iom_use('qlw_ice') )  CALL iom_put( 'qlw_ice', SUM(     z_qlw * a_i_b, dim=3 ) )
1286      !#LB.
1287
1288   END SUBROUTINE blk_ice_2
1289
1290
1291   SUBROUTINE blk_ice_qcn( ld_virtual_itd, ptsu, ptb, phs, phi )
1292      !!---------------------------------------------------------------------
1293      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_qcn  ***
1294      !!
1295      !! ** Purpose :   Compute surface temperature and snow/ice conduction flux
1296      !!                to force sea ice / snow thermodynamics
1297      !!                in the case conduction flux is emulated
1298      !!
1299      !! ** Method  :   compute surface energy balance assuming neglecting heat storage
1300      !!                following the 0-layer Semtner (1976) approach
1301      !!
1302      !! ** Outputs : - ptsu    : sea-ice / snow surface temperature (K)
1303      !!              - qcn_ice : surface inner conduction flux (W/m2)
1304      !!
1305      !!---------------------------------------------------------------------
1306      LOGICAL                   , INTENT(in   ) ::   ld_virtual_itd  ! single-category option
1307      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(inout) ::   ptsu            ! sea ice / snow surface temperature
1308      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   ptb             ! sea ice base temperature
1309      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   phs             ! snow thickness
1310      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   phi             ! sea ice thickness
1311      !
1312      INTEGER , PARAMETER ::   nit = 10                  ! number of iterations
1313      REAL(wp), PARAMETER ::   zepsilon = 0.1_wp         ! characteristic thickness for enhanced conduction
1314      !
1315      INTEGER  ::   ji, jj, jl           ! dummy loop indices
1316      INTEGER  ::   iter                 ! local integer
1317      REAL(wp) ::   zfac, zfac2, zfac3   ! local scalars
1318      REAL(wp) ::   zkeff_h, ztsu, ztsu0 !
1319      REAL(wp) ::   zqc, zqnet           !
1320      REAL(wp) ::   zhe, zqa0            !
1321      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   zgfac   ! enhanced conduction factor
1322      !!---------------------------------------------------------------------
1323
1324      ! -------------------------------------!
1325      !      I   Enhanced conduction factor  !
1326      ! -------------------------------------!
1327      ! Emulates the enhancement of conduction by unresolved thin ice (ld_virtual_itd = T)
1328      ! Fichefet and Morales Maqueda, JGR 1997
1329      !
1330      zgfac(:,:,:) = 1._wp
1331
1332      IF( ld_virtual_itd ) THEN
1333         !
1334         zfac  = 1._wp /  ( rn_cnd_s + rcnd_i )
1335         zfac2 = EXP(1._wp) * 0.5_wp * zepsilon
1336         zfac3 = 2._wp / zepsilon
1337         !
1338         DO jl = 1, jpl
1339            DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
1340               zhe = ( rn_cnd_s * phi(ji,jj,jl) + rcnd_i * phs(ji,jj,jl) ) * zfac                            ! Effective thickness
1341               IF( zhe >=  zfac2 )   zgfac(ji,jj,jl) = MIN( 2._wp, 0.5_wp * ( 1._wp + LOG( zhe * zfac3 ) ) ) ! Enhanced conduction factor
1342            END_2D
1343         END DO
1344         !
1345      ENDIF
1346
1347      ! -------------------------------------------------------------!
1348      !      II   Surface temperature and conduction flux            !
1349      ! -------------------------------------------------------------!
1350      !
1351      zfac = rcnd_i * rn_cnd_s
1352      !
1353      DO jl = 1, jpl
1354         DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
1355            !
1356            zkeff_h = zfac * zgfac(ji,jj,jl) / &                                    ! Effective conductivity of the snow-ice system divided by thickness
1357               &      ( rcnd_i * phs(ji,jj,jl) + rn_cnd_s * MAX( 0.01, phi(ji,jj,jl) ) )
1358            ztsu    = ptsu(ji,jj,jl)                                                ! Store current iteration temperature
1359            ztsu0   = ptsu(ji,jj,jl)                                                ! Store initial surface temperature
1360            zqa0    = qsr_ice(ji,jj,jl) - qtr_ice_top(ji,jj,jl) + qns_ice(ji,jj,jl) ! Net initial atmospheric heat flux
1361            !
1362            DO iter = 1, nit     ! --- Iterative loop
1363               zqc   = zkeff_h * ( ztsu - ptb(ji,jj) )                              ! Conduction heat flux through snow-ice system (>0 downwards)
1364               zqnet = zqa0 + dqns_ice(ji,jj,jl) * ( ztsu - ptsu(ji,jj,jl) ) - zqc  ! Surface energy budget
1365               ztsu  = ztsu - zqnet / ( dqns_ice(ji,jj,jl) - zkeff_h )              ! Temperature update
1366            END DO
1367            !
1368            ptsu   (ji,jj,jl) = MIN( rt0, ztsu )
1369            qcn_ice(ji,jj,jl) = zkeff_h * ( ptsu(ji,jj,jl) - ptb(ji,jj) )
1370            qns_ice(ji,jj,jl) = qns_ice(ji,jj,jl) + dqns_ice(ji,jj,jl) * ( ptsu(ji,jj,jl) - ztsu0 )
1371            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) )  &
1372               &   * MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp, ptsu(ji,jj,jl) - rt0 ) )
1373
1374            ! --- Diagnose the heat loss due to changing non-solar flux (as in icethd_zdf_bl99) --- !
1375            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)
1376
1377         END_2D
1378         !
1379      END DO
1380      !
1381   END SUBROUTINE blk_ice_qcn
1382
1383#endif
1384
1385   !!======================================================================
1386END MODULE sbcblk
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.