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Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
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icealb.F90 in NEMO/trunk/src/ICE – NEMO

source: NEMO/trunk/src/ICE/icealb.F90 @ 13461

Last change on this file since 13461 was 13295, checked in by acc, 4 years ago

Replace do-loop macros in the trunk with alternative forms with greater flexibility for extra halo applications. This alters a lot of routines but does not change any behaviour or results. do_loop_substitute.h90 is greatly simplified by this change. SETTE results are identical to those with the previous revision

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 12.2 KB
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 ice, ONLY: jpl ! sea-ice: number of categories
17   USE phycst         ! physical constants
[9910]18   USE dom_oce        ! domain: ocean
[8586]19   !
20   USE in_out_manager ! I/O manager
21   USE lib_mpp        ! MPP library
22   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
23   USE timing         ! Timing
24
25   IMPLICIT NONE
26   PRIVATE
27
28   PUBLIC   ice_alb_init   ! called in icestp
[10535]29   PUBLIC   ice_alb        ! called in icesbc.F90 and iceupdate.F90
[8586]30
31   REAL(wp), PUBLIC, PARAMETER ::   rn_alb_oce = 0.066   !: ocean or lead albedo (Pegau and Paulson, Ann. Glac. 2001)
32   !
[8637]33   !                             !!* albedo namelist (namalb)
[8586]34   REAL(wp) ::   rn_alb_sdry      ! dry snow albedo
35   REAL(wp) ::   rn_alb_smlt      ! melting snow albedo
36   REAL(wp) ::   rn_alb_idry      ! dry ice albedo
37   REAL(wp) ::   rn_alb_imlt      ! bare puddled ice albedo
38   REAL(wp) ::   rn_alb_dpnd      ! ponded ice albedo
39
[12377]40   !! * Substitutions
41#  include "do_loop_substitute.h90"
[8586]42   !!----------------------------------------------------------------------
[9598]43   !! NEMO/ICE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
[10069]44   !! $Id$
[10068]45   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
[8586]46   !!----------------------------------------------------------------------
47CONTAINS
48
[8637]49   SUBROUTINE ice_alb( pt_su, ph_ice, ph_snw, ld_pnd_alb, pafrac_pnd, ph_pnd, palb_cs, palb_os )
[8586]50      !!----------------------------------------------------------------------
51      !!               ***  ROUTINE ice_alb  ***
52      !!         
53      !! ** Purpose :   Computation of the albedo of the snow/ice system
54      !!       
[8637]55      !! ** Method  :   The scheme is "home made" (for cloudy skies) and based on Brandt et al. (J. Climate 2005)
56      !!                                                                      and Grenfell & Perovich (JGR 2004)
[8586]57      !!                  1) Albedo dependency on ice thickness follows the findings from Brandt et al (2005)
58      !!                     which are an update of Allison et al. (JGR 1993) ; Brandt et al. 1999
59      !!                     0-5cm  : linear function of ice thickness
60      !!                     5-150cm: log    function of ice thickness
61      !!                     > 150cm: constant
62      !!                  2) Albedo dependency on snow thickness follows the findings from Grenfell & Perovich (2004)
63      !!                     i.e. it increases as -EXP(-snw_thick/0.02) during freezing and -EXP(-snw_thick/0.03) during melting
64      !!                  3) Albedo dependency on clouds is speculated from measurements of Grenfell and Perovich (2004)
65      !!                     i.e. cloudy-clear albedo depend on cloudy albedo following a 2d order polynomial law
66      !!                  4) The needed 4 parameters are: dry and melting snow, freezing ice and bare puddled ice
67      !!
[8637]68      !!                     compilation of values from literature (reference overcast sky values)
69      !!                        rn_alb_sdry = 0.85      ! dry snow
70      !!                        rn_alb_smlt = 0.75      ! melting snow
71      !!                        rn_alb_idry = 0.60      ! bare frozen ice
72      !!                        rn_alb_imlt = 0.50      ! bare puddled ice albedo
73      !!                        rn_alb_dpnd = 0.36      ! ponded-ice overcast albedo (Lecomte et al, 2015)
74      !!                                                ! early melt pnds 0.27, late melt ponds 0.14 Grenfell & Perovich
75      !!                     Perovich et al 2002 (Sheba) => the only dataset for which all types of ice/snow were retrieved
76      !!                        rn_alb_sdry = 0.85      ! dry snow
77      !!                        rn_alb_smlt = 0.72      ! melting snow
78      !!                        rn_alb_idry = 0.65      ! bare frozen ice
79      !!                     Brandt et al 2005 (East Antarctica)
80      !!                        rn_alb_sdry = 0.87      ! dry snow
81      !!                        rn_alb_smlt = 0.82      ! melting snow
82      !!                        rn_alb_idry = 0.54      ! bare frozen ice
83      !!
84      !! ** Note    :   The old parameterization from Shine & Henderson-Sellers (not here anymore) presented several misconstructions
[8586]85      !!                  1) ice albedo when ice thick. tends to 0 is different than ocean albedo
86      !!                  2) for small ice thick. covered with some snow (<3cm?), albedo is larger
87      !!                     under melting conditions than under freezing conditions
88      !!                  3) the evolution of ice albedo as a function of ice thickness shows 
89      !!                     3 sharp inflexion points (at 5cm, 100cm and 150cm) that look highly unrealistic
90      !!
91      !! References :   Shine & Henderson-Sellers 1985, JGR, 90(D1), 2243-2250.
92      !!                Brandt et al. 2005, J. Climate, vol 18
93      !!                Grenfell & Perovich 2004, JGR, vol 109
94      !!----------------------------------------------------------------------
[8637]95      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pt_su        !  ice surface temperature (Kelvin)
[8586]96      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   ph_ice       !  sea-ice thickness
97      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   ph_snw       !  snow depth
[8637]98      LOGICAL , INTENT(in   )                   ::   ld_pnd_alb   !  effect of melt ponds on albedo
[8586]99      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pafrac_pnd   !  melt pond relative fraction (per unit ice area)
100      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   ph_pnd       !  melt pond depth
[8637]101      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:) ::   palb_cs      !  albedo of ice under clear    sky
102      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:) ::   palb_os      !  albedo of ice under overcast sky
[8586]103      !
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
[8586]110      !!---------------------------------------------------------------------
111      !
[9124]112      IF( ln_timing )   CALL timing_start('icealb')
[8586]113      !
[9986]114      z1_href_pnd = 1. / 0.05
[8637]115      z1_c1 = 1. / ( LOG(1.5) - LOG(0.05) ) 
116      z1_c2 = 1. / 0.05
117      z1_c3 = 1. / 0.02
118      z1_c4 = 1. / 0.03
[8586]119      !
[8637]120      DO jl = 1, jpl
[13295]121         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
[12377]122            !                       !--- Specific snow, ice and pond fractions (for now, we prevent melt ponds and snow at the same time)
123            IF( ph_snw(ji,jj,jl) == 0._wp ) THEN
124               zafrac_snw = 0._wp
125               IF( ld_pnd_alb ) THEN
126                  zafrac_pnd = pafrac_pnd(ji,jj,jl)
[8637]127               ELSE
128                  zafrac_pnd = 0._wp
129               ENDIF
[12377]130               zafrac_ice = 1._wp - zafrac_pnd
131            ELSE
132               zafrac_snw = 1._wp      ! Snow fully "shades" melt ponds and ice
133               zafrac_pnd = 0._wp
134               zafrac_ice = 0._wp
135            ENDIF
136            !
137            !                       !--- Bare ice albedo (for hi > 150cm)
138            IF( ld_pnd_alb ) THEN
139               zalb_ice = rn_alb_idry
140            ELSE
141               IF( ph_snw(ji,jj,jl) == 0._wp .AND. pt_su(ji,jj,jl) >= rt0 ) THEN  ;   zalb_ice = rn_alb_imlt
142               ELSE                                                               ;   zalb_ice = rn_alb_idry   ;   ENDIF
143            ENDIF
144            !                       !--- Bare ice albedo (for hi < 150cm)
145            IF( 0.05 < ph_ice(ji,jj,jl) .AND. ph_ice(ji,jj,jl) <= 1.5 ) THEN      ! 5cm < hi < 150cm
146               zalb_ice = zalb_ice    + ( 0.18 - zalb_ice   ) * z1_c1 * ( LOG(1.5) - LOG(ph_ice(ji,jj,jl)) )
147            ELSEIF( ph_ice(ji,jj,jl) <= 0.05 ) THEN                               ! 0cm < hi < 5cm
148               zalb_ice = rn_alb_oce  + ( 0.18 - rn_alb_oce ) * z1_c2 * ph_ice(ji,jj,jl)
149            ENDIF
150            !
151            !                       !--- Snow-covered ice albedo (freezing, melting cases)
152            IF( pt_su(ji,jj,jl) < rt0 ) THEN
153               zalb_snw = rn_alb_sdry - ( rn_alb_sdry - zalb_ice ) * EXP( - ph_snw(ji,jj,jl) * z1_c3 )
154            ELSE
155               zalb_snw = rn_alb_smlt - ( rn_alb_smlt - zalb_ice ) * EXP( - ph_snw(ji,jj,jl) * z1_c4 )
156            ENDIF
157            !                       !--- Ponded ice albedo
158            IF( ld_pnd_alb ) THEN
159               zalb_pnd = rn_alb_dpnd - ( rn_alb_dpnd - zalb_ice ) * EXP( - ph_pnd(ji,jj,jl) * z1_href_pnd ) 
160            ELSE
161               zalb_pnd = rn_alb_dpnd
162            ENDIF
163            !                       !--- Surface albedo is weighted mean of snow, ponds and bare ice contributions
164            palb_os(ji,jj,jl) = ( zafrac_snw * zalb_snw + zafrac_pnd * zalb_pnd + zafrac_ice * zalb_ice ) * tmask(ji,jj,1)
165            !
166            palb_cs(ji,jj,jl) = palb_os(ji,jj,jl)  &
167               &                - ( - 0.1010 * palb_os(ji,jj,jl) * palb_os(ji,jj,jl)  &
168               &                    + 0.1933 * palb_os(ji,jj,jl) - 0.0148 ) * tmask(ji,jj,1)
169            !
170         END_2D
[8637]171      END DO
[8586]172      !
[8637]173      !
[9124]174      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('icealb')
[8586]175      !
176   END SUBROUTINE ice_alb
177
178
179   SUBROUTINE ice_alb_init
180      !!----------------------------------------------------------------------
181      !!                 ***  ROUTINE alb_init  ***
182      !!
183      !! ** Purpose :   initializations for the albedo parameters
184      !!
185      !! ** Method  :   Read the namelist namalb
186      !!----------------------------------------------------------------------
[8637]187      INTEGER ::   ios   ! Local integer output status for namelist read
[8586]188      !!
[8637]189      NAMELIST/namalb/ rn_alb_sdry, rn_alb_smlt, rn_alb_idry, rn_alb_imlt, rn_alb_dpnd
[8586]190      !!----------------------------------------------------------------------
191      !
192      READ  ( numnam_ice_ref, namalb, IOSTAT = ios, ERR = 901)
[11536]193901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namalb in reference namelist' )
[8586]194      READ  ( numnam_ice_cfg, namalb, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
[11536]195902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namalb in configuration namelist' )
[9169]196      IF(lwm) WRITE( numoni, namalb )
[8586]197      !
198      IF(lwp) THEN                      ! Control print
199         WRITE(numout,*)
200         WRITE(numout,*) 'ice_alb_init: set albedo parameters'
201         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
202         WRITE(numout,*) '   Namelist namalb:'
203         WRITE(numout,*) '      albedo of dry snow                   rn_alb_sdry = ', rn_alb_sdry
204         WRITE(numout,*) '      albedo of melting snow               rn_alb_smlt = ', rn_alb_smlt
205         WRITE(numout,*) '      albedo of dry ice                    rn_alb_idry = ', rn_alb_idry
206         WRITE(numout,*) '      albedo of bare puddled ice           rn_alb_imlt = ', rn_alb_imlt
207         WRITE(numout,*) '      albedo of ponded ice                 rn_alb_dpnd = ', rn_alb_dpnd
208      ENDIF
209      !
210   END SUBROUTINE ice_alb_init
211
212#else
213   !!----------------------------------------------------------------------
[9570]214   !!   Default option           Dummy module         NO SI3 sea-ice model
[8586]215   !!----------------------------------------------------------------------
216#endif
217
218   !!======================================================================
219END MODULE icealb
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.