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icealb.F90 in NEMO/trunk/src/ICE – NEMO

source: NEMO/trunk/src/ICE/icealb.F90 @ 14718

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trunk: commit changes from r4.0-HEAD from 13284 to 13449, see #2523

  • Property svn:keywords set to Id
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RevLine 
[8586]1MODULE icealb
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  icealb  ***
4   !! Atmospheric forcing:  Albedo over sea ice
5   !!=====================================================================
[9604]6   !! History :  4.0  !  2017-07  (C. Rousset)       Split ice and ocean albedos
7   !!            4.0  !  2018     (many people)      SI3 [aka Sea Ice cube]
[8586]8   !!----------------------------------------------------------------------
[9570]9#if defined key_si3
[8586]10   !!----------------------------------------------------------------------
[9570]11   !!   'key_si3'                                       SI3 sea-ice model
[8586]12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !!   ice_alb        : albedo for ice (clear and overcast skies)
14   !!   ice_alb_init   : initialisation of albedo computation
15   !!----------------------------------------------------------------------
16   USE phycst         ! physical constants
[9910]17   USE dom_oce        ! domain: ocean
[13472]18   USE ice, ONLY: jpl ! sea-ice: number of categories
19   USE icevar         ! sea-ice: operations
[8586]20   !
21   USE in_out_manager ! I/O manager
22   USE lib_mpp        ! MPP library
23   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
24   USE timing         ! Timing
25
26   IMPLICIT NONE
27   PRIVATE
28
29   PUBLIC   ice_alb_init   ! called in icestp
[10535]30   PUBLIC   ice_alb        ! called in icesbc.F90 and iceupdate.F90
[8586]31
32   REAL(wp), PUBLIC, PARAMETER ::   rn_alb_oce = 0.066   !: ocean or lead albedo (Pegau and Paulson, Ann. Glac. 2001)
33   !
[8637]34   !                             !!* albedo namelist (namalb)
[8586]35   REAL(wp) ::   rn_alb_sdry      ! dry snow albedo
36   REAL(wp) ::   rn_alb_smlt      ! melting snow albedo
37   REAL(wp) ::   rn_alb_idry      ! dry ice albedo
38   REAL(wp) ::   rn_alb_imlt      ! bare puddled ice albedo
39   REAL(wp) ::   rn_alb_dpnd      ! ponded ice albedo
40
[12377]41   !! * Substitutions
42#  include "do_loop_substitute.h90"
[8586]43   !!----------------------------------------------------------------------
[9598]44   !! NEMO/ICE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
[10069]45   !! $Id$
[10068]46   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
[8586]47   !!----------------------------------------------------------------------
48CONTAINS
49
[13472]50   SUBROUTINE ice_alb( pt_su, ph_ice, ph_snw, ld_pnd_alb, pafrac_pnd, ph_pnd, pcloud_fra, palb_ice )
[8586]51      !!----------------------------------------------------------------------
52      !!               ***  ROUTINE ice_alb  ***
53      !!         
54      !! ** Purpose :   Computation of the albedo of the snow/ice system
55      !!       
[8637]56      !! ** Method  :   The scheme is "home made" (for cloudy skies) and based on Brandt et al. (J. Climate 2005)
57      !!                                                                      and Grenfell & Perovich (JGR 2004)
[8586]58      !!                  1) Albedo dependency on ice thickness follows the findings from Brandt et al (2005)
59      !!                     which are an update of Allison et al. (JGR 1993) ; Brandt et al. 1999
60      !!                     0-5cm  : linear function of ice thickness
61      !!                     5-150cm: log    function of ice thickness
62      !!                     > 150cm: constant
63      !!                  2) Albedo dependency on snow thickness follows the findings from Grenfell & Perovich (2004)
64      !!                     i.e. it increases as -EXP(-snw_thick/0.02) during freezing and -EXP(-snw_thick/0.03) during melting
65      !!                  3) Albedo dependency on clouds is speculated from measurements of Grenfell and Perovich (2004)
66      !!                     i.e. cloudy-clear albedo depend on cloudy albedo following a 2d order polynomial law
67      !!                  4) The needed 4 parameters are: dry and melting snow, freezing ice and bare puddled ice
68      !!
[8637]69      !!                     compilation of values from literature (reference overcast sky values)
70      !!                        rn_alb_sdry = 0.85      ! dry snow
71      !!                        rn_alb_smlt = 0.75      ! melting snow
72      !!                        rn_alb_idry = 0.60      ! bare frozen ice
73      !!                        rn_alb_imlt = 0.50      ! bare puddled ice albedo
74      !!                        rn_alb_dpnd = 0.36      ! ponded-ice overcast albedo (Lecomte et al, 2015)
75      !!                                                ! early melt pnds 0.27, late melt ponds 0.14 Grenfell & Perovich
76      !!                     Perovich et al 2002 (Sheba) => the only dataset for which all types of ice/snow were retrieved
77      !!                        rn_alb_sdry = 0.85      ! dry snow
78      !!                        rn_alb_smlt = 0.72      ! melting snow
79      !!                        rn_alb_idry = 0.65      ! bare frozen ice
80      !!                     Brandt et al 2005 (East Antarctica)
81      !!                        rn_alb_sdry = 0.87      ! dry snow
82      !!                        rn_alb_smlt = 0.82      ! melting snow
83      !!                        rn_alb_idry = 0.54      ! bare frozen ice
84      !!
85      !! ** Note    :   The old parameterization from Shine & Henderson-Sellers (not here anymore) presented several misconstructions
[8586]86      !!                  1) ice albedo when ice thick. tends to 0 is different than ocean albedo
87      !!                  2) for small ice thick. covered with some snow (<3cm?), albedo is larger
88      !!                     under melting conditions than under freezing conditions
89      !!                  3) the evolution of ice albedo as a function of ice thickness shows 
90      !!                     3 sharp inflexion points (at 5cm, 100cm and 150cm) that look highly unrealistic
91      !!
92      !! References :   Shine & Henderson-Sellers 1985, JGR, 90(D1), 2243-2250.
93      !!                Brandt et al. 2005, J. Climate, vol 18
94      !!                Grenfell & Perovich 2004, JGR, vol 109
95      !!----------------------------------------------------------------------
[8637]96      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pt_su        !  ice surface temperature (Kelvin)
[8586]97      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   ph_ice       !  sea-ice thickness
98      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   ph_snw       !  snow depth
[8637]99      LOGICAL , INTENT(in   )                   ::   ld_pnd_alb   !  effect of melt ponds on albedo
[8586]100      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pafrac_pnd   !  melt pond relative fraction (per unit ice area)
101      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   ph_pnd       !  melt pond depth
[13472]102      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:)   ::   pcloud_fra   !  cloud fraction
103      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:) ::   palb_ice     !  albedo of ice
[8586]104      !
[13472]105      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) :: za_s_fra   ! ice fraction covered by snow
[8586]106      INTEGER  ::   ji, jj, jl                ! dummy loop indices
[8637]107      REAL(wp) ::   z1_c1, z1_c2,z1_c3, z1_c4 ! local scalar
108      REAL(wp) ::   z1_href_pnd               ! inverse of the characteristic length scale (Lecomte et al. 2015)
109      REAL(wp) ::   zalb_pnd, zafrac_pnd      ! ponded sea ice albedo & relative pound fraction
110      REAL(wp) ::   zalb_ice, zafrac_ice      ! bare sea ice albedo & relative ice fraction
111      REAL(wp) ::   zalb_snw, zafrac_snw      ! snow-covered sea ice albedo & relative snow fraction
[13472]112      REAL(wp) ::   zalb_cs, zalb_os          ! albedo of ice under clear/overcast sky
[8586]113      !!---------------------------------------------------------------------
114      !
[9124]115      IF( ln_timing )   CALL timing_start('icealb')
[8586]116      !
[9986]117      z1_href_pnd = 1. / 0.05
[8637]118      z1_c1 = 1. / ( LOG(1.5) - LOG(0.05) ) 
119      z1_c2 = 1. / 0.05
120      z1_c3 = 1. / 0.02
121      z1_c4 = 1. / 0.03
[8586]122      !
[13472]123      CALL ice_var_snwfra( ph_snw, za_s_fra )   ! calculate ice fraction covered by snow
124      !
[8637]125      DO jl = 1, jpl
[13295]126         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
[13472]127            !
128            !---------------------------------------------!
129            !--- Specific snow, ice and pond fractions ---!
130            !---------------------------------------------!               
131            zafrac_snw = za_s_fra(ji,jj,jl)
132            IF( ld_pnd_alb ) THEN
133               zafrac_pnd = MIN( pafrac_pnd(ji,jj,jl), 1._wp - zafrac_snw ) ! make sure (a_ip_eff + a_s_fra) <= 1
[12377]134            ELSE
135               zafrac_pnd = 0._wp
136            ENDIF
[13472]137            zafrac_ice = MAX( 0._wp, 1._wp - zafrac_pnd - zafrac_snw ) ! max for roundoff errors
[12377]138            !
[13472]139            !---------------!
140            !--- Albedos ---!
141            !---------------!               
[12377]142            !                       !--- Bare ice albedo (for hi > 150cm)
143            IF( ld_pnd_alb ) THEN
144               zalb_ice = rn_alb_idry
145            ELSE
[13472]146               IF( ph_snw(ji,jj,jl) == 0._wp .AND. pt_su(ji,jj,jl) >= rt0 ) THEN   ;   zalb_ice = rn_alb_imlt
147               ELSE                                                                ;   zalb_ice = rn_alb_idry   ;   ENDIF
[12377]148            ENDIF
149            !                       !--- Bare ice albedo (for hi < 150cm)
150            IF( 0.05 < ph_ice(ji,jj,jl) .AND. ph_ice(ji,jj,jl) <= 1.5 ) THEN      ! 5cm < hi < 150cm
151               zalb_ice = zalb_ice    + ( 0.18 - zalb_ice   ) * z1_c1 * ( LOG(1.5) - LOG(ph_ice(ji,jj,jl)) )
152            ELSEIF( ph_ice(ji,jj,jl) <= 0.05 ) THEN                               ! 0cm < hi < 5cm
153               zalb_ice = rn_alb_oce  + ( 0.18 - rn_alb_oce ) * z1_c2 * ph_ice(ji,jj,jl)
154            ENDIF
155            !
156            !                       !--- Snow-covered ice albedo (freezing, melting cases)
157            IF( pt_su(ji,jj,jl) < rt0 ) THEN
158               zalb_snw = rn_alb_sdry - ( rn_alb_sdry - zalb_ice ) * EXP( - ph_snw(ji,jj,jl) * z1_c3 )
159            ELSE
160               zalb_snw = rn_alb_smlt - ( rn_alb_smlt - zalb_ice ) * EXP( - ph_snw(ji,jj,jl) * z1_c4 )
161            ENDIF
162            !                       !--- Ponded ice albedo
[13472]163            zalb_pnd = rn_alb_dpnd - ( rn_alb_dpnd - zalb_ice ) * EXP( - ph_pnd(ji,jj,jl) * z1_href_pnd ) 
164            !
[12377]165            !                       !--- Surface albedo is weighted mean of snow, ponds and bare ice contributions
[13472]166            zalb_os = ( zafrac_snw * zalb_snw + zafrac_pnd * zalb_pnd + zafrac_ice * zalb_ice ) * tmask(ji,jj,1)
[12377]167            !
[13472]168            zalb_cs = zalb_os - ( - 0.1010 * zalb_os * zalb_os  &
169               &                  + 0.1933 * zalb_os - 0.0148 ) * tmask(ji,jj,1)
[12377]170            !
[13472]171            ! albedo depends on cloud fraction because of non-linear spectral effects
172            palb_ice(ji,jj,jl) = ( 1._wp - pcloud_fra(ji,jj) ) * zalb_cs + pcloud_fra(ji,jj) * zalb_os
173
[12377]174         END_2D
[8637]175      END DO
[8586]176      !
[8637]177      !
[9124]178      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('icealb')
[8586]179      !
180   END SUBROUTINE ice_alb
181
182
183   SUBROUTINE ice_alb_init
184      !!----------------------------------------------------------------------
185      !!                 ***  ROUTINE alb_init  ***
186      !!
187      !! ** Purpose :   initializations for the albedo parameters
188      !!
189      !! ** Method  :   Read the namelist namalb
190      !!----------------------------------------------------------------------
[8637]191      INTEGER ::   ios   ! Local integer output status for namelist read
[8586]192      !!
[8637]193      NAMELIST/namalb/ rn_alb_sdry, rn_alb_smlt, rn_alb_idry, rn_alb_imlt, rn_alb_dpnd
[8586]194      !!----------------------------------------------------------------------
195      !
196      READ  ( numnam_ice_ref, namalb, IOSTAT = ios, ERR = 901)
[11536]197901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namalb in reference namelist' )
[8586]198      READ  ( numnam_ice_cfg, namalb, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
[11536]199902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namalb in configuration namelist' )
[9169]200      IF(lwm) WRITE( numoni, namalb )
[8586]201      !
202      IF(lwp) THEN                      ! Control print
203         WRITE(numout,*)
204         WRITE(numout,*) 'ice_alb_init: set albedo parameters'
205         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
206         WRITE(numout,*) '   Namelist namalb:'
207         WRITE(numout,*) '      albedo of dry snow                   rn_alb_sdry = ', rn_alb_sdry
208         WRITE(numout,*) '      albedo of melting snow               rn_alb_smlt = ', rn_alb_smlt
209         WRITE(numout,*) '      albedo of dry ice                    rn_alb_idry = ', rn_alb_idry
210         WRITE(numout,*) '      albedo of bare puddled ice           rn_alb_imlt = ', rn_alb_imlt
211         WRITE(numout,*) '      albedo of ponded ice                 rn_alb_dpnd = ', rn_alb_dpnd
212      ENDIF
213      !
214   END SUBROUTINE ice_alb_init
215
216#else
217   !!----------------------------------------------------------------------
[9570]218   !!   Default option           Dummy module         NO SI3 sea-ice model
[8586]219   !!----------------------------------------------------------------------
220#endif
221
222   !!======================================================================
223END MODULE icealb
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.