New URL for NEMO forge!   http://forge.nemo-ocean.eu

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
sbcblk.F90 in NEMO/trunk/src/OCE/SBC – NEMO

source: NEMO/trunk/src/OCE/SBC/sbcblk.F90 @ 14401

Last change on this file since 14401 was 14401, checked in by smasson, 3 years ago

trunk: bugfix following [14398], #2618

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 80.2 KB
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
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) :: ztmp
507      !!----------------------------------------------------------------------
508      !
509      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )             ! input fields provided at the current time-step
510
511      ! Sanity/consistence test on humidity at first time step to detect potential screw-up:
512      IF( kt == nit000 ) THEN
513         IF(lwp) WRITE(numout,*) ''
514#if defined key_agrif
515         IF(lwp) WRITE(numout,*) ' === AGRIF => Sanity/consistence test on air humidity SKIPPED! :( ==='
516#else
517         ztmp = SUM(tmask(:,:,1)) ! number of ocean points on local proc domain
518         IF( ztmp > 8._wp ) THEN ! test only on proc domains with at least 8 ocean points!
519            ztmp = SUM(sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)*tmask(:,:,1))/ztmp ! mean humidity over ocean on proc
520            SELECT CASE( nhumi )
521            CASE( np_humi_sph ) ! specific humidity => expect: 0. <= something < 0.065 [kg/kg] (0.061 is saturation at 45degC !!!)
522               IF(  (ztmp < 0._wp) .OR. (ztmp > 0.065)  ) ztmp = -1._wp
523            CASE( np_humi_dpt ) ! dew-point temperature => expect: 110. <= something < 320. [K]
524               IF( (ztmp < 110._wp).OR.(ztmp > 320._wp) ) ztmp = -1._wp
525            CASE( np_humi_rlh ) ! relative humidity => expect: 0. <= something < 100. [%]
526               IF(  (ztmp < 0._wp) .OR.(ztmp > 100._wp) ) ztmp = -1._wp
527            END SELECT
528            IF(ztmp < 0._wp) THEN
529               IF (lwp) WRITE(numout,'("   Mean humidity value found on proc #",i6.6," is: ",f10.5)') narea, ztmp
530               CALL ctl_stop( 'STOP', 'Something is wrong with air humidity!!!', &
531                  &   ' ==> check the unit in your input files'       , &
532                  &   ' ==> check consistence of namelist choice: specific? relative? dew-point?', &
533                  &   ' ==> ln_humi_sph -> [kg/kg] | ln_humi_rlh -> [%] | ln_humi_dpt -> [K] !!!' )
534            END IF
535         END IF
536         IF(lwp) WRITE(numout,*) ' === Sanity/consistence test on air humidity sucessfuly passed! ==='
537#endif
538         IF(lwp) WRITE(numout,*) ''
539      END IF !IF( kt == nit000 )
540      !                                            ! compute the surface ocean fluxes using bulk formulea
541      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 ) THEN
542
543         ! Specific humidity of air at z=rn_zqt !
544         SELECT CASE( nhumi )
545         CASE( np_humi_sph )
546            q_air_zt(:,:) = sf(jp_humi )%fnow(:,:,1)      ! what we read in file is already a spec. humidity!
547         CASE( np_humi_dpt )
548            IF((kt==nit000).AND.lwp) WRITE(numout,*) ' *** sbc_blk() => computing q_air out of dew-point and P !'
549            q_air_zt(:,:) = q_sat( sf(jp_humi )%fnow(:,:,1), sf(jp_slp  )%fnow(:,:,1) )
550         CASE( np_humi_rlh )
551            IF((kt==nit000).AND.lwp) WRITE(numout,*) ' *** sbc_blk() => computing q_air out of RH, t_air and slp !' !LBrm
552            q_air_zt(:,:) = q_air_rh( 0.01_wp*sf(jp_humi )%fnow(:,:,1), &
553               &                      sf(jp_tair )%fnow(:,:,1), sf(jp_slp  )%fnow(:,:,1) ) !#LB: 0.01 => RH is % percent in file
554         END SELECT
555
556         ! POTENTIAL temperature of air at z=rn_zqt
557         !      based on adiabatic lapse-rate (see Josey, Gulev & Yu, 2013) / doi=10.1016/B978-0-12-391851-2.00005-2
558         !      (most reanalysis products provide absolute temp., not potential temp.)
559         IF( ln_tair_pot ) THEN
560            ! temperature read into file is already potential temperature, do nothing...
561            theta_air_zt(:,:) = sf(jp_tair )%fnow(:,:,1)
562         ELSE
563            ! temperature read into file is ABSOLUTE temperature (that's the case for ECMWF products for example...)
564            IF((kt==nit000).AND.lwp) WRITE(numout,*) ' *** sbc_blk() => air temperature converted from ABSOLUTE to POTENTIAL!'
565            theta_air_zt(:,:) = sf(jp_tair )%fnow(:,:,1) + gamma_moist( sf(jp_tair )%fnow(:,:,1), q_air_zt(:,:) ) * rn_zqt
566         ENDIF
567         !
568         CALL blk_oce_1( kt, sf(jp_wndi )%fnow(:,:,1), sf(jp_wndj )%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in
569            &                theta_air_zt(:,:), q_air_zt(:,:),                     &   !   <<= in
570            &                sf(jp_slp  )%fnow(:,:,1), sst_m, ssu_m, ssv_m,        &   !   <<= in
571            &                sf(jp_uoatm)%fnow(:,:,1), sf(jp_voatm)%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in
572            &                sf(jp_qsr  )%fnow(:,:,1), sf(jp_qlw  )%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in (wl/cs)
573            &                tsk_m, zssq, zcd_du, zsen, zlat, zevp )                   !   =>> out
574
575         CALL blk_oce_2(     theta_air_zt(:,:),                                    &   !   <<= in
576            &                sf(jp_qlw  )%fnow(:,:,1), sf(jp_prec )%fnow(:,:,1),   &   !   <<= in
577            &                sf(jp_snow )%fnow(:,:,1), tsk_m,                      &   !   <<= in
578            &                zsen, zlat, zevp )                                        !   <=> in out
579      ENDIF
580      !
581#if defined key_cice
582      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   THEN
583         qlw_ice(:,:,1)   = sf(jp_qlw )%fnow(:,:,1)
584         IF( ln_dm2dc ) THEN
585            qsr_ice(:,:,1) = sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) )
586         ELSE
587            qsr_ice(:,:,1) =          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)
588         ENDIF
589         tatm_ice(:,:) = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)    !#LB: should it be POTENTIAL temperature instead ????
590         !tatm_ice(:,:) = theta_air_zt(:,:)         !#LB: THIS! ?
591
592         qatm_ice(:,:) = q_air_zt(:,:) !#LB:
593
594         tprecip(:,:)     = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
595         sprecip(:,:)     = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
596         wndi_ice(:,:)    = sf(jp_wndi)%fnow(:,:,1)
597         wndj_ice(:,:)    = sf(jp_wndj)%fnow(:,:,1)
598      ENDIF
599#endif
600      !
601   END SUBROUTINE sbc_blk
602
603
604   SUBROUTINE blk_oce_1( kt, pwndi, pwndj, ptair, pqair,         &  ! inp
605      &                      pslp , pst  , pu   , pv,            &  ! inp
606      &                      puatm, pvatm, pdqsr , pdqlw ,       &  ! inp
607      &                      ptsk , pssq , pcd_du, psen, plat, pevp ) ! out
608      !!---------------------------------------------------------------------
609      !!                     ***  ROUTINE blk_oce_1  ***
610      !!
611      !! ** Purpose :   if ln_blk=T, computes surface momentum, heat and freshwater fluxes
612      !!                if ln_abl=T, computes Cd x |U|, Ch x |U|, Ce x |U| for ABL integration
613      !!
614      !! ** Method  :   bulk formulae using atmospheric fields from :
615      !!                if ln_blk=T, atmospheric fields read in sbc_read
616      !!                if ln_abl=T, the ABL model at previous time-step
617      !!
618      !! ** Outputs : - pssq    : surface humidity used to compute latent heat flux (kg/kg)
619      !!              - pcd_du  : Cd x |dU| at T-points  (m/s)
620      !!              - psen    : sensible heat flux (W/m^2)
621      !!              - plat    : latent heat flux   (W/m^2)
622      !!              - pevp    : evaporation        (mm/s) #lolo
623      !!---------------------------------------------------------------------
624      INTEGER , INTENT(in   )                 ::   kt     ! time step index
625      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pwndi  ! atmospheric wind at T-point              [m/s]
626      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pwndj  ! atmospheric wind at T-point              [m/s]
627      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pqair  ! specific humidity at T-points            [kg/kg]
628      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   ptair  ! potential temperature at T-points        [Kelvin]
629      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pslp   ! sea-level pressure                       [Pa]
630      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pst    ! surface temperature                      [Celsius]
631      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pu     ! surface current at U-point (i-component) [m/s]
632      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pv     ! surface current at V-point (j-component) [m/s]
633      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   puatm  ! surface current seen by the atm at T-point (i-component) [m/s]
634      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pvatm  ! surface current seen by the atm at T-point (j-component) [m/s]
635      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pdqsr  ! downwelling solar (shortwave) radiation at surface [W/m^2]
636      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:) ::   pdqlw  ! downwelling longwave radiation at surface [W/m^2]
637      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   ptsk   ! skin temp. (or SST if CS & WL not used)  [Celsius]
638      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   pssq   ! specific humidity at pst                 [kg/kg]
639      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   pcd_du
640      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   psen
641      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   plat
642      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:) ::   pevp
643      !
644      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
645      REAL(wp) ::   zztmp                ! local variable
646      REAL(wp) ::   zstmax, zstau
647#if defined key_cyclone
648      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zwnd_i, zwnd_j    ! wind speed components at T-point
649#endif
650      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   ztau_i, ztau_j    ! wind stress components at T-point
651      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zU_zu             ! bulk wind speed at height zu  [m/s]
652      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zcd_oce           ! momentum transfert coefficient over ocean
653      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zch_oce           ! sensible heat transfert coefficient over ocean
654      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zce_oce           ! latent   heat transfert coefficient over ocean
655      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zztmp1, zztmp2
656      !!---------------------------------------------------------------------
657      !
658      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
659      !                           ! Temporary conversion from Celcius to Kelvin (and set minimum value far above 0 K)
660      ptsk(:,:) = pst(:,:) + rt0  ! by default: skin temperature = "bulk SST" (will remain this way if NCAR algorithm used!)
661
662      ! --- cloud cover --- !
663      cloud_fra(:,:) = sf(jp_cc)%fnow(:,:,1)
664
665      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
666      !      0   Wind components and module at T-point relative to the moving ocean   !
667      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
668
669      ! ... components ( U10m - U_oce ) at T-point (unmasked)
670#if defined key_cyclone
671      zwnd_i(:,:) = 0._wp
672      zwnd_j(:,:) = 0._wp
673      CALL wnd_cyc( kt, zwnd_i, zwnd_j )    ! add analytical tropical cyclone (Vincent et al. JGR 2012)
674      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
675         zwnd_i(ji,jj) = pwndi(ji,jj) + zwnd_i(ji,jj)
676         zwnd_j(ji,jj) = pwndj(ji,jj) + zwnd_j(ji,jj)
677         ! ... scalar wind at T-point (not masked)
678         wndm(ji,jj) = SQRT( zwnd_i(ji,jj) * zwnd_i(ji,jj) + zwnd_j(ji,jj) * zwnd_j(ji,jj) )
679      END_2D
680#else
681      ! ... scalar wind module at T-point (not masked)
682      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
683         wndm(ji,jj) = SQRT(  pwndi(ji,jj) * pwndi(ji,jj) + pwndj(ji,jj) * pwndj(ji,jj)  )
684      END_2D
685#endif
686      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
687      !      I   Solar FLUX                                                           !
688      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
689
690      ! ocean albedo assumed to be constant + modify now Qsr to include the diurnal cycle                    ! Short Wave
691      zztmp = 1. - albo
692      IF( ln_dm2dc ) THEN
693         qsr(:,:) = zztmp * sbc_dcy( pdqsr(:,:) ) * tmask(:,:,1)
694      ELSE
695         qsr(:,:) = zztmp *          pdqsr(:,:)   * tmask(:,:,1)
696      ENDIF
697
698
699      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
700      !     II   Turbulent FLUXES                                                     !
701      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
702
703      ! specific humidity at SST
704      pssq(:,:) = rdct_qsat_salt * q_sat( ptsk(:,:), pslp(:,:) )
705
706      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
707         !! Backup "bulk SST" and associated spec. hum.
708         zztmp1(:,:) = ptsk(:,:)
709         zztmp2(:,:) = pssq(:,:)
710      ENDIF
711
712      !! Time to call the user-selected bulk parameterization for
713      !!  ==  transfer coefficients  ==!   Cd, Ch, Ce at T-point, and more...
714      SELECT CASE( nblk )
715
716      CASE( np_NCAR      )
717         CALL turb_ncar    (     rn_zqt, rn_zu, ptsk, ptair, pssq, pqair, wndm, &
718            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, theta_zu, q_zu, zU_zu , &
719            &                nb_iter=nn_iter_algo )
720         !
721      CASE( np_COARE_3p0 )
722         CALL turb_coare3p0( kt, rn_zqt, rn_zu, ptsk, ptair, pssq, pqair, wndm, &
723            &                ln_skin_cs, ln_skin_wl,                            &
724            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, theta_zu, q_zu, zU_zu,  &
725            &                nb_iter=nn_iter_algo,                              &
726            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=pdqlw(:,:), slp=pslp(:,:) )
727         !
728      CASE( np_COARE_3p6 )
729         CALL turb_coare3p6( kt, rn_zqt, rn_zu, ptsk, ptair, pssq, pqair, wndm, &
730            &                ln_skin_cs, ln_skin_wl,                            &
731            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, theta_zu, q_zu, zU_zu,  &
732            &                nb_iter=nn_iter_algo,                              &
733            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=pdqlw(:,:), slp=pslp(:,:) )
734         !
735      CASE( np_ECMWF     )
736         CALL turb_ecmwf   ( kt, rn_zqt, rn_zu, ptsk, ptair, pssq, pqair, wndm, &
737            &                ln_skin_cs, ln_skin_wl,                            &
738            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, theta_zu, q_zu, zU_zu,  &
739            &                nb_iter=nn_iter_algo,                              &
740            &                Qsw=qsr(:,:), rad_lw=pdqlw(:,:), slp=pslp(:,:) )
741         !
742      CASE( np_ANDREAS   )
743         CALL turb_andreas (     rn_zqt, rn_zu, ptsk, ptair, pssq, pqair, wndm, &
744            &                zcd_oce, zch_oce, zce_oce, theta_zu, q_zu, zU_zu , &
745            &                nb_iter=nn_iter_algo   )
746         !
747      CASE DEFAULT
748         CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_oce: non-existing bulk parameterizaton selected' )
749         !
750      END SELECT
751
752      IF( iom_use('Cd_oce') )   CALL iom_put("Cd_oce",   zcd_oce * tmask(:,:,1))
753      IF( iom_use('Ce_oce') )   CALL iom_put("Ce_oce",   zce_oce * tmask(:,:,1))
754      IF( iom_use('Ch_oce') )   CALL iom_put("Ch_oce",   zch_oce * tmask(:,:,1))
755      !! LB: mainly here for debugging purpose:
756      IF( iom_use('theta_zt') ) CALL iom_put("theta_zt", (ptair-rt0) * tmask(:,:,1)) ! potential temperature at z=zt
757      IF( iom_use('q_zt') )     CALL iom_put("q_zt",     pqair       * tmask(:,:,1)) ! specific humidity       "
758      IF( iom_use('theta_zu') ) CALL iom_put("theta_zu", (theta_zu -rt0) * tmask(:,:,1)) ! potential temperature at z=zu
759      IF( iom_use('q_zu') )     CALL iom_put("q_zu",     q_zu        * tmask(:,:,1)) ! specific humidity       "
760      IF( iom_use('ssq') )      CALL iom_put("ssq",      pssq        * tmask(:,:,1)) ! saturation specific humidity at z=0
761      IF( iom_use('wspd_blk') ) CALL iom_put("wspd_blk", zU_zu       * tmask(:,:,1)) ! bulk wind speed at z=zu
762
763      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
764         !! ptsk and pssq have been updated!!!
765         !!
766         !! In the presence of sea-ice we forget about the cool-skin/warm-layer update of ptsk and pssq:
767         WHERE ( fr_i(:,:) > 0.001_wp )
768            ! sea-ice present, we forget about the update, using what we backed up before call to turb_*()
769            ptsk(:,:) = zztmp1(:,:)
770            pssq(:,:) = zztmp2(:,:)
771         END WHERE
772      END IF
773
774      !  Turbulent fluxes over ocean  => BULK_FORMULA @ sbc_phy.F90
775      ! -------------------------------------------------------------
776
777      IF( ln_abl ) THEN         !==  ABL formulation  ==!   multiplication by rho_air and turbulent fluxes computation done in ablstp
778         DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
779            zztmp = zU_zu(ji,jj)
780            wndm(ji,jj)   = zztmp                   ! Store zU_zu in wndm to compute ustar2 in ablmod
781            pcd_du(ji,jj) = zztmp * zcd_oce(ji,jj)
782            psen(ji,jj)   = zztmp * zch_oce(ji,jj)
783            pevp(ji,jj)   = zztmp * zce_oce(ji,jj)
784            rhoa(ji,jj)   = rho_air( ptair(ji,jj), pqair(ji,jj), pslp(ji,jj) )
785         END_2D
786      ELSE                      !==  BLK formulation  ==!   turbulent fluxes computation
787         CALL BULK_FORMULA( rn_zu, ptsk(:,:), pssq(:,:), theta_zu(:,:), q_zu(:,:), &
788            &               zcd_oce(:,:), zch_oce(:,:), zce_oce(:,:),          &
789            &               wndm(:,:), zU_zu(:,:), pslp(:,:),                  &
790            &               taum(:,:), psen(:,:), plat(:,:),                   &
791            &               pEvap=pevp(:,:), prhoa=rhoa(:,:), pfact_evap=rn_efac )
792
793         psen(:,:) = psen(:,:) * tmask(:,:,1)
794         plat(:,:) = plat(:,:) * tmask(:,:,1)
795         taum(:,:) = taum(:,:) * tmask(:,:,1)
796         pevp(:,:) = pevp(:,:) * tmask(:,:,1)
797
798         DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
799         IF( wndm(ji,jj) > 0._wp ) THEN
800            zztmp = taum(ji,jj) / wndm(ji,jj)
801#if defined key_cyclone
802            ztau_i(ji,jj) = zztmp * zwnd_i(ji,jj)
803            ztau_j(ji,jj) = zztmp * zwnd_j(ji,jj)
804#else
805            ztau_i(ji,jj) = zztmp * pwndi(ji,jj)
806            ztau_j(ji,jj) = zztmp * pwndj(ji,jj)
807#endif
808         ELSE
809            ztau_i(ji,jj) = 0._wp
810            ztau_j(ji,jj) = 0._wp
811         ENDIF
812         END_2D
813
814         IF( ln_crt_fbk ) THEN   ! aply eq. 10 and 11 of Renault et al. 2020 (doi: 10.1029/2019MS001715)
815            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)
816            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
817               zstau = MIN( rn_stau_a * wndm(ji,jj) + rn_stau_b, zstmax )   ! stau (<0) must be smaller than zstmax
818               ztau_i(ji,jj) = ztau_i(ji,jj) + zstau * ( 0.5_wp * ( pu(ji-1,jj  ) + pu(ji,jj) ) - puatm(ji,jj) )
819               ztau_j(ji,jj) = ztau_j(ji,jj) + zstau * ( 0.5_wp * ( pv(ji  ,jj-1) + pv(ji,jj) ) - pvatm(ji,jj) )
820               taum(ji,jj) = SQRT( ztau_i(ji,jj) * ztau_i(ji,jj) + ztau_j(ji,jj) * ztau_j(ji,jj) )
821            END_2D
822         ENDIF
823
824         ! ... utau, vtau at U- and V_points, resp.
825         !     Note the use of 0.5*(2-umask) in order to unmask the stress along coastlines
826         !     Note that coastal wind stress is not used in the code... so this extra care has no effect
827         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )              ! start loop at 2, in case ln_crt_fbk = T
828            utau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * ( ztau_i(ji,jj) + ztau_i(ji+1,jj  ) ) &
829               &              * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji+1,jj,1))
830            vtau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * ( ztau_j(ji,jj) + ztau_j(ji  ,jj+1) ) &
831               &              * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji,jj+1,1))
832         END_2D
833
834         IF( ln_crt_fbk ) THEN
835            CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', utau, 'U', -1._wp, vtau, 'V', -1._wp, taum, 'T', 1._wp )
836         ELSE
837            CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', utau, 'U', -1._wp, vtau, 'V', -1._wp )
838         ENDIF
839
840         ! Saving open-ocean wind-stress (module and components) on T-points:
841         CALL iom_put( "taum_oce",   taum(:,:)*tmask(:,:,1) )   ! output wind stress module
842         !#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])
843         CALL iom_put( "utau_oce", ztau_i(:,:)*tmask(:,:,1) )  ! utau at T-points!
844         CALL iom_put( "vtau_oce", ztau_j(:,:)*tmask(:,:,1) )  ! vtau at T-points!
845
846         IF(sn_cfctl%l_prtctl) THEN
847            CALL prt_ctl( tab2d_1=pssq   , clinfo1=' blk_oce_1: pssq   : ')
848            CALL prt_ctl( tab2d_1=wndm   , clinfo1=' blk_oce_1: wndm   : ')
849            CALL prt_ctl( tab2d_1=utau   , clinfo1=' blk_oce_1: utau   : ', mask1=umask,   &
850               &          tab2d_2=vtau   , clinfo2='            vtau   : ', mask2=vmask )
851            CALL prt_ctl( tab2d_1=zcd_oce, clinfo1=' blk_oce_1: Cd     : ')
852         ENDIF
853         !
854      ENDIF !IF( ln_abl )
855
856      ptsk(:,:) = ( ptsk(:,:) - rt0 ) * tmask(:,:,1)  ! Back to Celsius
857
858      IF( ln_skin_cs .OR. ln_skin_wl ) THEN
859         CALL iom_put( "t_skin" ,  ptsk        )  ! T_skin in Celsius
860         CALL iom_put( "dt_skin" , ptsk - pst  )  ! T_skin - SST temperature difference...
861      ENDIF
862      !
863   END SUBROUTINE blk_oce_1
864
865
866   SUBROUTINE blk_oce_2( ptair, pdqlw, pprec, psnow, &   ! <<= in
867      &                   ptsk, psen, plat, pevp     )   ! <<= in
868      !!---------------------------------------------------------------------
869      !!                     ***  ROUTINE blk_oce_2  ***
870      !!
871      !! ** Purpose :   finalize the momentum, heat and freshwater fluxes computation
872      !!                at the ocean surface at each time step knowing Cd, Ch, Ce and
873      !!                atmospheric variables (from ABL or external data)
874      !!
875      !! ** Outputs : - utau    : i-component of the stress at U-point  (N/m2)
876      !!              - vtau    : j-component of the stress at V-point  (N/m2)
877      !!              - taum    : Wind stress module at T-point         (N/m2)
878      !!              - wndm    : Wind speed module at T-point          (m/s)
879      !!              - qsr     : Solar heat flux over the ocean        (W/m2)
880      !!              - qns     : Non Solar heat flux over the ocean    (W/m2)
881      !!              - emp     : evaporation minus precipitation       (kg/m2/s)
882      !!---------------------------------------------------------------------
883      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   ptair   ! potential temperature of air #LB: confirm!
884      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   pdqlw   ! downwelling longwave radiation at surface [W/m^2]
885      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   pprec
886      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   psnow
887      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   ptsk   ! SKIN surface temperature   [Celsius]
888      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   psen
889      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   plat
890      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:) ::   pevp
891      !
892      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
893      REAL(wp) ::   zztmp,zz1,zz2,zz3    ! local variable
894      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zqlw              ! net long wave radiative heat flux
895      !!---------------------------------------------------------------------
896      !
897      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
898
899      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
900      !     III    Net longwave radiative FLUX                                        !
901      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
902      !! #LB: now moved after Turbulent fluxes because must use the skin temperature rather than bulk SST
903      !! (ptsk is skin temperature if ln_skin_cs==.TRUE. .OR. ln_skin_wl==.TRUE.)
904      zqlw(:,:) = qlw_net( pdqlw(:,:), ptsk(:,:)+rt0 )
905
906      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
907      !     IV    Total FLUXES                                                       !
908      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
909      !
910      emp (:,:) = (  pevp(:,:)                                       &   ! mass flux (evap. - precip.)
911         &         - pprec(:,:) * rn_pfac  ) * tmask(:,:,1)
912      !
913      qns(:,:) = zqlw(:,:) + psen(:,:) + plat(:,:)                   &   ! Downward Non Solar
914         &     - psnow(:,:) * rn_pfac * rLfus                        &   ! remove latent melting heat for solid precip
915         &     - pevp(:,:) * ptsk(:,:) * rcp                         &   ! remove evap heat content at SST
916         &     + ( pprec(:,:) - psnow(:,:) ) * rn_pfac               &   ! add liquid precip heat content at Tair
917         &     * ( ptair(:,:) - rt0 ) * rcp                          &
918         &     + psnow(:,:) * rn_pfac                                &   ! add solid  precip heat content at min(Tair,Tsnow)
919         &     * ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi
920      qns(:,:) = qns(:,:) * tmask(:,:,1)
921      !
922#if defined key_si3
923      qns_oce(:,:) = zqlw(:,:) + psen(:,:) + plat(:,:)                             ! non solar without emp (only needed by SI3)
924      qsr_oce(:,:) = qsr(:,:)
925#endif
926      !
927      CALL iom_put( "rho_air"  , rhoa*tmask(:,:,1) )       ! output air density [kg/m^3]
928      CALL iom_put( "evap_oce" , pevp )                    ! evaporation
929      CALL iom_put( "qlw_oce"  , zqlw )                    ! output downward longwave heat over the ocean
930      CALL iom_put( "qsb_oce"  , psen )                    ! output downward sensible heat over the ocean
931      CALL iom_put( "qla_oce"  , plat )                    ! output downward latent   heat over the ocean
932      tprecip(:,:) = pprec(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)   ! output total precipitation [kg/m2/s]
933      sprecip(:,:) = psnow(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)   ! output solid precipitation [kg/m2/s]
934      CALL iom_put( 'snowpre', sprecip )                   ! Snow
935      CALL iom_put( 'precip' , tprecip )                   ! Total precipitation
936      !
937      IF ( nn_ice == 0 ) THEN
938         CALL iom_put( "qemp_oce" , qns-zqlw-psen-plat )   ! output downward heat content of E-P over the ocean
939         CALL iom_put( "qns_oce"  ,   qns  )               ! output downward non solar heat over the ocean
940         CALL iom_put( "qsr_oce"  ,   qsr  )               ! output downward solar heat over the ocean
941         CALL iom_put( "qt_oce"   ,   qns+qsr )            ! output total downward heat over the ocean
942      ENDIF
943      !
944      IF(sn_cfctl%l_prtctl) THEN
945         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqlw , clinfo1=' blk_oce_2: zqlw  : ')
946         CALL prt_ctl(tab2d_1=psen , clinfo1=' blk_oce_2: psen  : ' )
947         CALL prt_ctl(tab2d_1=plat , clinfo1=' blk_oce_2: plat  : ' )
948         CALL prt_ctl(tab2d_1=qns  , clinfo1=' blk_oce_2: qns   : ' )
949         CALL prt_ctl(tab2d_1=emp  , clinfo1=' blk_oce_2: emp   : ')
950      ENDIF
951      !
952   END SUBROUTINE blk_oce_2
953
954
955#if defined key_si3
956   !!----------------------------------------------------------------------
957   !!   'key_si3'                                       SI3 sea-ice model
958   !!----------------------------------------------------------------------
959   !!   blk_ice_1   : provide the air-ice stress
960   !!   blk_ice_2   : provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
961   !!   blk_ice_qcn : provide ice surface temperature and snow/ice conduction flux (emulating conduction flux)
962   !!----------------------------------------------------------------------
963
964   SUBROUTINE blk_ice_1( pwndi, pwndj, ptair, pqair, pslp , puice, pvice, ptsui,  &   ! inputs
965      &                  putaui, pvtaui, pseni, pevpi, pssqi, pcd_dui             )   ! optional outputs
966      !!---------------------------------------------------------------------
967      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_1  ***
968      !!
969      !! ** Purpose :   provide the surface boundary condition over sea-ice
970      !!
971      !! ** Method  :   compute momentum using bulk formulation
972      !!                formulea, ice variables and read atmospheric fields.
973      !!                NB: ice drag coefficient is assumed to be a constant
974      !!---------------------------------------------------------------------
975      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pslp    ! sea-level pressure [Pa]
976      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pwndi   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
977      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pwndj   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
978      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   ptair   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
979      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pqair   ! atmospheric wind at T-point [m/s]
980      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   puice   ! sea-ice velocity on I or C grid [m/s]
981      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pvice   ! "
982      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   ptsui   ! sea-ice surface temperature [K]
983      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   putaui  ! if ln_blk
984      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pvtaui  ! if ln_blk
985      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pseni   ! if ln_abl
986      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pevpi   ! if ln_abl
987      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pssqi   ! if ln_abl
988      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ), OPTIONAL ::   pcd_dui ! if ln_abl
989      !
990      INTEGER  ::   ji, jj    ! dummy loop indices
991      REAL(wp) ::   zootm_su                      ! sea-ice surface mean temperature
992      REAL(wp) ::   zztmp1, zztmp2                ! temporary scalars
993      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: ztmp        ! temporary array
994      !!---------------------------------------------------------------------
995      !
996      ! LB: ptsui is in K !!!
997      !
998      ! ------------------------------------------------------------ !
999      !    Wind module relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
1000      ! ------------------------------------------------------------ !
1001      ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
1002      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
1003      wndm_ice(ji,jj) = SQRT( pwndi(ji,jj) * pwndi(ji,jj) + pwndj(ji,jj) * pwndj(ji,jj) )
1004      END_2D
1005      !
1006      ! Make ice-atm. drag dependent on ice concentration
1007
1008
1009      SELECT CASE( nblk_ice )
1010
1011      CASE( np_ice_cst      )
1012         ! Constant bulk transfer coefficients over sea-ice:
1013         Cd_ice(:,:) = rn_Cd_i
1014         Ch_ice(:,:) = rn_Ch_i
1015         Ce_ice(:,:) = rn_Ce_i
1016         ! no height adjustment, keeping zt values:
1017         theta_zu_i(:,:) = ptair(:,:)
1018         q_zu_i(:,:)     = pqair(:,:)
1019
1020      CASE( np_ice_an05 )  ! calculate new drag from Lupkes(2015) equations
1021         ztmp(:,:) = q_sat( ptsui(:,:), pslp(:,:), l_ice=.TRUE. ) ! temporary array for SSQ
1022         CALL turb_ice_an05( rn_zqt, rn_zu, ptsui, ptair, ztmp, pqair, wndm_ice,       &
1023            &                      Cd_ice, Ch_ice, Ce_ice, theta_zu_i, q_zu_i )
1024         !!
1025      CASE( np_ice_lu12 )
1026         ztmp(:,:) = q_sat( ptsui(:,:), pslp(:,:), l_ice=.TRUE. ) ! temporary array for SSQ
1027         CALL turb_ice_lu12( rn_zqt, rn_zu, ptsui, ptair, ztmp, pqair, wndm_ice, fr_i, &
1028            &                      Cd_ice, Ch_ice, Ce_ice, theta_zu_i, q_zu_i )
1029         !!
1030      CASE( np_ice_lg15 )  ! calculate new drag from Lupkes(2015) equations
1031         ztmp(:,:) = q_sat( ptsui(:,:), pslp(:,:), l_ice=.TRUE. ) ! temporary array for SSQ
1032         CALL turb_ice_lg15( rn_zqt, rn_zu, ptsui, ptair, ztmp, pqair, wndm_ice, fr_i, &
1033            &                      Cd_ice, Ch_ice, Ce_ice, theta_zu_i, q_zu_i )
1034         !!
1035      END SELECT
1036
1037      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') ) &
1038         & ztmp(:,:) = ( 1._wp - MAX(0._wp, SIGN( 1._wp, 1.E-6_wp - fr_i )) )*tmask(:,:,1) ! mask for presence of ice !
1039
1040      IF( iom_use('Cd_ice') ) CALL iom_put("Cd_ice", Cd_ice*ztmp)
1041      IF( iom_use('Ce_ice') ) CALL iom_put("Ce_ice", Ce_ice*ztmp)
1042      IF( iom_use('Ch_ice') ) CALL iom_put("Ch_ice", Ch_ice*ztmp)
1043
1044
1045      IF( ln_blk ) THEN
1046         ! ---------------------------------------------------- !
1047         !    Wind stress relative to nonmoving ice ( U10m )    !
1048         ! ---------------------------------------------------- !
1049         ! supress moving ice in wind stress computation as we don't know how to do it properly...
1050         DO_2D( 0, 1, 0, 1 )    ! at T point
1051            zztmp1        = rhoa(ji,jj) * Cd_ice(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj)
1052            putaui(ji,jj) =  zztmp1 * pwndi(ji,jj)
1053            pvtaui(ji,jj) =  zztmp1 * pwndj(ji,jj)
1054         END_2D
1055
1056         !#LB: saving the module, and x-y components, of the ai wind-stress at T-points: NOT weighted by the ice concentration !!!
1057         IF(iom_use('taum_ice')) CALL iom_put('taum_ice', SQRT( putaui*putaui + pvtaui*pvtaui )*ztmp )
1058         !#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])
1059         IF(iom_use('utau_ice')) CALL iom_put("utau_ice", putaui*ztmp)  ! utau at T-points!
1060         IF(iom_use('vtau_ice')) CALL iom_put("vtau_ice", pvtaui*ztmp)  ! vtau at T-points!
1061
1062         !
1063         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )    ! U & V-points (same as ocean).
1064            !#LB: QUESTION?? so SI3 expects wind stress vector to be provided at U & V points? Not at T-points ?
1065            ! take care of the land-sea mask to avoid "pollution" of coastal stress. p[uv]taui used in frazil and  rheology
1066            zztmp1 = 0.5_wp * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * MAX( tmask(ji,jj,1),tmask(ji+1,jj  ,1) )
1067            zztmp2 = 0.5_wp * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * MAX( tmask(ji,jj,1),tmask(ji  ,jj+1,1) )
1068            putaui(ji,jj) = zztmp1 * ( putaui(ji,jj) + putaui(ji+1,jj  ) )
1069            pvtaui(ji,jj) = zztmp2 * ( pvtaui(ji,jj) + pvtaui(ji  ,jj+1) )
1070         END_2D
1071         CALL lbc_lnk_multi( 'sbcblk', putaui, 'U', -1._wp, pvtaui, 'V', -1._wp )
1072         !
1073         IF(sn_cfctl%l_prtctl)  CALL prt_ctl( tab2d_1=putaui  , clinfo1=' blk_ice: putaui : '   &
1074            &                               , tab2d_2=pvtaui  , clinfo2='          pvtaui : ' )
1075      ELSE ! ln_abl
1076         DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
1077         pcd_dui(ji,jj) = wndm_ice(ji,jj) * Cd_ice(ji,jj)
1078         pseni  (ji,jj) = wndm_ice(ji,jj) * Ch_ice(ji,jj)
1079         pevpi  (ji,jj) = wndm_ice(ji,jj) * Ce_ice(ji,jj)
1080         END_2D
1081         !#LB:
1082         pssqi(:,:) = q_sat( ptsui(:,:), pslp(:,:), l_ice=.TRUE. ) ; ! more accurate way to obtain ssq !
1083         !#LB.
1084      ENDIF !IF( ln_blk )
1085      !
1086      IF(sn_cfctl%l_prtctl)  CALL prt_ctl(tab2d_1=wndm_ice  , clinfo1=' blk_ice: wndm_ice : ')
1087      !
1088   END SUBROUTINE blk_ice_1
1089
1090
1091   SUBROUTINE blk_ice_2( ptsu, phs, phi, palb, ptair, pqair, pslp, pdqlw, pprec, psnow  )
1092      !!---------------------------------------------------------------------
1093      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_2  ***
1094      !!
1095      !! ** Purpose :   provide the heat and mass fluxes at air-ice interface
1096      !!
1097      !! ** Method  :   compute heat and freshwater exchanged
1098      !!                between atmosphere and sea-ice using bulk formulation
1099      !!                formulea, ice variables and read atmmospheric fields.
1100      !!
1101      !! caution : the net upward water flux has with mm/day unit
1102      !!---------------------------------------------------------------------
1103      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   ptsu   ! sea ice surface temperature [K]
1104      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   phs    ! snow thickness
1105      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   phi    ! ice thickness
1106      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   palb   ! ice albedo (all skies)
1107      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   ptair  ! potential temperature of air #LB: okay ???
1108      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   pqair  ! specific humidity of air
1109      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   pslp
1110      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   pdqlw
1111      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   pprec
1112      REAL(wp), DIMENSION(:,:  ), INTENT(in)  ::   psnow
1113      !!
1114      INTEGER  ::   ji, jj, jl               ! dummy loop indices
1115      REAL(wp) ::   zst, zst3, zsq           ! local variable
1116      REAL(wp) ::   zcoef_dqlw, zcoef_dqla   !   -      -
1117      REAL(wp) ::   zztmp, zzblk, zztmp1, z1_rLsub   !   -      -
1118      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_qlw         ! long wave heat flux over ice
1119      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_qsb         ! sensible  heat flux over ice
1120      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_dqlw        ! long wave heat sensitivity over ice
1121      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   z_dqsb        ! sensible  heat sensitivity over ice
1122      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zevap, zsnw   ! evaporation and snw distribution after wind blowing (SI3)
1123      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   ztmp, ztmp2
1124      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   ztri
1125      !!---------------------------------------------------------------------
1126      !
1127      zcoef_dqlw = 4._wp * emiss_i * stefan             ! local scalars
1128      !
1129
1130      zztmp = 1. / ( 1. - albo )
1131      dqla_ice(:,:,:) = 0._wp
1132
1133      !                                     ! ========================== !
1134      DO jl = 1, jpl                        !  Loop over ice categories  !
1135         !                                  ! ========================== !
1136         DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
1137
1138               zst = ptsu(ji,jj,jl)                           ! surface temperature of sea-ice [K]
1139               zsq = q_sat( zst, pslp(ji,jj), l_ice=.TRUE. )  ! surface saturation specific humidity when ice present
1140
1141               ! ----------------------------!
1142               !      I   Radiative FLUXES   !
1143               ! ----------------------------!
1144               ! Short Wave (sw)
1145               qsr_ice(ji,jj,jl) = zztmp * ( 1. - palb(ji,jj,jl) ) * qsr(ji,jj)
1146
1147               ! Long  Wave (lw)
1148               zst3 = zst * zst * zst
1149               z_qlw(ji,jj,jl)   = emiss_i * ( pdqlw(ji,jj) - stefan * zst * zst3 ) * tmask(ji,jj,1)
1150               ! lw sensitivity
1151               z_dqlw(ji,jj,jl)  = zcoef_dqlw * zst3
1152
1153               ! ----------------------------!
1154               !     II    Turbulent FLUXES  !
1155               ! ----------------------------!
1156
1157               ! ... turbulent heat fluxes with Ch_ice recalculated in blk_ice_1
1158
1159               ! Common term in bulk F. equations...
1160               zzblk = rhoa(ji,jj) * wndm_ice(ji,jj)
1161
1162               ! Sensible Heat
1163               zztmp1 = zzblk * rCp_air * Ch_ice(ji,jj)
1164               z_qsb (ji,jj,jl) = zztmp1 * (zst - theta_zu_i(ji,jj))
1165               z_dqsb(ji,jj,jl) = zztmp1                        ! ==> Qsens sensitivity (Dqsb_ice/Dtn_ice)
1166
1167               ! Latent Heat
1168               zztmp1 = zzblk * rLsub * Ce_ice(ji,jj)
1169               qla_ice(ji,jj,jl) = MAX( zztmp1 * (zsq - q_zu_i(ji,jj)) , 0._wp )   ! #LB: only sublimation (and not condensation) ???
1170               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)
1171               !                                                                                       !#LB: dq_sat_dt_ice() in "sbc_phy.F90"
1172               !#LB: without this unjustified "condensation sensure":
1173               !qla_ice( ji,jj,jl) = zztmp1 * (zsq - q_zu_i(ji,jj))
1174               !dqla_ice(ji,jj,jl) = zztmp1 * dq_sat_dt_ice(zst, pslp(ji,jj)) ! ==> Qlat sensitivity  (dQlat/dT)
1175
1176
1177               ! ----------------------------!
1178               !     III    Total FLUXES     !
1179               ! ----------------------------!
1180               ! Downward Non Solar flux
1181               qns_ice (ji,jj,jl) =     z_qlw (ji,jj,jl) - z_qsb (ji,jj,jl) - qla_ice (ji,jj,jl)
1182               ! Total non solar heat flux sensitivity for ice
1183               dqns_ice(ji,jj,jl) = - ( z_dqlw(ji,jj,jl) + z_dqsb(ji,jj,jl) + dqla_ice(ji,jj,jl) ) !#LB: correct signs ????
1184
1185         END_2D
1186         !
1187      END DO
1188      !
1189      tprecip(:,:) = pprec(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)  ! total precipitation [kg/m2/s]
1190      sprecip(:,:) = psnow(:,:) * rn_pfac * tmask(:,:,1)  ! solid precipitation [kg/m2/s]
1191      CALL iom_put( 'snowpre', sprecip )                  ! Snow precipitation
1192      CALL iom_put( 'precip' , tprecip )                  ! Total precipitation
1193
1194      ! --- evaporation --- !
1195      z1_rLsub = 1._wp / rLsub
1196      evap_ice (:,:,:) = rn_efac * qla_ice (:,:,:) * z1_rLsub    ! sublimation
1197      devap_ice(:,:,:) = rn_efac * dqla_ice(:,:,:) * z1_rLsub    ! d(sublimation)/dT
1198      zevap    (:,:)   = emp(:,:) + tprecip(:,:)   ! evaporation over ocean  !LB: removed rn_efac here, correct???
1199
1200      ! --- evaporation minus precipitation --- !
1201      zsnw(:,:) = 0._wp
1202      CALL ice_var_snwblow( (1.-at_i_b(:,:)), zsnw )  ! snow distribution over ice after wind blowing
1203      emp_oce(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * zevap(:,:) - ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) - sprecip(:,:) * (1._wp - zsnw )
1204      emp_ice(:,:) = SUM( a_i_b(:,:,:) * evap_ice(:,:,:), dim=3 ) - sprecip(:,:) * zsnw
1205      emp_tot(:,:) = emp_oce(:,:) + emp_ice(:,:)
1206
1207      ! --- heat flux associated with emp --- !
1208      qemp_oce(:,:) = - ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * zevap(:,:) * sst_m(:,:) * rcp                  & ! evap at sst
1209         &          + ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) * ( ptair(:,:) - rt0 ) * rcp               & ! liquid precip at Tair
1210         &          +   sprecip(:,:) * ( 1._wp - zsnw ) *                                        & ! solid precip at min(Tair,Tsnow)
1211         &              ( ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
1212      qemp_ice(:,:) =   sprecip(:,:) * zsnw *                                                    & ! solid precip (only)
1213         &              ( ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
1214
1215      ! --- total solar and non solar fluxes --- !
1216      qns_tot(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * qns_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qns_ice(:,:,:), dim=3 )  &
1217         &           + qemp_ice(:,:) + qemp_oce(:,:)
1218      qsr_tot(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * qsr_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qsr_ice(:,:,:), dim=3 )
1219
1220      ! --- heat content of precip over ice in J/m3 (to be used in 1D-thermo) --- !
1221      qprec_ice(:,:) = rhos * ( ( MIN( ptair(:,:), rt0 ) - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) - rLfus )
1222
1223      ! --- heat content of evap over ice in W/m2 (to be used in 1D-thermo) ---
1224      DO jl = 1, jpl
1225         qevap_ice(:,:,jl) = 0._wp ! should be -evap_ice(:,:,jl)*( ( Tice - rt0 ) * rcpi * tmask(:,:,1) )
1226         !                         ! But we do not have Tice => consider it at 0degC => evap=0
1227      END DO
1228
1229      ! --- shortwave radiation transmitted thru the surface scattering layer (W/m2) --- !
1230      IF( nn_qtrice == 0 ) THEN
1231         ! formulation derived from Grenfell and Maykut (1977), where transmission rate
1232         !    1) depends on cloudiness
1233         !    2) is 0 when there is any snow
1234         !    3) tends to 1 for thin ice
1235         ztri(:,:) = 0.18 * ( 1.0 - cloud_fra(:,:) ) + 0.35 * cloud_fra(:,:)  ! surface transmission when hi>10cm
1236         DO jl = 1, jpl
1237            WHERE    ( phs(:,:,jl) <= 0._wp .AND. phi(:,:,jl) <  0.1_wp )     ! linear decrease from hi=0 to 10cm
1238               qtr_ice_top(:,:,jl) = qsr_ice(:,:,jl) * ( ztri(:,:) + ( 1._wp - ztri(:,:) ) * ( 1._wp - phi(:,:,jl) * 10._wp ) )
1239            ELSEWHERE( phs(:,:,jl) <= 0._wp .AND. phi(:,:,jl) >= 0.1_wp )     ! constant (ztri) when hi>10cm
1240               qtr_ice_top(:,:,jl) = qsr_ice(:,:,jl) * ztri(:,:)
1241            ELSEWHERE                                                         ! zero when hs>0
1242               qtr_ice_top(:,:,jl) = 0._wp
1243            END WHERE
1244         ENDDO
1245      ELSEIF( nn_qtrice == 1 ) THEN
1246         ! formulation is derived from the thesis of M. Lebrun (2019).
1247         !    It represents the best fit using several sets of observations
1248         !    It comes with snow conductivities adapted to freezing/melting conditions (see icethd_zdf_bl99.F90)
1249         qtr_ice_top(:,:,:) = 0.3_wp * qsr_ice(:,:,:)
1250      ENDIF
1251      !
1252      IF( iom_use('evap_ao_cea') .OR. iom_use('hflx_evap_cea') ) THEN
1253         ztmp(:,:) = zevap(:,:) * ( 1._wp - at_i_b(:,:) )
1254         IF( iom_use('evap_ao_cea'  ) )  CALL iom_put( 'evap_ao_cea'  , ztmp(:,:) * tmask(:,:,1) )   ! ice-free oce evap (cell average)
1255         IF( iom_use('hflx_evap_cea') )  CALL iom_put( 'hflx_evap_cea', ztmp(:,:) * sst_m(:,:) * rcp * tmask(:,:,1) )   ! heat flux from evap (cell average)
1256      ENDIF
1257      IF( iom_use('hflx_rain_cea') ) THEN
1258         ztmp(:,:) = rcp * ( SUM( (ptsu-rt0) * a_i_b, dim=3 ) + sst_m(:,:) * ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) )
1259         IF( iom_use('hflx_rain_cea') )  CALL iom_put( 'hflx_rain_cea', ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) * ztmp(:,:) )   ! heat flux from rain (cell average)
1260      ENDIF
1261      IF( iom_use('hflx_snow_cea') .OR. iom_use('hflx_snow_ao_cea') .OR. iom_use('hflx_snow_ai_cea')  )  THEN
1262         WHERE( SUM( a_i_b, dim=3 ) > 1.e-10 )
1263            ztmp(:,:) = rcpi * SUM( (ptsu-rt0) * a_i_b, dim=3 ) / SUM( a_i_b, dim=3 )
1264         ELSEWHERE
1265            ztmp(:,:) = rcp * sst_m(:,:)
1266         ENDWHERE
1267         ztmp2(:,:) = sprecip(:,:) * ( ztmp(:,:) - rLfus )
1268         IF( iom_use('hflx_snow_cea')    ) CALL iom_put('hflx_snow_cea'   , ztmp2(:,:) ) ! heat flux from snow (cell average)
1269         IF( iom_use('hflx_snow_ao_cea') ) CALL iom_put('hflx_snow_ao_cea', ztmp2(:,:) * ( 1._wp - zsnw(:,:) ) ) ! heat flux from snow (over ocean)
1270         IF( iom_use('hflx_snow_ai_cea') ) CALL iom_put('hflx_snow_ai_cea', ztmp2(:,:) *           zsnw(:,:)   ) ! heat flux from snow (over ice)
1271      ENDIF
1272      !
1273      IF(sn_cfctl%l_prtctl) THEN
1274         CALL prt_ctl(tab3d_1=qla_ice , clinfo1=' blk_ice: qla_ice  : ', tab3d_2=z_qsb   , clinfo2=' z_qsb    : ', kdim=jpl)
1275         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_qlw   , clinfo1=' blk_ice: z_qlw    : ', tab3d_2=dqla_ice, clinfo2=' dqla_ice : ', kdim=jpl)
1276         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_dqsb  , clinfo1=' blk_ice: z_dqsb   : ', tab3d_2=z_dqlw  , clinfo2=' z_dqlw   : ', kdim=jpl)
1277         CALL prt_ctl(tab3d_1=dqns_ice, clinfo1=' blk_ice: dqns_ice : ', tab3d_2=qsr_ice , clinfo2=' qsr_ice  : ', kdim=jpl)
1278         CALL prt_ctl(tab3d_1=ptsu    , clinfo1=' blk_ice: ptsu     : ', tab3d_2=qns_ice , clinfo2=' qns_ice  : ', kdim=jpl)
1279         CALL prt_ctl(tab2d_1=tprecip , clinfo1=' blk_ice: tprecip  : ', tab2d_2=sprecip , clinfo2=' sprecip  : ')
1280      ENDIF
1281
1282      !#LB:
1283      ! air-ice heat flux components that are not written from ice_stp()@icestp.F90:
1284      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
1285      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
1286      IF( iom_use('qlw_ice') )  CALL iom_put( 'qlw_ice', SUM(     z_qlw * a_i_b, dim=3 ) )
1287      !#LB.
1288
1289   END SUBROUTINE blk_ice_2
1290
1291
1292   SUBROUTINE blk_ice_qcn( ld_virtual_itd, ptsu, ptb, phs, phi )
1293      !!---------------------------------------------------------------------
1294      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_qcn  ***
1295      !!
1296      !! ** Purpose :   Compute surface temperature and snow/ice conduction flux
1297      !!                to force sea ice / snow thermodynamics
1298      !!                in the case conduction flux is emulated
1299      !!
1300      !! ** Method  :   compute surface energy balance assuming neglecting heat storage
1301      !!                following the 0-layer Semtner (1976) approach
1302      !!
1303      !! ** Outputs : - ptsu    : sea-ice / snow surface temperature (K)
1304      !!              - qcn_ice : surface inner conduction flux (W/m2)
1305      !!
1306      !!---------------------------------------------------------------------
1307      LOGICAL                   , INTENT(in   ) ::   ld_virtual_itd  ! single-category option
1308      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(inout) ::   ptsu            ! sea ice / snow surface temperature
1309      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   ptb             ! sea ice base temperature
1310      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   phs             ! snow thickness
1311      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   phi             ! sea ice thickness
1312      !
1313      INTEGER , PARAMETER ::   nit = 10                  ! number of iterations
1314      REAL(wp), PARAMETER ::   zepsilon = 0.1_wp         ! characteristic thickness for enhanced conduction
1315      !
1316      INTEGER  ::   ji, jj, jl           ! dummy loop indices
1317      INTEGER  ::   iter                 ! local integer
1318      REAL(wp) ::   zfac, zfac2, zfac3   ! local scalars
1319      REAL(wp) ::   zkeff_h, ztsu, ztsu0 !
1320      REAL(wp) ::   zqc, zqnet           !
1321      REAL(wp) ::   zhe, zqa0            !
1322      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpl) ::   zgfac   ! enhanced conduction factor
1323      !!---------------------------------------------------------------------
1324
1325      ! -------------------------------------!
1326      !      I   Enhanced conduction factor  !
1327      ! -------------------------------------!
1328      ! Emulates the enhancement of conduction by unresolved thin ice (ld_virtual_itd = T)
1329      ! Fichefet and Morales Maqueda, JGR 1997
1330      !
1331      zgfac(:,:,:) = 1._wp
1332
1333      IF( ld_virtual_itd ) THEN
1334         !
1335         zfac  = 1._wp /  ( rn_cnd_s + rcnd_i )
1336         zfac2 = EXP(1._wp) * 0.5_wp * zepsilon
1337         zfac3 = 2._wp / zepsilon
1338         !
1339         DO jl = 1, jpl
1340            DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
1341               zhe = ( rn_cnd_s * phi(ji,jj,jl) + rcnd_i * phs(ji,jj,jl) ) * zfac                            ! Effective thickness
1342               IF( zhe >=  zfac2 )   zgfac(ji,jj,jl) = MIN( 2._wp, 0.5_wp * ( 1._wp + LOG( zhe * zfac3 ) ) ) ! Enhanced conduction factor
1343            END_2D
1344         END DO
1345         !
1346      ENDIF
1347
1348      ! -------------------------------------------------------------!
1349      !      II   Surface temperature and conduction flux            !
1350      ! -------------------------------------------------------------!
1351      !
1352      zfac = rcnd_i * rn_cnd_s
1353      !
1354      DO jl = 1, jpl
1355         DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
1356            !
1357            zkeff_h = zfac * zgfac(ji,jj,jl) / &                                    ! Effective conductivity of the snow-ice system divided by thickness
1358               &      ( rcnd_i * phs(ji,jj,jl) + rn_cnd_s * MAX( 0.01, phi(ji,jj,jl) ) )
1359            ztsu    = ptsu(ji,jj,jl)                                                ! Store current iteration temperature
1360            ztsu0   = ptsu(ji,jj,jl)                                                ! Store initial surface temperature
1361            zqa0    = qsr_ice(ji,jj,jl) - qtr_ice_top(ji,jj,jl) + qns_ice(ji,jj,jl) ! Net initial atmospheric heat flux
1362            !
1363            DO iter = 1, nit     ! --- Iterative loop
1364               zqc   = zkeff_h * ( ztsu - ptb(ji,jj) )                              ! Conduction heat flux through snow-ice system (>0 downwards)
1365               zqnet = zqa0 + dqns_ice(ji,jj,jl) * ( ztsu - ptsu(ji,jj,jl) ) - zqc  ! Surface energy budget
1366               ztsu  = ztsu - zqnet / ( dqns_ice(ji,jj,jl) - zkeff_h )              ! Temperature update
1367            END DO
1368            !
1369            ptsu   (ji,jj,jl) = MIN( rt0, ztsu )
1370            qcn_ice(ji,jj,jl) = zkeff_h * ( ptsu(ji,jj,jl) - ptb(ji,jj) )
1371            qns_ice(ji,jj,jl) = qns_ice(ji,jj,jl) + dqns_ice(ji,jj,jl) * ( ptsu(ji,jj,jl) - ztsu0 )
1372            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) )  &
1373               &   * MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp, ptsu(ji,jj,jl) - rt0 ) )
1374
1375            ! --- Diagnose the heat loss due to changing non-solar flux (as in icethd_zdf_bl99) --- !
1376            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)
1377
1378         END_2D
1379         !
1380      END DO
1381      !
1382   END SUBROUTINE blk_ice_qcn
1383
1384#endif
1385
1386   !!======================================================================
1387END MODULE sbcblk
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.