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_clio.F90 in branches/2012/dev_r3385_NOCS04_HAMF/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC – NEMO

source: branches/2012/dev_r3385_NOCS04_HAMF/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/sbcblk_clio.F90 @ 3524

Last change on this file since 3524 was 3524, checked in by gm, 11 years ago

Branch: dev_r3385_NOCS04_HAMF; #665. add USE lib_fortran when SIGN is used (TOP,OPA,LIM2&3) ; salt flux names start with sfx_ in LIM3

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 55.3 KB
Line 
1MODULE sbcblk_clio
2   !!======================================================================
3   !!                   ***  MODULE  sbcblk_clio  ***
4   !! Ocean forcing:  bulk thermohaline forcing of the ocean (or ice)
5   !!=====================================================================
6   !! History :  OPA  !  1997-06 (Louvain-La-Neuve)  Original code
7   !!                 !  2001-04 (C. Ethe) add flx_blk_declin
8   !!   NEMO     2.0  !  2002-08 (C. Ethe, G. Madec) F90: Free form and module
9   !!            3.0  !  2008-03 (C. Talandier, G. Madec) surface module + LIM3
10   !!            3.2  !  2009-04 (B. Lemaire) Introduce iom_put
11   !!----------------------------------------------------------------------
12
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   sbc_blk_clio     : CLIO bulk formulation: read and update required input fields
15   !!   blk_clio_oce     : ocean CLIO bulk formulea: compute momentum, heat and freswater fluxes for the ocean
16   !!   blk_ice_clio     : ice   CLIO bulk formulea: compute momentum, heat and freswater fluxes for the sea-ice
17   !!   blk_clio_qsr_oce : shortwave radiation for ocean computed from the cloud cover
18   !!   blk_clio_qsr_ice : shortwave radiation for ice   computed from the cloud cover
19   !!   flx_blk_declin   : solar declination
20   !!----------------------------------------------------------------------
21   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
22   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
23   USE phycst         ! physical constants
24   USE fldread        ! read input fields
25   USE sbc_oce        ! Surface boundary condition: ocean fields
26   USE iom            ! I/O manager library
27   USE in_out_manager ! I/O manager
28   USE lib_mpp        ! distribued memory computing library
29   USE wrk_nemo       ! work arrays
30   USE timing         ! Timing
31   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
32   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
33
34   USE albedo
35   USE prtctl          ! Print control
36#if defined key_lim3
37   USE ice
38   USE sbc_ice         ! Surface boundary condition: ice fields
39#elif defined key_lim2
40   USE ice_2
41#endif
42
43   IMPLICIT NONE
44   PRIVATE
45
46   PUBLIC sbc_blk_clio        ! routine called by sbcmod.F90
47   PUBLIC blk_ice_clio        ! routine called by sbcice_lim.F90
48
49   INTEGER , PARAMETER ::   jpfld   = 7           ! maximum number of files to read
50   INTEGER , PARAMETER ::   jp_utau = 1           ! index of wind stress (i-component)      (N/m2)    at U-point
51   INTEGER , PARAMETER ::   jp_vtau = 2           ! index of wind stress (j-component)      (N/m2)    at V-point
52   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndm = 3           ! index of 10m wind module                 (m/s)    at T-point
53   INTEGER , PARAMETER ::   jp_humi = 4           ! index of specific humidity               ( % )
54   INTEGER , PARAMETER ::   jp_ccov = 5           ! index of cloud cover                     ( % )
55   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tair = 6           ! index of 10m air temperature             (Kelvin)
56   INTEGER , PARAMETER ::   jp_prec = 7           ! index of total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
57
58   TYPE(FLD),ALLOCATABLE,DIMENSION(:) :: sf  ! structure of input fields (file informations, fields read)
59
60   INTEGER, PARAMETER  ::   jpintsr = 24          ! number of time step between sunrise and sunset
61   !                                              ! uses for heat flux computation
62   LOGICAL ::   lbulk_init = .TRUE.               ! flag, bulk initialization done or not)
63
64#if ! defined key_lim3                         
65   ! in namicerun with LIM3
66   REAL(wp) ::   cai = 1.40e-3 ! best estimate of atm drag in order to get correct FS export in ORCA2-LIM
67   REAL(wp) ::   cao = 1.00e-3 ! chosen by default  ==> should depends on many things...  !!gmto be updated
68#endif
69
70   REAL(wp) ::   rdtbs2      !:   
71   
72   REAL(wp), DIMENSION(19)  ::  budyko            ! BUDYKO's coefficient (cloudiness effect on LW radiation)
73   DATA budyko / 1.00, 0.98, 0.95, 0.92, 0.89, 0.86, 0.83, 0.80, 0.78, 0.75,   &
74      &          0.72, 0.69, 0.67, 0.64, 0.61, 0.58, 0.56, 0.53, 0.50 /
75   REAL(wp), DIMENSION(20)  :: tauco              ! cloud optical depth coefficient
76   DATA tauco / 6.6, 6.6, 7.0, 7.2, 7.1, 6.8, 6.5, 6.6, 7.1, 7.6,   &
77      &         6.6, 6.1, 5.6, 5.5, 5.8, 5.8, 5.6, 5.6, 5.6, 5.6 /
78   !!
79   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sbudyko      ! cloudiness effect on LW radiation
80   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   stauc        ! cloud optical depth
81   
82   REAL(wp) ::   eps20  = 1.e-20   ! constant values
83   
84   !! * Substitutions
85#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
86   !!----------------------------------------------------------------------
87   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2011)
88   !! $Id$
89   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
90   !!----------------------------------------------------------------------
91CONTAINS
92
93   SUBROUTINE sbc_blk_clio( kt )
94      !!---------------------------------------------------------------------
95      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk_clio  ***
96      !!                   
97      !! ** Purpose :   provide at each time step the surface ocean fluxes
98      !!      (momentum, heat, freshwater and runoff)
99      !!
100      !! ** Method  : (1) READ each fluxes in NetCDF files:
101      !!      the i-component of the stress                (N/m2)
102      !!      the j-component of the stress                (N/m2)
103      !!      the 10m wind speed module                    (m/s)
104      !!      the 10m air temperature                      (Kelvin)
105      !!      the 10m specific humidity                    (%)
106      !!      the cloud cover                              (%)
107      !!      the total precipitation (rain+snow)          (Kg/m2/s)
108      !!              (2) CALL blk_oce_clio
109      !!
110      !!      C A U T I O N : never mask the surface stress fields
111      !!                      the stress is assumed to be in the (i,j) mesh referential
112      !!
113      !! ** Action  :   defined at each time-step at the air-sea interface
114      !!              - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
115      !!              - taum        wind stress module at T-point
116      !!              - wndm        10m wind module at T-point
117      !!              - qns         non-solar heat flux including latent heat of solid
118      !!                            precip. melting and emp heat content
119      !!              - qsr         solar heat flux
120      !!              - emp         upward mass flux (evap. - precip)
121      !!              - sfx         salt flux; set to zero at nit000 but possibly non-zero
122      !!                            if ice is present (computed in limsbc(_2).F90)
123      !!----------------------------------------------------------------------
124      INTEGER, INTENT( in  ) ::   kt   ! ocean time step
125      !!
126      INTEGER  ::   ifpr, jfpr   ! dummy indices
127      INTEGER  ::   ierr0, ierr1, ierr2, ierr3   ! return error code
128      !!
129      CHARACTER(len=100) ::  cn_dir                            !   Root directory for location of CLIO files
130      TYPE(FLD_N), DIMENSION(jpfld) ::   slf_i                 ! array of namelist informations on the fields to read
131      TYPE(FLD_N) ::   sn_utau, sn_vtau, sn_wndm, sn_tair      ! informations about the fields to be read
132      TYPE(FLD_N) ::   sn_humi, sn_ccov, sn_prec               !   "                                 "
133      !!
134      NAMELIST/namsbc_clio/ cn_dir, sn_utau, sn_vtau, sn_wndm, sn_humi,   &
135         &                          sn_ccov, sn_tair, sn_prec
136      !!---------------------------------------------------------------------
137
138      !                                         ! ====================== !
139      IF( kt == nit000 ) THEN                   !  First call kt=nit000  !
140         !                                      ! ====================== !
141         ! set file information (default values)
142         cn_dir = './'       ! directory in which the model is executed
143
144         ! (NB: frequency positive => hours, negative => months)
145         !            !    file    ! frequency ! variable ! time intep !  clim   ! 'yearly' or ! weights  ! rotation !
146         !            !    name    !  (hours)  !  name    !   (T/F)    !  (T/F)  !  'monthly'  ! filename ! pairs    !
147         sn_utau = FLD_N( 'utau'   ,    24     , 'utau'   ,  .true.    , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       ) 
148         sn_vtau = FLD_N( 'vtau'   ,    24     , 'vtau'   ,  .true.    , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       ) 
149         sn_wndm = FLD_N( 'mwnd10m',    24     , 'm_10'   ,  .true.    , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       ) 
150         sn_tair = FLD_N( 'tair10m',    24     , 't_10'   ,  .false.   , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       ) 
151         sn_humi = FLD_N( 'humi10m',    24     , 'q_10'   ,  .false.   , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       ) 
152         sn_ccov = FLD_N( 'ccover' ,    -1     , 'cloud'  ,  .true.    , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       ) 
153         sn_prec = FLD_N( 'precip' ,    -1     , 'precip' ,  .true.    , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       ) 
154
155         REWIND( numnam )                    ! ... read in namlist namsbc_clio
156         READ  ( numnam, namsbc_clio )
157
158         ! store namelist information in an array
159         slf_i(jp_utau) = sn_utau   ;   slf_i(jp_vtau) = sn_vtau   ;   slf_i(jp_wndm) = sn_wndm
160         slf_i(jp_tair) = sn_tair   ;   slf_i(jp_humi) = sn_humi
161         slf_i(jp_ccov) = sn_ccov   ;   slf_i(jp_prec) = sn_prec
162         
163         ! set sf structure
164         ALLOCATE( sf(jpfld), STAT=ierr0 )
165         IF( ierr0 > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_clio: unable to allocate sf structure' )
166         DO ifpr= 1, jpfld
167            ALLOCATE( sf(ifpr)%fnow(jpi,jpj,1) , STAT=ierr1)
168            IF( slf_i(ifpr)%ln_tint ) ALLOCATE( sf(ifpr)%fdta(jpi,jpj,1,2) , STAT=ierr2 )
169         END DO
170         IF( ierr1+ierr2 > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_clio: unable to allocate sf array structure' )
171         ! fill sf with slf_i and control print
172         CALL fld_fill( sf, slf_i, cn_dir, 'sbc_blk_clio', 'flux formulation for ocean surface boundary condition', 'namsbc_clio' )
173         
174         ! allocate sbcblk clio arrays
175         ALLOCATE( sbudyko(jpi,jpj) , stauc(jpi,jpj), STAT=ierr3 )
176         IF( ierr3 > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_clio: unable to allocate arrays' )
177         !
178         sfx(:,:) = 0._wp                       ! salt flux; zero unless ice is present (computed in limsbc(_2).F90)
179         !
180      ENDIF
181      !                                         ! ====================== !
182      !                                         !    At each time-step   !
183      !                                         ! ====================== !
184      !
185      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )                ! input fields provided at the current time-step
186      !
187      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   CALL blk_oce_clio( sf, sst_m )
188      !
189   END SUBROUTINE sbc_blk_clio
190
191
192   SUBROUTINE blk_oce_clio( sf, pst )
193      !!---------------------------------------------------------------------------
194      !!                     ***  ROUTINE blk_oce_clio  ***
195      !!                 
196      !!  ** Purpose :   Compute momentum, heat and freshwater fluxes at ocean surface
197      !!               using CLIO bulk formulea
198      !!         
199      !!  ** Method  :   The flux of heat at the ocean surfaces are derived
200      !!       from semi-empirical ( or bulk ) formulae which relate the flux to
201      !!       the properties of the surface and of the lower atmosphere. Here, we
202      !!       follow the work of Oberhuber, 1988   
203      !!               - momentum flux (stresses) directly read in files at U- and V-points
204      !!               - compute ocean/ice albedos (call albedo_oce/albedo_ice) 
205      !!               - compute shortwave radiation for ocean (call blk_clio_qsr_oce)
206      !!               - compute long-wave radiation for the ocean
207      !!               - compute the turbulent heat fluxes over the ocean
208      !!               - deduce the evaporation over the ocean
209      !!  ** Action  :   Fluxes over the ocean:
210      !!               - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
211      !!               - taum        wind stress module at T-point
212      !!               - wndm        10m wind module at T-point
213      !!               - qns         non-solar heat flux including latent heat of solid
214      !!                             precip. melting and emp heat content
215      !!               - qsr         solar heat flux
216      !!               - emp         suface mass flux (evap.-precip.)
217      !!  ** Nota    :   sf has to be a dummy argument for AGRIF on NEC
218      !!----------------------------------------------------------------------
219      TYPE(fld), INTENT(in), DIMENSION(:)       ::   sf    ! input data
220      REAL(wp) , INTENT(in), DIMENSION(jpi,jpj) ::   pst   ! surface temperature                      [Celcius]
221      !!
222      INTEGER  ::   ji, jj   ! dummy loop indices
223      !!
224      REAL(wp) ::   zrhova, zcsho, zcleo, zcldeff               ! temporary scalars
225      REAL(wp) ::   zqsato, zdteta, zdeltaq, ztvmoy, zobouks    !    -         -
226      REAL(wp) ::   zpsims, zpsihs, zpsils, zobouku, zxins, zpsimu   !    -         -
227      REAL(wp) ::   zpsihu, zpsilu, zstab,zpsim, zpsih, zpsil   !    -         -
228      REAL(wp) ::   zvatmg, zcmn, zchn, zcln, zcmcmn, zdenum    !    -         -
229      REAL(wp) ::   zdtetar, ztvmoyr, zlxins, zchcm, zclcm      !    -         -
230      REAL(wp) ::   zmt1, zmt2, zmt3, ztatm3, ztamr, ztaevbk    !    -         -
231      REAL(wp) ::   zsst, ztatm, zcco1, zpatm, zcmax, zrmax     !    -         -
232      REAL(wp) ::   zrhoa, zev, zes, zeso, zqatm, zevsqr        !    -         -
233      REAL(wp) ::   ztx2, zty2, zcevap, zcprec                  !    -         -
234      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zqlw        ! long-wave heat flux over ocean
235      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zqla        ! latent heat flux over ocean
236      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zqsb        ! sensible heat flux over ocean
237      !!---------------------------------------------------------------------
238      !
239      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_oce_clio')
240      !
241      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zqlw, zqla, zqsb )
242
243      zpatm = 101000._wp      ! atmospheric pressure  (assumed constant here)
244
245      !------------------------------------!
246      !   momentum fluxes  (utau, vtau )   !
247      !------------------------------------!
248!CDIR COLLAPSE
249      utau(:,:) = sf(jp_utau)%fnow(:,:,1)
250!CDIR COLLAPSE
251      vtau(:,:) = sf(jp_vtau)%fnow(:,:,1)
252
253      !------------------------------------!
254      !   wind stress module (taum )       !
255      !------------------------------------!
256!CDIR NOVERRCHK
257      DO jj = 2, jpjm1
258!CDIR NOVERRCHK
259         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
260            ztx2 = utau(ji-1,jj  ) + utau(ji,jj)
261            zty2 = vtau(ji  ,jj-1) + vtau(ji,jj)
262            taum(ji,jj) = 0.5 * SQRT( ztx2 * ztx2 + zty2 * zty2 )
263         END DO
264      END DO
265      CALL lbc_lnk( taum, 'T', 1. )
266
267      !------------------------------------!
268      !   store the wind speed  (wndm )    !
269      !------------------------------------!
270!CDIR COLLAPSE
271      wndm(:,:) = sf(jp_wndm)%fnow(:,:,1)
272
273      !------------------------------------------------!
274      !   Shortwave radiation for ocean and snow/ice   !
275      !------------------------------------------------!
276     
277      CALL blk_clio_qsr_oce( qsr )
278
279      !------------------------!
280      !   Other ocean fluxes   !
281      !------------------------!
282!CDIR NOVERRCHK
283!CDIR COLLAPSE
284      DO jj = 1, jpj
285!CDIR NOVERRCHK
286         DO ji = 1, jpi
287            !
288            zsst  = pst(ji,jj)              + rt0           ! converte Celcius to Kelvin the SST
289            ztatm = sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1)               ! and set minimum value far above 0 K (=rt0 over land)
290            zcco1 = 1.0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)         ! fraction of clear sky ( 1 - cloud cover)
291            zrhoa = zpatm / ( 287.04 * ztatm )              ! air density (equation of state for dry air)
292            ztamr = ztatm - rtt                             ! Saturation water vapour
293            zmt1  = SIGN( 17.269,  ztamr )                  !           ||
294            zmt2  = SIGN( 21.875,  ztamr )                  !          \  /
295            zmt3  = SIGN( 28.200, -ztamr )                  !           \/
296            zes   = 611.0 * EXP(  ABS( ztamr ) * MIN ( zmt1, zmt2 ) / ( ztatm - 35.86  + MAX( 0.e0, zmt3 ) )  )
297            zev    = sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1) * zes        ! vapour pressure 
298            zevsqr = SQRT( zev * 0.01 )                     ! square-root of vapour pressure
299            zqatm = 0.622 * zev / ( zpatm - 0.378 * zev )   ! specific humidity
300
301            !--------------------------------------!
302            !  long-wave radiation over the ocean  !  ( Berliand 1952 ; all latitudes )
303            !--------------------------------------!
304            ztatm3  = ztatm * ztatm * ztatm
305            zcldeff = 1.0 - sbudyko(ji,jj) * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   
306            ztaevbk = ztatm * ztatm3 * zcldeff * ( 0.39 - 0.05 * zevsqr ) 
307            !
308            zqlw(ji,jj) = - emic * stefan * ( ztaevbk + 4. * ztatm3 * ( zsst - ztatm ) ) 
309
310            !--------------------------------------------------
311            !  Latent and sensible heat fluxes over the ocean
312            !--------------------------------------------------
313            !                                                          ! vapour pressure at saturation of ocean
314            zeso =  611.0 * EXP ( 17.2693884 * ( zsst - rtt ) * tmask(ji,jj,1) / ( zsst - 35.86 ) )
315
316            zqsato = ( 0.622 * zeso ) / ( zpatm - 0.378 * zeso )       ! humidity close to the ocean surface (at saturation)
317
318            ! Drag coefficients from Large and Pond (1981,1982)
319            !                                                          ! Stability parameters
320            zdteta  = zsst - ztatm
321            zdeltaq = zqatm - zqsato
322            ztvmoy  = ztatm * ( 1. + 2.2e-3 * ztatm * zqatm )
323            zdenum  = MAX( sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1) * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1) * ztvmoy, eps20 )
324            zdtetar = zdteta / zdenum
325            ztvmoyr = ztvmoy * ztvmoy * zdeltaq / zdenum
326            !                                                          ! case of stable atmospheric conditions
327            zobouks = -70.0 * 10. * ( zdtetar + 3.2e-3 * ztvmoyr )
328            zobouks = MAX( 0.e0, zobouks )
329            zpsims = -7.0 * zobouks
330            zpsihs =  zpsims
331            zpsils =  zpsims
332            !                                                          ! case of unstable atmospheric conditions
333            zobouku = MIN(  0.e0, -100.0 * 10.0 * ( zdtetar + 2.2e-3 * ztvmoyr )  )
334            zxins   = ( 1. - 16. * zobouku )**0.25
335            zlxins  = LOG( ( 1. + zxins * zxins ) / 2. )
336            zpsimu  = 2. * LOG( ( 1 + zxins ) * 0.5 )  + zlxins - 2. * ATAN( zxins ) + rpi * 0.5
337            zpsihu  = 2. * zlxins
338            zpsilu  = zpsihu
339            !                                                          ! intermediate values
340            zstab   = MAX( 0.e0, SIGN( 1.e0, zdteta ) )
341            zpsim   = zstab * zpsimu + ( 1.0 - zstab ) * zpsims
342            zpsih   = zstab * zpsihu + ( 1.0 - zstab ) * zpsihs
343            zpsil   = zpsih
344           
345            zvatmg         = MAX( 0.032 * 1.5e-3 * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1) * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1) / grav, eps20 )
346            zcmn           = vkarmn / LOG ( 10. / zvatmg )
347            zchn           = 0.0327 * zcmn
348            zcln           = 0.0346 * zcmn
349            zcmcmn         = 1. / ( 1. - zcmn * zpsim / vkarmn )
350            ! sometimes the ratio zchn * zpsih / ( vkarmn * zcmn ) is too close to 1 and zchcm becomes very very big
351            zcmax = 0.1               ! choice for maximum value of the heat transfer coefficient, guided by my intuition
352            zrmax = 1 - 3.e-4 / zcmax ! maximum value of the ratio
353            zchcm = zcmcmn / ( 1. - MIN ( zchn * zpsih / ( vkarmn * zcmn ) , zrmax ) )
354            zclcm          = zchcm
355            !                                                          ! transfert coef. (Large and Pond 1981,1982)
356            zcsho          = zchn * zchcm                               
357            zcleo          = zcln * zclcm 
358
359            zrhova         = zrhoa * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1)
360
361            ! sensible heat flux
362            zqsb(ji,jj) = zrhova * zcsho * 1004.0  * ( zsst - ztatm ) 
363         
364            ! latent heat flux (bounded by zero)
365            zqla(ji,jj) = MAX(  0.e0, zrhova * zcleo * 2.5e+06 * ( zqsato - zqatm )  )
366            !               
367         END DO
368      END DO
369     
370      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
371      !     III    Total FLUXES                                                       !
372      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
373      zcevap = rcp /  cevap    ! convert zqla ==> evap (Kg/m2/s) ==> m/s ==> W/m2
374      zcprec = rcp /  rday     ! convert prec ( mm/day ==> m/s)  ==> W/m2
375
376!CDIR COLLAPSE
377      emp(:,:) = zqla(:,:) / cevap                                        &   ! freshwater flux
378         &     - sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) / rday * tmask(:,:,1)
379      !
380!CDIR COLLAPSE
381      qns(:,:) = zqlw(:,:) - zqsb(:,:) - zqla(:,:)                        &   ! Downward Non Solar flux
382         &     - zqla(:,:)             * pst(:,:) * zcevap                &   ! remove evap.   heat content at SST in Celcius
383         &     + sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) * zcprec   ! add    precip. heat content at Tair in Celcius
384      ! NB: if sea-ice model, the snow precip are computed and the associated heat is added to qns (see blk_ice_clio)
385
386      CALL iom_put( "qlw_oce",   zqlw )   ! output downward longwave  heat over the ocean
387      CALL iom_put( "qsb_oce", - zqsb )   ! output downward sensible  heat over the ocean
388      CALL iom_put( "qla_oce", - zqla )   ! output downward latent    heat over the ocean
389      CALL iom_put( "qns_oce",   qns  )   ! output downward non solar heat over the ocean
390
391      IF(ln_ctl) THEN
392         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqsb , clinfo1=' blk_oce_clio: zqsb   : ', tab2d_2=zqlw , clinfo2=' zqlw  : ')
393         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqla , clinfo1=' blk_oce_clio: zqla   : ', tab2d_2=qsr  , clinfo2=' qsr   : ')
394         CALL prt_ctl(tab2d_1=pst  , clinfo1=' blk_oce_clio: pst    : ', tab2d_2=emp  , clinfo2=' emp   : ')
395         CALL prt_ctl(tab2d_1=utau , clinfo1=' blk_oce_clio: utau   : ', mask1=umask,   &
396            &         tab2d_2=vtau , clinfo2=' vtau : ', mask2=vmask )
397      ENDIF
398
399      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zqlw, zqla, zqsb )
400      !
401      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_oce_clio')
402      !
403   END SUBROUTINE blk_oce_clio
404
405
406   SUBROUTINE blk_ice_clio(  pst   , palb_cs, palb_os ,       &
407      &                      p_taui, p_tauj, p_qns , p_qsr,   &
408      &                      p_qla , p_dqns, p_dqla,          &
409      &                      p_tpr , p_spr ,                  &
410      &                      p_fr1 , p_fr2 , cd_grid, pdim  )
411      !!---------------------------------------------------------------------------
412      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_clio  ***
413      !!                 
414      !!  ** Purpose :   Computation of the heat fluxes at ocean and snow/ice
415      !!       surface the solar heat at ocean and snow/ice surfaces and the
416      !!       sensitivity of total heat fluxes to the SST variations
417      !!         
418      !!  ** Method  :   The flux of heat at the ice and ocean surfaces are derived
419      !!       from semi-empirical ( or bulk ) formulae which relate the flux to
420      !!       the properties of the surface and of the lower atmosphere. Here, we
421      !!       follow the work of Oberhuber, 1988   
422      !!
423      !!  ** Action  :   call albedo_oce/albedo_ice to compute ocean/ice albedo
424      !!               - snow precipitation
425      !!               - solar flux at the ocean and ice surfaces
426      !!               - the long-wave radiation for the ocean and sea/ice
427      !!               - turbulent heat fluxes over water and ice
428      !!               - evaporation over water
429      !!               - total heat fluxes sensitivity over ice (dQ/dT)
430      !!               - latent heat flux sensitivity over ice (dQla/dT)
431      !!               - qns  :  modified the non solar heat flux over the ocean
432      !!                         to take into account solid precip latent heat flux
433      !!----------------------------------------------------------------------
434      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:)   ::   pst      ! ice surface temperature                   [Kelvin]
435      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:)   ::   palb_cs  ! ice albedo (clear    sky) (alb_ice_cs)         [%]
436      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:)   ::   palb_os  ! ice albedo (overcast sky) (alb_ice_os)         [%]
437      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_taui   ! surface ice stress at I-point (i-component) [N/m2]
438      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_tauj   ! surface ice stress at I-point (j-component) [N/m2]
439      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_qns    ! non solar heat flux over ice (T-point)      [W/m2]
440      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_qsr    !     solar heat flux over ice (T-point)      [W/m2]
441      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_qla    ! latent    heat flux over ice (T-point)      [W/m2]
442      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_dqns   ! non solar heat sensistivity  (T-point)      [W/m2]
443      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_dqla   ! latent    heat sensistivity  (T-point)      [W/m2]
444      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_tpr    ! total precipitation          (T-point)   [Kg/m2/s]
445      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_spr    ! solid precipitation          (T-point)   [Kg/m2/s]
446      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_fr1    ! 1sr fraction of qsr penetration in ice         [%]
447      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_fr2    ! 2nd fraction of qsr penetration in ice         [%]
448      CHARACTER(len=1), INTENT(in   )             ::   cd_grid  ! type of sea-ice grid ("C" or "B" grid)
449      INTEGER, INTENT(in   )                      ::   pdim     ! number of ice categories
450      !!
451      INTEGER  ::   ji, jj, jl    ! dummy loop indices
452      INTEGER  ::   ijpl          ! number of ice categories (size of 3rd dim of input arrays)
453      !!
454      REAL(wp) ::   zcoef, zmt1, zmt2, zmt3, ztatm3     ! temporary scalars
455      REAL(wp) ::   ztaevbk, zind1, zind2, zind3, ztamr         !    -         -
456      REAL(wp) ::   zesi, zqsati, zdesidt                       !    -         -
457      REAL(wp) ::   zdqla, zcldeff, zev, zes, zpatm, zrhova     !    -         -
458      REAL(wp) ::   zcshi, zclei, zrhovaclei, zrhovacshi        !    -         -
459      REAL(wp) ::   ztice3, zticemb, zticemb2, zdqlw, zdqsb     !    -         -
460      !!
461      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   ztatm   ! Tair in Kelvin
462      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   zqatm   ! specific humidity
463      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   zevsqr  ! vapour pressure square-root
464      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   zrhoa   ! air density
465      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_qlw, z_qsb
466      !!---------------------------------------------------------------------
467      !
468      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_ice_clio')
469      !
470      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, ztatm, zqatm, zevsqr, zrhoa )
471      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,pdim, z_qlw, z_qsb )
472
473      ijpl  = pdim                           ! number of ice categories
474      zpatm = 101000.                        ! atmospheric pressure  (assumed constant  here)
475
476#if defined key_lim3     
477      tatm_ice(:,:) = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)   ! LIM3: make Tair available in sea-ice. WARNING allocated after call to ice_init
478#endif
479      !                                                        ! surface ocean fluxes computed with CLIO bulk formulea
480      !------------------------------------!
481      !   momentum fluxes  (utau, vtau )   !
482      !------------------------------------!
483
484      SELECT CASE( cd_grid )
485      CASE( 'C' )                          ! C-grid ice dynamics
486         zcoef  = cai / cao                         ! Change from air-sea stress to air-ice stress
487         p_taui(:,:) = zcoef * utau(:,:)
488         p_tauj(:,:) = zcoef * vtau(:,:)
489      CASE( 'I' )                          ! I-grid ice dynamics:  I-point (i.e. F-point lower-left corner)
490         zcoef  = 0.5_wp * cai / cao                ! Change from air-sea stress to air-ice stress
491         DO jj = 2, jpj         ! stress from ocean U- and V-points to ice U,V point
492            DO ji = 2, jpi   ! I-grid : no vector opt.
493               p_taui(ji,jj) = zcoef * ( utau(ji-1,jj  ) + utau(ji-1,jj-1) )
494               p_tauj(ji,jj) = zcoef * ( vtau(ji  ,jj-1) + vtau(ji-1,jj-1) )
495            END DO
496         END DO
497         CALL lbc_lnk( p_taui(:,:), 'I', -1. )   ;   CALL lbc_lnk( p_tauj(:,:), 'I', -1. )   ! I-point
498      END SELECT
499
500
501      !  Determine cloud optical depths as a function of latitude (Chou et al., 1981).
502      !  and the correction factor for taking into account  the effect of clouds
503      !------------------------------------------------------
504!CDIR NOVERRCHK
505!CDIR COLLAPSE
506      DO jj = 1, jpj
507!CDIR NOVERRCHK
508         DO ji = 1, jpi
509            ztatm (ji,jj) = sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1)                ! air temperature in Kelvins
510     
511            zrhoa(ji,jj) = zpatm / ( 287.04 * ztatm(ji,jj) )         ! air density (equation of state for dry air)
512     
513            ztamr = ztatm(ji,jj) - rtt                               ! Saturation water vapour
514            zmt1  = SIGN( 17.269,  ztamr )
515            zmt2  = SIGN( 21.875,  ztamr )
516            zmt3  = SIGN( 28.200, -ztamr )
517            zes   = 611.0 * EXP(  ABS( ztamr ) * MIN ( zmt1, zmt2 )   &
518               &                / ( ztatm(ji,jj) - 35.86  + MAX( 0.e0, zmt3 ) )  )
519
520            zev = sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1) * zes                    ! vapour pressure 
521            zevsqr(ji,jj) = SQRT( zev * 0.01 )                       ! square-root of vapour pressure
522            zqatm(ji,jj) = 0.622 * zev / ( zpatm - 0.378 * zev )     ! specific humidity
523
524            !----------------------------------------------------
525            !   Computation of snow precipitation (Ledley, 1985) |
526            !----------------------------------------------------
527            zmt1  =   253.0 - ztatm(ji,jj)            ;   zind1 = MAX( 0.e0, SIGN( 1.e0, zmt1 ) )
528            zmt2  = ( 272.0 - ztatm(ji,jj) ) / 38.0   ;   zind2 = MAX( 0.e0, SIGN( 1.e0, zmt2 ) )
529            zmt3  = ( 281.0 - ztatm(ji,jj) ) / 18.0   ;   zind3 = MAX( 0.e0, SIGN( 1.e0, zmt3 ) )
530            p_spr(ji,jj) = sf(jp_prec)%fnow(ji,jj,1) / rday   &      ! rday = converte mm/day to kg/m2/s
531               &         * (          zind1      &                   ! solid  (snow) precipitation [kg/m2/s]
532               &            + ( 1.0 - zind1 ) * (          zind2   * ( 0.5 + zmt2 )   &
533               &                                 + ( 1.0 - zind2 ) *  zind3 * zmt3  )   ) 
534
535            !----------------------------------------------------!
536            !  fraction of net penetrative shortwave radiation   !
537            !----------------------------------------------------!
538            ! fraction of qsr_ice which is NOT absorbed in the thin surface layer
539            ! and thus which penetrates inside the ice cover ( Maykut and Untersteiner, 1971 ; Elbert anbd Curry, 1993 )
540            p_fr1(ji,jj) = 0.18  * ( 1.e0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) ) + 0.35 * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) 
541            p_fr2(ji,jj) = 0.82  * ( 1.e0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) ) + 0.65 * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)
542         END DO
543      END DO
544      CALL iom_put( 'snowpre', p_spr )   ! Snow precipitation
545     
546      !-----------------------------------------------------------!
547      !  snow/ice Shortwave radiation   (abedo already computed)  !
548      !-----------------------------------------------------------!
549      CALL blk_clio_qsr_ice( palb_cs, palb_os, p_qsr )
550
551      !                                     ! ========================== !
552      DO jl = 1, ijpl                       !  Loop over ice categories  !
553         !                                  ! ========================== !
554!CDIR NOVERRCHK
555!CDIR COLLAPSE
556         DO jj = 1 , jpj
557!CDIR NOVERRCHK
558            DO ji = 1, jpi
559               !-------------------------------------------!
560               !  long-wave radiation over ice categories  !  ( Berliand 1952 ; all latitudes )
561               !-------------------------------------------!
562               ztatm3  = ztatm(ji,jj) * ztatm(ji,jj) * ztatm(ji,jj)
563               zcldeff = 1.0 - sbudyko(ji,jj) * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   
564               ztaevbk = ztatm3 * ztatm(ji,jj) * zcldeff * ( 0.39 - 0.05 * zevsqr(ji,jj) ) 
565               !
566               z_qlw(ji,jj,jl) = - emic * stefan * ( ztaevbk + 4. * ztatm3 * ( pst(ji,jj,jl) - ztatm(ji,jj) ) ) 
567
568               !----------------------------------------
569               !  Turbulent heat fluxes over snow/ice     ( Latent and sensible )
570               !----------------------------------------       
571
572               ! vapour pressure at saturation of ice (tmask to avoid overflow in the exponential)
573               zesi =  611.0 * EXP( 21.8745587 * tmask(ji,jj,1) * ( pst(ji,jj,jl) - rtt )/ ( pst(ji,jj,jl) - 7.66 ) )
574               ! humidity close to the ice surface (at saturation)
575               zqsati   = ( 0.622 * zesi ) / ( zpatm - 0.378 * zesi )
576               
577               !  computation of intermediate values
578               zticemb  = pst(ji,jj,jl) - 7.66
579               zticemb2 = zticemb * zticemb 
580               ztice3   = pst(ji,jj,jl) * pst(ji,jj,jl) * pst(ji,jj,jl)
581               zdesidt  = zesi * ( 9.5 * LOG( 10.0 ) * ( rtt - 7.66 )  / zticemb2 )
582               
583               !  Transfer cofficients assumed to be constant (Parkinson 1979 ; Maykut 1982)
584               zcshi    = 1.75e-03
585               zclei    = zcshi
586               
587               !  sensible and latent fluxes over ice
588               zrhova     = zrhoa(ji,jj) * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1)      ! computation of intermediate values
589               zrhovaclei = zrhova * zcshi * 2.834e+06
590               zrhovacshi = zrhova * zclei * 1004.0
591           
592               !  sensible heat flux
593               z_qsb(ji,jj,jl) = zrhovacshi * ( pst(ji,jj,jl) - ztatm(ji,jj) )
594           
595               !  latent heat flux
596               p_qla(ji,jj,jl) = MAX(  0.e0, zrhovaclei * ( zqsati - zqatm(ji,jj) )  )
597             
598               !  sensitivity of non solar fluxes (dQ/dT) (long-wave, sensible and latent fluxes)
599               zdqlw = 4.0 * emic * stefan * ztice3
600               zdqsb = zrhovacshi
601               zdqla = zrhovaclei * ( zdesidt * ( zqsati * zqsati / ( zesi * zesi ) ) * ( zpatm / 0.622 ) )   
602               !
603               p_dqla(ji,jj,jl) = zdqla                           ! latent flux sensitivity
604               p_dqns(ji,jj,jl) = -( zdqlw + zdqsb + zdqla )      !  total non solar sensitivity
605            END DO
606            !
607         END DO
608         !
609      END DO
610      !
611      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
612      !    Total FLUXES                                                               !
613      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
614      !
615!CDIR COLLAPSE
616      p_qns(:,:,:) = z_qlw (:,:,:) - z_qsb (:,:,:) - p_qla (:,:,:)      ! Downward Non Solar flux
617!CDIR COLLAPSE
618      p_tpr(:,:)   = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) / rday                     ! total precipitation [kg/m2/s]
619      !
620      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
621      !    Correct the OCEAN non solar flux with the existence of solid precipitation !
622      ! ---------------=====--------------------------------------------------------- !
623!CDIR COLLAPSE
624      qns(:,:) = qns(:,:)                                                           &   ! update the non-solar heat flux with:
625         &     - p_spr(:,:) * lfus                                                  &   ! remove melting solid precip
626         &     + p_spr(:,:) * MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0_snow - rt0 ) * cpic &   ! add solid P at least below melting
627         &     - p_spr(:,:) * sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)                        * rcp      ! remove solid precip. at Tair
628      !
629!!gm : not necessary as all input data are lbc_lnk...
630      CALL lbc_lnk( p_fr1  (:,:) , 'T', 1. )
631      CALL lbc_lnk( p_fr2  (:,:) , 'T', 1. )
632      DO jl = 1, ijpl
633         CALL lbc_lnk( p_qns (:,:,jl) , 'T', 1. )
634         CALL lbc_lnk( p_dqns(:,:,jl) , 'T', 1. )
635         CALL lbc_lnk( p_qla (:,:,jl) , 'T', 1. )
636         CALL lbc_lnk( p_dqla(:,:,jl) , 'T', 1. )
637      END DO
638
639!!gm : mask is not required on forcing
640      DO jl = 1, ijpl
641         p_qns (:,:,jl) = p_qns (:,:,jl) * tmask(:,:,1)
642         p_qla (:,:,jl) = p_qla (:,:,jl) * tmask(:,:,1)
643         p_dqns(:,:,jl) = p_dqns(:,:,jl) * tmask(:,:,1)
644         p_dqla(:,:,jl) = p_dqla(:,:,jl) * tmask(:,:,1)
645      END DO
646
647      IF(ln_ctl) THEN
648         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_qsb  , clinfo1=' blk_ice_clio: z_qsb  : ', tab3d_2=z_qlw  , clinfo2=' z_qlw  : ', kdim=ijpl)
649         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_qla  , clinfo1=' blk_ice_clio: z_qla  : ', tab3d_2=p_qsr  , clinfo2=' p_qsr  : ', kdim=ijpl)
650         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_dqns , clinfo1=' blk_ice_clio: p_dqns : ', tab3d_2=p_qns  , clinfo2=' p_qns  : ', kdim=ijpl)
651         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_dqla , clinfo1=' blk_ice_clio: p_dqla : ', tab3d_2=pst    , clinfo2=' pst    : ', kdim=ijpl)
652         CALL prt_ctl(tab2d_1=p_tpr  , clinfo1=' blk_ice_clio: p_tpr  : ', tab2d_2=p_spr  , clinfo2=' p_spr  : ')
653         CALL prt_ctl(tab2d_1=p_taui , clinfo1=' blk_ice_clio: p_taui : ', tab2d_2=p_tauj , clinfo2=' p_tauj : ')
654      ENDIF
655
656      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, ztatm, zqatm, zevsqr, zrhoa )
657      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,pdim, z_qlw, z_qsb )
658      !
659      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_ice_clio')
660      !
661   END SUBROUTINE blk_ice_clio
662
663
664   SUBROUTINE blk_clio_qsr_oce( pqsr_oce )
665      !!---------------------------------------------------------------------------
666      !!                     ***  ROUTINE blk_clio_qsr_oce  ***
667      !!                 
668      !!  ** Purpose :   Computation of the shortwave radiation at the ocean and the
669      !!               snow/ice surfaces.
670      !!         
671      !!  ** Method  : - computed qsr from the cloud cover for both ice and ocean
672      !!               - also initialise sbudyko and stauc once for all
673      !!----------------------------------------------------------------------
674      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   pqsr_oce    ! shortwave radiation  over the ocean
675      !!
676      INTEGER, PARAMETER  ::   jp24 = 24   ! sampling of the daylight period (sunrise to sunset) into 24 equal parts
677      !!     
678      INTEGER  ::   ji, jj, jt    ! dummy loop indices
679      INTEGER  ::   indaet            !  = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
680      INTEGER  ::   iday              ! integer part of day
681      INTEGER  ::   indxb, indxc      ! index for cloud depth coefficient
682
683      REAL(wp)  ::   zalat , zclat, zcmue, zcmue2    ! local scalars
684      REAL(wp)  ::   zmt1, zmt2, zmt3                !
685      REAL(wp)  ::   zdecl, zsdecl , zcdecl          !
686      REAL(wp)  ::   za_oce, ztamr                   !
687
688      REAL(wp) ::   zdl, zlha                        ! local scalars
689      REAL(wp) ::   zlmunoon, zcldcor, zdaycor       !   
690      REAL(wp) ::   zxday, zdist, zcoef, zcoef1      !
691      REAL(wp) ::   zes
692     
693      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zev          ! vapour pressure
694      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zdlha, zlsrise, zlsset     ! 2D workspace
695      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zps, zpc   ! sine (cosine) of latitude per sine (cosine) of solar declination
696      !!---------------------------------------------------------------------
697      !
698      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_clio_qsr_oce')
699      !
700      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zev, zdlha, zlsrise, zlsset, zps, zpc )
701
702      IF( lbulk_init ) THEN             !   Initilization at first time step only
703         rdtbs2 = nn_fsbc * rdt * 0.5
704         ! cloud optical depths as a function of latitude (Chou et al., 1981).
705         ! and the correction factor for taking into account  the effect of clouds
706         DO jj = 1, jpj
707            DO ji = 1 , jpi
708               zalat          = ( 90.e0 - ABS( gphit(ji,jj) ) ) /  5.e0
709               zclat          = ( 95.e0 -      gphit(ji,jj)   ) / 10.e0
710               indxb          = 1 + INT( zalat )
711               indxc          = 1 + INT( zclat )
712               zdl            = zclat - INT( zclat )
713               !  correction factor to account for the effect of clouds
714               sbudyko(ji,jj) = budyko(indxb)
715               stauc  (ji,jj) = ( 1.e0 - zdl ) * tauco( indxc ) + zdl * tauco( indxc + 1 )
716            END DO
717         END DO
718         lbulk_init = .FALSE.
719      ENDIF
720
721
722      ! Saturated water vapour and vapour pressure
723      ! ------------------------------------------
724!CDIR NOVERRCHK
725!CDIR COLLAPSE
726      DO jj = 1, jpj
727!CDIR NOVERRCHK
728         DO ji = 1, jpi
729            ztamr = sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) - rtt
730            zmt1  = SIGN( 17.269,  ztamr )
731            zmt2  = SIGN( 21.875,  ztamr )
732            zmt3  = SIGN( 28.200, -ztamr )
733            zes = 611.0 * EXP(  ABS( ztamr ) * MIN ( zmt1, zmt2 )   &              ! Saturation water vapour
734               &                     / ( sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) - 35.86  + MAX( 0.e0, zmt3 ) )  )
735            zev(ji,jj) = sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1) * zes * 1.0e-05                 ! vapour pressure 
736         END DO
737      END DO
738
739      !-----------------------------------!
740      !  Computation of solar irradiance  !
741      !-----------------------------------!
742!!gm : hard coded  leap year ???
743      indaet   = 1                                    ! = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
744      zxday = nday_year + rdtbs2 / rday               ! day of the year at which the fluxes are calculated
745      iday  = INT( zxday )                            ! (centred at the middle of the ice time step)
746      CALL flx_blk_declin( indaet, iday, zdecl )      ! solar declination of the current day
747      zsdecl = SIN( zdecl * rad )                     ! its sine
748      zcdecl = COS( zdecl * rad )                     ! its cosine
749
750
751      !  correction factor added for computation of shortwave flux to take into account the variation of
752      !  the distance between the sun and the earth during the year (Oberhuber 1988)
753      zdist    = zxday * 2. * rpi / REAL(nyear_len(1), wp)
754      zdaycor  = 1.0 + 0.0013 * SIN( zdist ) + 0.0342 * COS( zdist )
755
756!CDIR NOVERRCHK
757      DO jj = 1, jpj
758!CDIR NOVERRCHK
759         DO ji = 1, jpi
760            !  product of sine (cosine) of latitude and sine (cosine) of solar declination
761            zps(ji,jj) = SIN( gphit(ji,jj) * rad ) * zsdecl
762            zpc(ji,jj) = COS( gphit(ji,jj) * rad ) * zcdecl
763            !  computation of the both local time of sunrise and sunset
764            zlsrise(ji,jj) = ACOS( - SIGN( 1.e0, zps(ji,jj) )    &
765               &                   * MIN(  1.e0, SIGN( 1.e0, zps(ji,jj) ) * ( zps(ji,jj) / zpc(ji,jj) )  )   )
766            zlsset (ji,jj) = - zlsrise(ji,jj)
767            !  dividing the solar day into jp24 segments of length zdlha
768            zdlha  (ji,jj) = ( zlsrise(ji,jj) - zlsset(ji,jj) ) / REAL( jp24, wp )
769         END DO
770      END DO
771
772
773      !---------------------------------------------!
774      !  shortwave radiation absorbed by the ocean  !
775      !---------------------------------------------!
776      pqsr_oce(:,:)   = 0.e0      ! set ocean qsr to zero     
777
778      ! compute and sum ocean qsr over the daylight (i.e. between sunrise and sunset)
779!CDIR NOVERRCHK   
780      DO jt = 1, jp24
781         zcoef = FLOAT( jt ) - 0.5
782!CDIR NOVERRCHK     
783!CDIR COLLAPSE
784         DO jj = 1, jpj
785!CDIR NOVERRCHK
786            DO ji = 1, jpi
787               zlha = COS(  zlsrise(ji,jj) - zcoef * zdlha(ji,jj)  )                  ! local hour angle
788               zcmue              = MAX( 0.e0 ,   zps(ji,jj) + zpc(ji,jj) * zlha  )   ! cos of local solar altitude
789               zcmue2             = 1368.0 * zcmue * zcmue
790
791               ! ocean albedo depending on the cloud cover (Payne, 1972)
792               za_oce     = ( 1.0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) ) * 0.05 / ( 1.1 * zcmue**1.4 + 0.15 )   &   ! clear sky
793                  &       +         sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   * 0.06                                     ! overcast
794
795                  ! solar heat flux absorbed by the ocean (Zillman, 1972)
796               pqsr_oce(ji,jj) = pqsr_oce(ji,jj)                                         &
797                  &            + ( 1.0 - za_oce ) * zdlha(ji,jj) * zcmue2                &
798                  &            / ( ( zcmue + 2.7 ) * zev(ji,jj) + 1.085 * zcmue +  0.10 )
799            END DO
800         END DO
801      END DO
802      ! Taking into account the ellipsity of the earth orbit, the clouds AND masked if sea-ice cover > 0%
803      zcoef1 = srgamma * zdaycor / ( 2. * rpi )
804!CDIR COLLAPSE
805      DO jj = 1, jpj
806         DO ji = 1, jpi
807            zlmunoon = ASIN( zps(ji,jj) + zpc(ji,jj) ) / rad                         ! local noon solar altitude
808            zcldcor  = MIN(  1.e0, ( 1.e0 - 0.62 * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   &     ! cloud correction (Reed 1977)
809               &                          + 0.0019 * zlmunoon )                 )
810            pqsr_oce(ji,jj) = zcoef1 * zcldcor * pqsr_oce(ji,jj) * tmask(ji,jj,1)    ! and zcoef1: ellipsity
811         END DO
812      END DO
813
814      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zev, zdlha, zlsrise, zlsset, zps, zpc )
815      !
816      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_clio_qsr_oce')
817      !
818   END SUBROUTINE blk_clio_qsr_oce
819
820
821   SUBROUTINE blk_clio_qsr_ice( pa_ice_cs, pa_ice_os, pqsr_ice )
822      !!---------------------------------------------------------------------------
823      !!                     ***  ROUTINE blk_clio_qsr_ice  ***
824      !!                 
825      !!  ** Purpose :   Computation of the shortwave radiation at the ocean and the
826      !!               snow/ice surfaces.
827      !!         
828      !!  ** Method  : - computed qsr from the cloud cover for both ice and ocean
829      !!               - also initialise sbudyko and stauc once for all
830      !!----------------------------------------------------------------------
831      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pa_ice_cs   ! albedo of ice under clear sky
832      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pa_ice_os   ! albedo of ice under overcast sky
833      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:) ::   pqsr_ice    ! shortwave radiation over the ice/snow
834      !!
835      INTEGER, PARAMETER  ::   jp24 = 24   ! sampling of the daylight period (sunrise to sunset) into 24 equal parts
836      !!
837      INTEGER  ::   ji, jj, jl, jt    ! dummy loop indices
838      INTEGER  ::   ijpl              ! number of ice categories (3rd dim of pqsr_ice)
839      INTEGER  ::   indaet            !  = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
840      INTEGER  ::   iday              ! integer part of day
841      !!
842      REAL(wp) ::   zcmue, zcmue2, ztamr          ! temporary scalars
843      REAL(wp) ::   zmt1, zmt2, zmt3              !    -         -
844      REAL(wp) ::   zdecl, zsdecl, zcdecl         !    -         -
845      REAL(wp) ::   zlha, zdaycor, zes            !    -         -
846      REAL(wp) ::   zxday, zdist, zcoef, zcoef1   !    -         -
847      REAL(wp) ::   zqsr_ice_cs, zqsr_ice_os      !    -         -
848
849      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zev                      ! vapour pressure
850      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zdlha, zlsrise, zlsset   ! 2D workspace
851      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zps, zpc   ! sine (cosine) of latitude per sine (cosine) of solar declination
852      !!---------------------------------------------------------------------
853      !
854      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_clio_qsr_ice')
855      !
856      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zev, zdlha, zlsrise, zlsset, zps, zpc )
857
858      ijpl = SIZE(pqsr_ice, 3 )      ! number of ice categories
859     
860      ! Saturated water vapour and vapour pressure
861      ! ------------------------------------------
862!CDIR NOVERRCHK
863!CDIR COLLAPSE
864      DO jj = 1, jpj
865!CDIR NOVERRCHK
866         DO ji = 1, jpi           
867            ztamr = sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) - rtt           
868            zmt1  = SIGN( 17.269,  ztamr )
869            zmt2  = SIGN( 21.875,  ztamr )
870            zmt3  = SIGN( 28.200, -ztamr )
871            zes = 611.0 * EXP(  ABS( ztamr ) * MIN ( zmt1, zmt2 )   &              ! Saturation water vapour
872               &                     / ( sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) - 35.86  + MAX( 0.e0, zmt3 ) )  )
873            zev(ji,jj) = sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1) * zes * 1.0e-05                 ! vapour pressure 
874         END DO
875      END DO
876
877      !-----------------------------------!
878      !  Computation of solar irradiance  !
879      !-----------------------------------!
880!!gm : hard coded  leap year ???
881      indaet   = 1                                    ! = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
882      zxday = nday_year + rdtbs2 / rday               ! day of the year at which the fluxes are calculated
883      iday  = INT( zxday )                            ! (centred at the middle of the ice time step)
884      CALL flx_blk_declin( indaet, iday, zdecl )      ! solar declination of the current day
885      zsdecl = SIN( zdecl * rad )                     ! its sine
886      zcdecl = COS( zdecl * rad )                     ! its cosine
887
888     
889      !  correction factor added for computation of shortwave flux to take into account the variation of
890      !  the distance between the sun and the earth during the year (Oberhuber 1988)
891      zdist    = zxday * 2. * rpi / REAL(nyear_len(1), wp)
892      zdaycor  = 1.0 + 0.0013 * SIN( zdist ) + 0.0342 * COS( zdist )
893
894!CDIR NOVERRCHK
895      DO jj = 1, jpj
896!CDIR NOVERRCHK
897         DO ji = 1, jpi
898            !  product of sine (cosine) of latitude and sine (cosine) of solar declination
899            zps(ji,jj) = SIN( gphit(ji,jj) * rad ) * zsdecl
900            zpc(ji,jj) = COS( gphit(ji,jj) * rad ) * zcdecl
901            !  computation of the both local time of sunrise and sunset
902            zlsrise(ji,jj) = ACOS( - SIGN( 1.e0, zps(ji,jj) )    &
903               &                   * MIN(  1.e0, SIGN( 1.e0, zps(ji,jj) ) * ( zps(ji,jj) / zpc(ji,jj) )  )   ) 
904            zlsset (ji,jj) = - zlsrise(ji,jj)
905            !  dividing the solar day into jp24 segments of length zdlha
906            zdlha  (ji,jj) = ( zlsrise(ji,jj) - zlsset(ji,jj) ) / REAL( jp24, wp )
907         END DO
908      END DO
909
910
911      !---------------------------------------------!
912      !  shortwave radiation absorbed by the ice    !
913      !---------------------------------------------!
914      ! compute and sum ice qsr over the daylight for each ice categories
915      pqsr_ice(:,:,:) = 0.e0
916      zcoef1 = zdaycor / ( 2. * rpi )       ! Correction for the ellipsity of the earth orbit
917     
918      !                    !----------------------------!
919      DO jl = 1, ijpl      !  loop over ice categories  !
920         !                 !----------------------------!
921!CDIR NOVERRCHK   
922         DO jt = 1, jp24   
923            zcoef = FLOAT( jt ) - 0.5
924!CDIR NOVERRCHK     
925!CDIR COLLAPSE
926            DO jj = 1, jpj
927!CDIR NOVERRCHK
928               DO ji = 1, jpi
929                  zlha = COS(  zlsrise(ji,jj) - zcoef * zdlha(ji,jj)  )                  ! local hour angle
930                  zcmue              = MAX( 0.e0 ,   zps(ji,jj) + zpc(ji,jj) * zlha  )   ! cos of local solar altitude
931                  zcmue2             = 1368.0 * zcmue * zcmue
932                 
933                  !  solar heat flux absorbed by the ice/snow system (Shine and Crane 1984 adapted to high albedo)
934                  zqsr_ice_cs =  ( 1.0 - pa_ice_cs(ji,jj,jl) ) * zdlha(ji,jj) * zcmue2        &   ! clear sky
935                     &        / ( ( 1.0 + zcmue ) * zev(ji,jj) + 1.2 * zcmue + 0.0455 )
936                  zqsr_ice_os = zdlha(ji,jj) * SQRT( zcmue )                                  &   ! overcast sky
937                     &        * ( 53.5 + 1274.5 * zcmue )      * ( 1.0 - 0.996  * pa_ice_os(ji,jj,jl) )    &
938                     &        / (  1.0 + 0.139  * stauc(ji,jj) * ( 1.0 - 0.9435 * pa_ice_os(ji,jj,jl) ) )       
939             
940                  pqsr_ice(ji,jj,jl) = pqsr_ice(ji,jj,jl) + (  ( 1.0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) ) * zqsr_ice_cs    &
941                     &                                       +         sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   * zqsr_ice_os  )
942               END DO
943            END DO
944         END DO
945         !
946         ! Correction : Taking into account the ellipsity of the earth orbit
947         pqsr_ice(:,:,jl) = pqsr_ice(:,:,jl) * zcoef1 * tmask(:,:,1)
948         !
949         !                 !--------------------------------!
950      END DO               !  end loop over ice categories  !
951      !                    !--------------------------------!
952
953
954!!gm  : this should be suppress as input data have been passed through lbc_lnk
955      DO jl = 1, ijpl
956         CALL lbc_lnk( pqsr_ice(:,:,jl) , 'T', 1. )
957      END DO
958      !
959      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zev, zdlha, zlsrise, zlsset, zps, zpc )
960      !
961      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_clio_qsr_ice')
962      !
963   END SUBROUTINE blk_clio_qsr_ice
964
965
966   SUBROUTINE flx_blk_declin( ky, kday, pdecl )
967      !!---------------------------------------------------------------------------
968      !!               ***  ROUTINE flx_blk_declin  ***
969      !!         
970      !! ** Purpose :   Computation of the solar declination for the day
971      !!       
972      !! ** Method  :   ???
973      !!---------------------------------------------------------------------
974      INTEGER , INTENT(in   ) ::   ky      ! = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
975      INTEGER , INTENT(in   ) ::   kday    ! day of the year ( kday = 1 on january 1)
976      REAL(wp), INTENT(  out) ::   pdecl   ! solar declination
977      !!
978      REAL(wp) ::   a0  =  0.39507671      ! coefficients for solar declinaison computation
979      REAL(wp) ::   a1  = 22.85684301      !     "              ""                 "
980      REAL(wp) ::   a2  = -0.38637317      !     "              ""                 "
981      REAL(wp) ::   a3  =  0.15096535      !     "              ""                 "
982      REAL(wp) ::   a4  = -0.00961411      !     "              ""                 "
983      REAL(wp) ::   b1  = -4.29692073      !     "              ""                 "
984      REAL(wp) ::   b2  =  0.05702074      !     "              ""                 "
985      REAL(wp) ::   b3  = -0.09028607      !     "              ""                 "
986      REAL(wp) ::   b4  =  0.00592797
987      !!
988      REAL(wp) ::   zday   ! corresponding day of type year (cf. ky)
989      REAL(wp) ::   zp     ! temporary scalars
990      !!---------------------------------------------------------------------
991           
992      IF    ( ky == 1 )  THEN   ;   zday = REAL( kday, wp ) - 0.5
993      ELSEIF( ky == 3 )  THEN   ;   zday = REAL( kday, wp ) - 1.
994      ELSE                      ;   zday = REAL( kday, wp )
995      ENDIF
996     
997      zp = rpi * ( 2.0 * zday - 367.0 ) / REAL(nyear_len(1), wp)
998     
999      pdecl  = a0                                                                      &
1000         &   + a1 * COS( zp ) + a2 * COS( 2. * zp ) + a3 * COS( 3. * zp ) + a4 * COS( 4. * zp )   &
1001         &   + b1 * SIN( zp ) + b2 * SIN( 2. * zp ) + b3 * SIN( 3. * zp ) + b4 * SIN( 4. * zp )
1002      !
1003   END SUBROUTINE flx_blk_declin
1004
1005   !!======================================================================
1006END MODULE sbcblk_clio
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.