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sbcblk_core.F90 in branches/2013/dev_LOCEAN_2013/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC – NEMO

source: branches/2013/dev_LOCEAN_2013/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/sbcblk_core.F90 @ 4161

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dev_LOCEAN_2013 : merge in the 3rd dev branch dev_r4028_CNRS_LIM3, see ticket #1169

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 54.4 KB
Line 
1MODULE sbcblk_core
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  sbcblk_core  ***
4   !! Ocean forcing:  momentum, heat and freshwater flux formulation
5   !!=====================================================================
6   !! History :  1.0  !  2004-08  (U. Schweckendiek)  Original code
7   !!            2.0  !  2005-04  (L. Brodeau, A.M. Treguier) additions:
8   !!                           -  new bulk routine for efficiency
9   !!                           -  WINDS ARE NOW ASSUMED TO BE AT T POINTS in input files !!!!
10   !!                           -  file names and file characteristics in namelist
11   !!                           -  Implement reading of 6-hourly fields   
12   !!            3.0  !  2006-06  (G. Madec) sbc rewritting   
13   !!             -   !  2006-12  (L. Brodeau) Original code for TURB_CORE_2Z
14   !!            3.2  !  2009-04  (B. Lemaire)  Introduce iom_put
15   !!            3.3  !  2010-10  (S. Masson)  add diurnal cycle
16   !!            3.4  !  2011-11  (C. Harris) Fill arrays required by CICE
17   !!----------------------------------------------------------------------
18
19   !!----------------------------------------------------------------------
20   !!   sbc_blk_core  : bulk formulation as ocean surface boundary condition
21   !!                   (forced mode, CORE bulk formulea)
22   !!   blk_oce_core  : ocean: computes momentum, heat and freshwater fluxes
23   !!   blk_ice_core  : ice  : computes momentum, heat and freshwater fluxes
24   !!   turb_core     : computes the CORE turbulent transfer coefficients
25   !!----------------------------------------------------------------------
26   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
27   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
28   USE phycst          ! physical constants
29   USE fldread         ! read input fields
30   USE sbc_oce         ! Surface boundary condition: ocean fields
31   USE cyclone         ! Cyclone 10m wind form trac of cyclone centres
32   USE sbcdcy          ! surface boundary condition: diurnal cycle
33   USE iom             ! I/O manager library
34   USE in_out_manager  ! I/O manager
35   USE lib_mpp         ! distribued memory computing library
36   USE wrk_nemo        ! work arrays
37   USE timing          ! Timing
38   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
39   USE prtctl          ! Print control
40   USE sbcwave,ONLY :  cdn_wave !wave module
41#if defined key_lim3 || defined key_cice
42   USE sbc_ice         ! Surface boundary condition: ice fields
43#endif
44   USE lib_fortran     ! to use key_nosignedzero
45
46   IMPLICIT NONE
47   PRIVATE
48
49   PUBLIC   sbc_blk_core         ! routine called in sbcmod module
50   PUBLIC   blk_ice_core         ! routine called in sbc_ice_lim module
51   PUBLIC   turb_core_2z         ! routine calles in sbcblk_mfs module
52
53   INTEGER , PARAMETER ::   jpfld   = 9           ! maximum number of files to read
54   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndi = 1           ! index of 10m wind velocity (i-component) (m/s)    at T-point
55   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndj = 2           ! index of 10m wind velocity (j-component) (m/s)    at T-point
56   INTEGER , PARAMETER ::   jp_humi = 3           ! index of specific humidity               ( % )
57   INTEGER , PARAMETER ::   jp_qsr  = 4           ! index of solar heat                      (W/m2)
58   INTEGER , PARAMETER ::   jp_qlw  = 5           ! index of Long wave                       (W/m2)
59   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tair = 6           ! index of 10m air temperature             (Kelvin)
60   INTEGER , PARAMETER ::   jp_prec = 7           ! index of total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
61   INTEGER , PARAMETER ::   jp_snow = 8           ! index of snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
62   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tdif = 9           ! index of tau diff associated to HF tau   (N/m2)   at T-point
63   
64   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   sf   ! structure of input fields (file informations, fields read)
65         
66   !                                             !!! CORE bulk parameters
67   REAL(wp), PARAMETER ::   rhoa =    1.22        ! air density
68   REAL(wp), PARAMETER ::   cpa  = 1000.5         ! specific heat of air
69   REAL(wp), PARAMETER ::   Lv   =    2.5e6       ! latent heat of vaporization
70   REAL(wp), PARAMETER ::   Ls   =    2.839e6     ! latent heat of sublimation
71   REAL(wp), PARAMETER ::   Stef =    5.67e-8     ! Stefan Boltzmann constant
72   REAL(wp), PARAMETER ::   Cice =    1.4e-3      ! iovi 1.63e-3     ! transfer coefficient over ice
73   REAL(wp), PARAMETER ::   albo =    0.066       ! ocean albedo assumed to be constant
74
75   !                                  !!* Namelist namsbc_core : CORE bulk parameters
76   LOGICAL  ::   ln_2m       ! logical flag for height of air temp. and hum
77   LOGICAL  ::   ln_taudif   ! logical flag to use the "mean of stress module - module of mean stress" data
78   REAL(wp) ::   rn_pfac     ! multiplication factor for precipitation
79   REAL(wp) ::   rn_efac     ! multiplication factor for evaporation (clem)
80   REAL(wp) ::   rn_vfac     ! multiplication factor for ice/ocean velocity in the calculation of wind stress (clem)
81
82   !! * Substitutions
83#  include "domzgr_substitute.h90"
84#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
85   !!----------------------------------------------------------------------
86   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO-consortium (2010)
87   !! $Id$
88   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
89   !!----------------------------------------------------------------------
90CONTAINS
91
92   SUBROUTINE sbc_blk_core( kt )
93      !!---------------------------------------------------------------------
94      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk_core  ***
95      !!                   
96      !! ** Purpose :   provide at each time step the surface ocean fluxes
97      !!      (momentum, heat, freshwater and runoff)
98      !!
99      !! ** Method  : (1) READ each fluxes in NetCDF files:
100      !!      the 10m wind velocity (i-component) (m/s)    at T-point
101      !!      the 10m wind velocity (j-component) (m/s)    at T-point
102      !!      the 10m or 2m specific humidity     ( % )
103      !!      the solar heat                      (W/m2)
104      !!      the Long wave                       (W/m2)
105      !!      the 10m or 2m air temperature       (Kelvin)
106      !!      the total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
107      !!      the snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
108      !!      the tau diff associated to HF tau   (N/m2)   at T-point   (ln_taudif=T)
109      !!              (2) CALL blk_oce_core
110      !!
111      !!      C A U T I O N : never mask the surface stress fields
112      !!                      the stress is assumed to be in the (i,j) mesh referential
113      !!
114      !! ** Action  :   defined at each time-step at the air-sea interface
115      !!              - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
116      !!              - taum, wndm  wind stress and 10m wind modules at T-point
117      !!              - qns, qsr    non-solar and solar heat fluxes
118      !!              - emp         upward mass flux (evapo. - precip.)
119      !!              - sfx         salt flux due to freezing/melting (non-zero only if ice is present)
120      !!                            (set in limsbc(_2).F90)
121      !!----------------------------------------------------------------------
122      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
123      !!
124      INTEGER  ::   ierror   ! return error code
125      INTEGER  ::   ifpr     ! dummy loop indice
126      INTEGER  ::   jfld     ! dummy loop arguments
127      INTEGER  ::   ios      ! Local integer output status for namelist read
128      !!
129      CHARACTER(len=100) ::  cn_dir   !   Root directory for location of core files
130      TYPE(FLD_N), DIMENSION(jpfld) ::   slf_i     ! array of namelist informations on the fields to read
131      TYPE(FLD_N) ::   sn_wndi, sn_wndj, sn_humi, sn_qsr       ! informations about the fields to be read
132      TYPE(FLD_N) ::   sn_qlw , sn_tair, sn_prec, sn_snow      !   "                                 "
133      TYPE(FLD_N) ::   sn_tdif                                 !   "                                 "
134      NAMELIST/namsbc_core/ cn_dir , ln_2m  , ln_taudif, rn_pfac, rn_efac, rn_vfac,  &
135         &                  sn_wndi, sn_wndj, sn_humi  , sn_qsr ,           &
136         &                  sn_qlw , sn_tair, sn_prec  , sn_snow, sn_tdif
137      !!---------------------------------------------------------------------
138
139      !                                         ! ====================== !
140      IF( kt == nit000 ) THEN                   !  First call kt=nit000  !
141         !                                      ! ====================== !
142         !
143
144         REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namsbc_core in reference namelist : CORE bulk parameters
145         READ  ( numnam_ref, namsbc_core, IOSTAT = ios, ERR = 901)
146901      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_core in reference namelist', lwp )
147
148         REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namsbc_core in configuration namelist : CORE bulk parameters
149         READ  ( numnam_cfg, namsbc_core, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
150902      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_core in configuration namelist', lwp )
151
152         WRITE ( numond, namsbc_core )
153         !                                         ! check: do we plan to use ln_dm2dc with non-daily forcing?
154         IF( ln_dm2dc .AND. sn_qsr%nfreqh /= 24 )   & 
155            &   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_core: ln_dm2dc can be activated only with daily short-wave forcing' ) 
156         IF( ln_dm2dc .AND. sn_qsr%ln_tint ) THEN
157            CALL ctl_warn( 'sbc_blk_core: ln_dm2dc is taking care of the temporal interpolation of daily qsr',   &
158                 &         '              ==> We force time interpolation = .false. for qsr' )
159            sn_qsr%ln_tint = .false.
160         ENDIF
161         !                                         ! store namelist information in an array
162         slf_i(jp_wndi) = sn_wndi   ;   slf_i(jp_wndj) = sn_wndj
163         slf_i(jp_qsr ) = sn_qsr    ;   slf_i(jp_qlw ) = sn_qlw
164         slf_i(jp_tair) = sn_tair   ;   slf_i(jp_humi) = sn_humi
165         slf_i(jp_prec) = sn_prec   ;   slf_i(jp_snow) = sn_snow
166         slf_i(jp_tdif) = sn_tdif
167         !                 
168         lhftau = ln_taudif                        ! do we use HF tau information?
169         jfld = jpfld - COUNT( (/.NOT. lhftau/) )
170         !
171         ALLOCATE( sf(jfld), STAT=ierror )         ! set sf structure
172         IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_core: unable to allocate sf structure' )
173         DO ifpr= 1, jfld
174            ALLOCATE( sf(ifpr)%fnow(jpi,jpj,1) )
175            IF( slf_i(ifpr)%ln_tint )   ALLOCATE( sf(ifpr)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
176         END DO
177         !                                         ! fill sf with slf_i and control print
178         CALL fld_fill( sf, slf_i, cn_dir, 'sbc_blk_core', 'flux formulation for ocean surface boundary condition', 'namsbc_core' )
179         !
180         sfx(:,:) = 0._wp                          ! salt flux; zero unless ice is present (computed in limsbc(_2).F90)
181         !
182      ENDIF
183
184      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )             ! input fields provided at the current time-step
185
186      !                                            ! compute the surface ocean fluxes using CORE bulk formulea
187      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   CALL blk_oce_core( kt, sf, sst_m, ssu_m, ssv_m )
188
189#if defined key_cice
190      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   THEN
191         qlw_ice(:,:,1)   = sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1) 
192         qsr_ice(:,:,1)   = sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)
193         tatm_ice(:,:)    = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)         
194         qatm_ice(:,:)    = sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)
195         tprecip(:,:)     = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
196         sprecip(:,:)     = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
197         wndi_ice(:,:)    = sf(jp_wndi)%fnow(:,:,1)
198         wndj_ice(:,:)    = sf(jp_wndj)%fnow(:,:,1)
199      ENDIF
200#endif
201      !
202   END SUBROUTINE sbc_blk_core
203   
204   
205   SUBROUTINE blk_oce_core( kt, sf, pst, pu, pv )
206      !!---------------------------------------------------------------------
207      !!                     ***  ROUTINE blk_core  ***
208      !!
209      !! ** Purpose :   provide the momentum, heat and freshwater fluxes at
210      !!      the ocean surface at each time step
211      !!
212      !! ** Method  :   CORE bulk formulea for the ocean using atmospheric
213      !!      fields read in sbc_read
214      !!
215      !! ** Outputs : - utau    : i-component of the stress at U-point  (N/m2)
216      !!              - vtau    : j-component of the stress at V-point  (N/m2)
217      !!              - taum    : Wind stress module at T-point         (N/m2)
218      !!              - wndm    : Wind speed module at T-point          (m/s)
219      !!              - qsr     : Solar heat flux over the ocean        (W/m2)
220      !!              - qns     : Non Solar heat flux over the ocean    (W/m2)
221      !!              - evap    : Evaporation over the ocean            (kg/m2/s)
222      !!              - emp     : evaporation minus precipitation       (kg/m2/s)
223      !!
224      !!  ** Nota  :   sf has to be a dummy argument for AGRIF on NEC
225      !!---------------------------------------------------------------------
226      INTEGER  , INTENT(in   )                 ::   kt    ! time step index
227      TYPE(fld), INTENT(inout), DIMENSION(:)   ::   sf    ! input data
228      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pst   ! surface temperature                      [Celcius]
229      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pu    ! surface current at U-point (i-component) [m/s]
230      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pv    ! surface current at V-point (j-component) [m/s]
231      !
232      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
233      REAL(wp) ::   zcoef_qsatw, zztmp   ! local variable
234      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zwnd_i, zwnd_j    ! wind speed components at T-point
235      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zqsatw            ! specific humidity at pst
236      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zqlw, zqsb        ! long wave and sensible heat fluxes
237      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zqla, zevap       ! latent heat fluxes and evaporation
238      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Cd                ! transfer coefficient for momentum      (tau)
239      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ch                ! transfer coefficient for sensible heat (Q_sens)
240      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ce                ! tansfert coefficient for evaporation   (Q_lat)
241      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zst               ! surface temperature in Kelvin
242      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zt_zu             ! air temperature at wind speed height
243      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zq_zu             ! air spec. hum.  at wind speed height
244      !!---------------------------------------------------------------------
245      !
246      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_oce_core')
247      !
248      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zwnd_i, zwnd_j, zqsatw, zqlw, zqsb, zqla, zevap )
249      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, Cd, Ch, Ce, zst, zt_zu, zq_zu )
250      !
251      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
252      zcoef_qsatw = 0.98 * 640380. / rhoa
253     
254      zst(:,:) = pst(:,:) + rt0      ! convert SST from Celcius to Kelvin (and set minimum value far above 0 K)
255
256      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
257      !      0   Wind components and module at T-point relative to the moving ocean   !
258      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
259
260      ! ... components ( U10m - U_oce ) at T-point (unmasked)
261      zwnd_i(:,:) = 0.e0 
262      zwnd_j(:,:) = 0.e0
263#if defined key_cyclone
264# if defined key_vectopt_loop
265!CDIR COLLAPSE
266# endif
267      CALL wnd_cyc( kt, zwnd_i, zwnd_j )    ! add Manu !
268      DO jj = 2, jpjm1
269         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
270            sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) = sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) + zwnd_i(ji,jj)
271            sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) = sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) + zwnd_j(ji,jj)
272         END DO
273      END DO
274#endif
275#if defined key_vectopt_loop
276!CDIR COLLAPSE
277#endif
278      DO jj = 2, jpjm1
279         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
280            zwnd_i(ji,jj) = (  sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pu(ji-1,jj  ) + pu(ji,jj) )  )
281            zwnd_j(ji,jj) = (  sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pv(ji  ,jj-1) + pv(ji,jj) )  )
282         END DO
283      END DO
284      CALL lbc_lnk( zwnd_i(:,:) , 'T', -1. )
285      CALL lbc_lnk( zwnd_j(:,:) , 'T', -1. )
286      ! ... scalar wind ( = | U10m - U_oce | ) at T-point (masked)
287!CDIR NOVERRCHK
288!CDIR COLLAPSE
289      wndm(:,:) = SQRT(  zwnd_i(:,:) * zwnd_i(:,:)   &
290         &             + zwnd_j(:,:) * zwnd_j(:,:)  ) * tmask(:,:,1)
291
292      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
293      !      I   Radiative FLUXES                                                     !
294      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
295   
296      ! ocean albedo assumed to be constant + modify now Qsr to include the diurnal cycle                    ! Short Wave
297      zztmp = 1. - albo
298      IF( ln_dm2dc ) THEN   ;   qsr(:,:) = zztmp * sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) ) * tmask(:,:,1)
299      ELSE                  ;   qsr(:,:) = zztmp *          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)   * tmask(:,:,1)
300      ENDIF
301!CDIR COLLAPSE
302      zqlw(:,:) = (  sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1) - Stef * zst(:,:)*zst(:,:)*zst(:,:)*zst(:,:)  ) * tmask(:,:,1)   ! Long  Wave
303      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
304      !     II    Turbulent FLUXES                                                    !
305      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
306
307      ! ... specific humidity at SST and IST
308!CDIR NOVERRCHK
309!CDIR COLLAPSE
310      zqsatw(:,:) = zcoef_qsatw * EXP( -5107.4 / zst(:,:) ) 
311
312      ! ... NCAR Bulk formulae, computation of Cd, Ch, Ce at T-point :
313      IF( ln_2m ) THEN
314         !! If air temp. and spec. hum. are given at different height (2m) than wind (10m) :
315         CALL TURB_CORE_2Z(2.,10., zst   , sf(jp_tair)%fnow,         &
316            &                      zqsatw, sf(jp_humi)%fnow, wndm,   &
317            &                      Cd    , Ch              , Ce  ,   &
318            &                      zt_zu , zq_zu                   )
319      ELSE
320         !! If air temp. and spec. hum. are given at same height than wind (10m) :
321!gm bug?  at the compiling phase, add a copy in temporary arrays...  ==> check perf
322!         CALL TURB_CORE_1Z( 10., zst   (:,:), sf(jp_tair)%fnow(:,:),              &
323!            &                    zqsatw(:,:), sf(jp_humi)%fnow(:,:), wndm(:,:),   &
324!            &                    Cd    (:,:),             Ch  (:,:), Ce  (:,:)  )
325!gm bug
326! ARPDBG - this won't compile with gfortran. Fix but check performance
327! as per comment above.
328         CALL TURB_CORE_1Z( 10., zst   , sf(jp_tair)%fnow(:,:,1),       &
329            &                    zqsatw, sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), wndm, &
330            &                    Cd    , Ch              , Ce    )
331      ENDIF
332
333      ! ... tau module, i and j component
334      DO jj = 1, jpj
335         DO ji = 1, jpi
336            zztmp = rhoa * wndm(ji,jj) * Cd(ji,jj)
337            taum  (ji,jj) = zztmp * wndm  (ji,jj)
338            zwnd_i(ji,jj) = zztmp * zwnd_i(ji,jj)
339            zwnd_j(ji,jj) = zztmp * zwnd_j(ji,jj)
340         END DO
341      END DO
342
343      ! ... add the HF tau contribution to the wind stress module?
344      IF( lhftau ) THEN 
345!CDIR COLLAPSE
346         taum(:,:) = taum(:,:) + sf(jp_tdif)%fnow(:,:,1)
347      ENDIF
348      CALL iom_put( "taum_oce", taum )   ! output wind stress module
349
350      ! ... utau, vtau at U- and V_points, resp.
351      !     Note the use of 0.5*(2-umask) in order to unmask the stress along coastlines
352      DO jj = 1, jpjm1
353         DO ji = 1, fs_jpim1
354            utau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_i(ji,jj) + zwnd_i(ji+1,jj  ) )
355            vtau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_j(ji,jj) + zwnd_j(ji  ,jj+1) )
356         END DO
357      END DO
358      CALL lbc_lnk( utau(:,:), 'U', -1. )
359      CALL lbc_lnk( vtau(:,:), 'V', -1. )
360
361      !  Turbulent fluxes over ocean
362      ! -----------------------------
363      IF( ln_2m ) THEN
364         ! Values of temp. and hum. adjusted to 10m must be used instead of 2m values
365         zevap(:,:) = rn_efac * MAX( 0.e0, rhoa    *Ce(:,:)*( zqsatw(:,:) - zq_zu(:,:) ) * wndm(:,:) )   ! Evaporation
366         zqsb (:,:) =                      rhoa*cpa*Ch(:,:)*( zst   (:,:) - zt_zu(:,:) ) * wndm(:,:)     ! Sensible Heat
367      ELSE
368!CDIR COLLAPSE
369         zevap(:,:) = rn_efac * MAX( 0.e0, rhoa    *Ce(:,:)*( zqsatw(:,:) - sf(jp_humi)%fnow(:,:,1) ) * wndm(:,:) )   ! Evaporation
370!CDIR COLLAPSE
371         zqsb (:,:) =            rhoa*cpa*Ch(:,:)*( zst   (:,:) - sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) ) * wndm(:,:)     ! Sensible Heat
372      ENDIF
373!CDIR COLLAPSE
374      zqla (:,:) = Lv * zevap(:,:)                                                              ! Latent Heat
375
376      IF(ln_ctl) THEN
377         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqla  , clinfo1=' blk_oce_core: zqla   : ', tab2d_2=Ce , clinfo2=' Ce  : ' )
378         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqsb  , clinfo1=' blk_oce_core: zqsb   : ', tab2d_2=Ch , clinfo2=' Ch  : ' )
379         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqlw  , clinfo1=' blk_oce_core: zqlw   : ', tab2d_2=qsr, clinfo2=' qsr : ' )
380         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqsatw, clinfo1=' blk_oce_core: zqsatw : ', tab2d_2=zst, clinfo2=' zst : ' )
381         CALL prt_ctl( tab2d_1=utau  , clinfo1=' blk_oce_core: utau   : ', mask1=umask,   &
382            &          tab2d_2=vtau  , clinfo2=              ' vtau : '  , mask2=vmask )
383         CALL prt_ctl( tab2d_1=wndm  , clinfo1=' blk_oce_core: wndm   : ')
384         CALL prt_ctl( tab2d_1=zst   , clinfo1=' blk_oce_core: zst    : ')
385      ENDIF
386       
387      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
388      !     III    Total FLUXES                                                       !
389      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
390     
391!CDIR COLLAPSE
392      emp (:,:) = (  zevap(:,:)                                          &   ! mass flux (evap. - precip.)
393         &         - sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac  ) * tmask(:,:,1)
394!CDIR COLLAPSE
395      qns(:,:) = zqlw(:,:) - zqsb(:,:) - zqla(:,:)                                &   ! Downward Non Solar flux
396         &     - sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * lfus                         &   ! remove latent melting heat for solid precip
397         &     - zevap(:,:) * pst(:,:) * rcp                                      &   ! remove evap heat content at SST
398         &     + ( sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) - sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) ) * rn_pfac  &   ! add liquid precip heat content at Tair
399         &     * ( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) - rt0 ) * rcp                          &   
400         &     + sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac                                &   ! add solid  precip heat content at min(Tair,Tsnow)
401         &     * ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0_snow ) - rt0 ) * cpic 
402      !
403      CALL iom_put( "qlw_oce",   zqlw )                 ! output downward longwave heat over the ocean
404      CALL iom_put( "qsb_oce", - zqsb )                 ! output downward sensible heat over the ocean
405      CALL iom_put( "qla_oce", - zqla )                 ! output downward latent   heat over the ocean
406      CALL iom_put( "qhc_oce",   qns-zqlw+zqsb+zqla )   ! output downward heat content of E-P over the ocean
407      CALL iom_put( "qns_oce",   qns  )                 ! output downward non solar heat over the ocean
408      !
409      IF(ln_ctl) THEN
410         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqsb , clinfo1=' blk_oce_core: zqsb   : ', tab2d_2=zqlw , clinfo2=' zqlw  : ')
411         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqla , clinfo1=' blk_oce_core: zqla   : ', tab2d_2=qsr  , clinfo2=' qsr   : ')
412         CALL prt_ctl(tab2d_1=pst  , clinfo1=' blk_oce_core: pst    : ', tab2d_2=emp  , clinfo2=' emp   : ')
413         CALL prt_ctl(tab2d_1=utau , clinfo1=' blk_oce_core: utau   : ', mask1=umask,   &
414            &         tab2d_2=vtau , clinfo2=              ' vtau  : ' , mask2=vmask )
415      ENDIF
416      !
417      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zwnd_i, zwnd_j, zqsatw, zqlw, zqsb, zqla, zevap )
418      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, Cd, Ch, Ce, zst, zt_zu, zq_zu )
419      !
420      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_oce_core')
421      !
422   END SUBROUTINE blk_oce_core
423   
424   
425   SUBROUTINE blk_ice_core(  pst   , pui   , pvi   , palb ,   &
426      &                      p_taui, p_tauj, p_qns , p_qsr,   &
427      &                      p_qla , p_dqns, p_dqla,          &
428      &                      p_tpr , p_spr ,                  &
429      &                      p_fr1 , p_fr2 , cd_grid, pdim  ) 
430      !!---------------------------------------------------------------------
431      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_core  ***
432      !!
433      !! ** Purpose :   provide the surface boundary condition over sea-ice
434      !!
435      !! ** Method  :   compute momentum, heat and freshwater exchanged
436      !!                between atmosphere and sea-ice using CORE bulk
437      !!                formulea, ice variables and read atmmospheric fields.
438      !!                NB: ice drag coefficient is assumed to be a constant
439      !!
440      !! caution : the net upward water flux has with mm/day unit
441      !!---------------------------------------------------------------------
442      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   pst      ! ice surface temperature (>0, =rt0 over land) [Kelvin]
443      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   pui      ! ice surface velocity (i- and i- components      [m/s]
444      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   pvi      !    at I-point (B-grid) or U & V-point (C-grid)
445      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   palb     ! ice albedo (clear sky) (alb_ice_cs)               [%]
446      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_taui   ! i- & j-components of surface ice stress        [N/m2]
447      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_tauj   !   at I-point (B-grid) or U & V-point (C-grid)
448      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_qns    ! non solar heat flux over ice (T-point)         [W/m2]
449      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_qsr    !     solar heat flux over ice (T-point)         [W/m2]
450      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_qla    ! latent    heat flux over ice (T-point)         [W/m2]
451      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_dqns   ! non solar heat sensistivity  (T-point)         [W/m2]
452      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_dqla   ! latent    heat sensistivity  (T-point)         [W/m2]
453      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_tpr    ! total precipitation          (T-point)      [Kg/m2/s]
454      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_spr    ! solid precipitation          (T-point)      [Kg/m2/s]
455      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_fr1    ! 1sr fraction of qsr penetration in ice (T-point)  [%]
456      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_fr2    ! 2nd fraction of qsr penetration in ice (T-point)  [%]
457      CHARACTER(len=1)          , INTENT(in   ) ::   cd_grid  ! ice grid ( C or B-grid)
458      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   pdim     ! number of ice categories
459      !!
460      INTEGER  ::   ji, jj, jl    ! dummy loop indices
461      INTEGER  ::   ijpl          ! number of ice categories (size of 3rd dim of input arrays)
462      REAL(wp) ::   zst2, zst3
463      REAL(wp) ::   zcoef_wnorm, zcoef_wnorm2, zcoef_dqlw, zcoef_dqla, zcoef_dqsb
464      REAL(wp) ::   zztmp                                        ! temporary variable
465      REAL(wp) ::   zcoef_frca                                   ! fractional cloud amount
466      REAL(wp) ::   zwnorm_f, zwndi_f , zwndj_f                  ! relative wind module and components at F-point
467      REAL(wp) ::             zwndi_t , zwndj_t                  ! relative wind components at T-point
468      !!
469      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   z_wnds_t          ! wind speed ( = | U10m - U_ice | ) at T-point
470      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_qlw             ! long wave heat flux over ice
471      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_qsb             ! sensible  heat flux over ice
472      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_dqlw            ! long wave heat sensitivity over ice
473      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_dqsb            ! sensible  heat sensitivity over ice
474      !!---------------------------------------------------------------------
475      !
476      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_ice_core')
477      !
478      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, z_wnds_t )
479      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,pdim, z_qlw, z_qsb, z_dqlw, z_dqsb ) 
480
481      ijpl  = pdim                            ! number of ice categories
482
483      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
484      zcoef_wnorm  = rhoa * Cice
485      zcoef_wnorm2 = rhoa * Cice * 0.5
486      zcoef_dqlw   = 4.0 * 0.95 * Stef
487      zcoef_dqla   = -Ls * Cice * 11637800. * (-5897.8)
488      zcoef_dqsb   = rhoa * cpa * Cice
489      zcoef_frca   = 1.0  - 0.3
490
491!!gm brutal....
492      z_wnds_t(:,:) = 0.e0
493      p_taui  (:,:) = 0.e0
494      p_tauj  (:,:) = 0.e0
495!!gm end
496
497#if defined key_lim3
498      tatm_ice(:,:) = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)   ! LIM3: make Tair available in sea-ice. WARNING allocated after call to ice_init
499#endif
500      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
501      !    Wind components and module relative to the moving ocean ( U10m - U_ice )   !
502      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
503      SELECT CASE( cd_grid )
504      CASE( 'I' )                  ! B-grid ice dynamics :   I-point (i.e. F-point with sea-ice indexation)
505         !                           and scalar wind at T-point ( = | U10m - U_ice | ) (masked)
506!CDIR NOVERRCHK
507         DO jj = 2, jpjm1
508            DO ji = 2, jpim1   ! B grid : NO vector opt
509               ! ... scalar wind at I-point (fld being at T-point)
510               zwndi_f = 0.25 * (  sf(jp_wndi)%fnow(ji-1,jj  ,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji  ,jj  ,1)   &
511                  &              + sf(jp_wndi)%fnow(ji-1,jj-1,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji  ,jj-1,1)  ) - rn_vfac * pui(ji,jj)
512               zwndj_f = 0.25 * (  sf(jp_wndj)%fnow(ji-1,jj  ,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji  ,jj  ,1)   &
513                  &              + sf(jp_wndj)%fnow(ji-1,jj-1,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji  ,jj-1,1)  ) - rn_vfac * pvi(ji,jj)
514               zwnorm_f = zcoef_wnorm * SQRT( zwndi_f * zwndi_f + zwndj_f * zwndj_f )
515               ! ... ice stress at I-point
516               p_taui(ji,jj) = zwnorm_f * zwndi_f
517               p_tauj(ji,jj) = zwnorm_f * zwndj_f
518               ! ... scalar wind at T-point (fld being at T-point)
519               zwndi_t = sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.25 * (  pui(ji,jj+1) + pui(ji+1,jj+1)   &
520                  &                                                    + pui(ji,jj  ) + pui(ji+1,jj  )  )
521               zwndj_t = sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.25 * (  pvi(ji,jj+1) + pvi(ji+1,jj+1)   &
522                  &                                                    + pvi(ji,jj  ) + pvi(ji+1,jj  )  )
523               z_wnds_t(ji,jj)  = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
524            END DO
525         END DO
526         CALL lbc_lnk( p_taui  , 'I', -1. )
527         CALL lbc_lnk( p_tauj  , 'I', -1. )
528         CALL lbc_lnk( z_wnds_t, 'T',  1. )
529         !
530      CASE( 'C' )                  ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
531#if defined key_vectopt_loop
532!CDIR COLLAPSE
533#endif
534         DO jj = 2, jpj
535            DO ji = fs_2, jpi   ! vect. opt.
536               zwndi_t = (  sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pui(ji-1,jj  ) + pui(ji,jj) )  )
537               zwndj_t = (  sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pvi(ji  ,jj-1) + pvi(ji,jj) )  )
538               z_wnds_t(ji,jj)  = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
539            END DO
540         END DO
541#if defined key_vectopt_loop
542!CDIR COLLAPSE
543#endif
544         DO jj = 2, jpjm1
545            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
546               p_taui(ji,jj) = zcoef_wnorm2 * ( z_wnds_t(ji+1,jj  ) + z_wnds_t(ji,jj) )                          &
547                  &          * ( 0.5 * (sf(jp_wndi)%fnow(ji+1,jj,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) ) - rn_vfac * pui(ji,jj) )
548               p_tauj(ji,jj) = zcoef_wnorm2 * ( z_wnds_t(ji,jj+1  ) + z_wnds_t(ji,jj) )                          &
549                  &          * ( 0.5 * (sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj+1,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) ) - rn_vfac * pvi(ji,jj) )
550            END DO
551         END DO
552         CALL lbc_lnk( p_taui  , 'U', -1. )
553         CALL lbc_lnk( p_tauj  , 'V', -1. )
554         CALL lbc_lnk( z_wnds_t, 'T',  1. )
555         !
556      END SELECT
557
558      zztmp = 1. / ( 1. - albo )
559      !                                     ! ========================== !
560      DO jl = 1, ijpl                       !  Loop over ice categories  !
561         !                                  ! ========================== !
562!CDIR NOVERRCHK
563!CDIR COLLAPSE
564         DO jj = 1 , jpj
565!CDIR NOVERRCHK
566            DO ji = 1, jpi
567               ! ----------------------------!
568               !      I   Radiative FLUXES   !
569               ! ----------------------------!
570               zst2 = pst(ji,jj,jl) * pst(ji,jj,jl)
571               zst3 = pst(ji,jj,jl) * zst2
572               ! Short Wave (sw)
573               p_qsr(ji,jj,jl) = zztmp * ( 1. - palb(ji,jj,jl) ) * qsr(ji,jj)
574               ! Long  Wave (lw)
575               ! iovino
576               IF( ff(ji,jj) .GT. 0._wp ) THEN
577                  z_qlw(ji,jj,jl) = ( 0.95 * sf(jp_qlw)%fnow(ji,jj,1) - Stef * pst(ji,jj,jl) * zst3 ) * tmask(ji,jj,1)
578               ELSE
579                  z_qlw(ji,jj,jl) = 0.95 * ( sf(jp_qlw)%fnow(ji,jj,1) - Stef * pst(ji,jj,jl) * zst3 ) * tmask(ji,jj,1)
580               ENDIF
581               ! lw sensitivity
582               z_dqlw(ji,jj,jl) = zcoef_dqlw * zst3                                               
583
584               ! ----------------------------!
585               !     II    Turbulent FLUXES  !
586               ! ----------------------------!
587
588               ! ... turbulent heat fluxes
589               ! Sensible Heat
590               z_qsb(ji,jj,jl) = rhoa * cpa * Cice * z_wnds_t(ji,jj) * ( pst(ji,jj,jl) - sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) )
591               ! Latent Heat
592               p_qla(ji,jj,jl) = rn_efac * MAX( 0.e0, rhoa * Ls  * Cice * z_wnds_t(ji,jj)   &                           
593                  &                         * (  11637800. * EXP( -5897.8 / pst(ji,jj,jl) ) / rhoa - sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1)  ) )
594               ! Latent heat sensitivity for ice (Dqla/Dt)
595               p_dqla(ji,jj,jl) = rn_efac * zcoef_dqla * z_wnds_t(ji,jj) / ( zst2 ) * EXP( -5897.8 / pst(ji,jj,jl) )
596               ! Sensible heat sensitivity (Dqsb_ice/Dtn_ice)
597               z_dqsb(ji,jj,jl) = zcoef_dqsb * z_wnds_t(ji,jj)
598
599               ! ----------------------------!
600               !     III    Total FLUXES     !
601               ! ----------------------------!
602               ! Downward Non Solar flux
603               p_qns (ji,jj,jl) =     z_qlw (ji,jj,jl) - z_qsb (ji,jj,jl) - p_qla (ji,jj,jl)     
604               ! Total non solar heat flux sensitivity for ice
605               p_dqns(ji,jj,jl) = - ( z_dqlw(ji,jj,jl) + z_dqsb(ji,jj,jl) + p_dqla(ji,jj,jl) )   
606            END DO
607            !
608         END DO
609         !
610      END DO
611      !
612      !--------------------------------------------------------------------
613      ! FRACTIONs of net shortwave radiation which is not absorbed in the
614      ! thin surface layer and penetrates inside the ice cover
615      ! ( Maykut and Untersteiner, 1971 ; Ebert and Curry, 1993 )
616   
617!CDIR COLLAPSE
618      p_fr1(:,:) = ( 0.18 * ( 1.0 - zcoef_frca ) + 0.35 * zcoef_frca )
619!CDIR COLLAPSE
620      p_fr2(:,:) = ( 0.82 * ( 1.0 - zcoef_frca ) + 0.65 * zcoef_frca )
621       
622!CDIR COLLAPSE
623      p_tpr(:,:) = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac      ! total precipitation [kg/m2/s]
624!CDIR COLLAPSE
625      p_spr(:,:) = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac      ! solid precipitation [kg/m2/s]
626      CALL iom_put( 'snowpre', p_spr * 86400. )                  ! Snow precipitation
627      CALL iom_put( 'precip', p_tpr * 86400. )                   ! Total precipitation
628      !
629      IF(ln_ctl) THEN
630         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_qla   , clinfo1=' blk_ice_core: p_qla  : ', tab3d_2=z_qsb   , clinfo2=' z_qsb  : ', kdim=ijpl)
631         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_qlw   , clinfo1=' blk_ice_core: z_qlw  : ', tab3d_2=p_dqla  , clinfo2=' p_dqla : ', kdim=ijpl)
632         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_dqsb  , clinfo1=' blk_ice_core: z_dqsb : ', tab3d_2=z_dqlw  , clinfo2=' z_dqlw : ', kdim=ijpl)
633         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_dqns  , clinfo1=' blk_ice_core: p_dqns : ', tab3d_2=p_qsr   , clinfo2=' p_qsr  : ', kdim=ijpl)
634         CALL prt_ctl(tab3d_1=pst     , clinfo1=' blk_ice_core: pst    : ', tab3d_2=p_qns   , clinfo2=' p_qns  : ', kdim=ijpl)
635         CALL prt_ctl(tab2d_1=p_tpr   , clinfo1=' blk_ice_core: p_tpr  : ', tab2d_2=p_spr   , clinfo2=' p_spr  : ')
636         CALL prt_ctl(tab2d_1=p_taui  , clinfo1=' blk_ice_core: p_taui : ', tab2d_2=p_tauj  , clinfo2=' p_tauj : ')
637         CALL prt_ctl(tab2d_1=z_wnds_t, clinfo1=' blk_ice_core: z_wnds_t : ')
638      ENDIF
639
640      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, z_wnds_t )
641      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,pdim, z_qlw, z_qsb, z_dqlw, z_dqsb ) 
642      !
643      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_ice_core')
644      !
645   END SUBROUTINE blk_ice_core
646 
647
648   SUBROUTINE TURB_CORE_1Z(zu, sst, T_a, q_sat, q_a,   &
649      &                        dU , Cd , Ch   , Ce   )
650      !!----------------------------------------------------------------------
651      !!                      ***  ROUTINE  turb_core  ***
652      !!
653      !! ** Purpose :   Computes turbulent transfert coefficients of surface
654      !!                fluxes according to Large & Yeager (2004)
655      !!
656      !! ** Method  :   I N E R T I A L   D I S S I P A T I O N   M E T H O D
657      !!      Momentum, Latent and sensible heat exchange coefficients
658      !!      Caution: this procedure should only be used in cases when air
659      !!      temperature (T_air), air specific humidity (q_air) and wind (dU)
660      !!      are provided at the same height 'zzu'!
661      !!
662      !! References :   Large & Yeager, 2004 : ???
663      !!----------------------------------------------------------------------
664      REAL(wp)                , INTENT(in   ) ::   zu      ! altitude of wind measurement       [m]
665      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in   ) ::   sst     ! sea surface temperature         [Kelvin]
666      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in   ) ::   T_a     ! potential air temperature       [Kelvin]
667      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in   ) ::   q_sat   ! sea surface specific humidity   [kg/kg]
668      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in   ) ::   q_a     ! specific air humidity           [kg/kg]
669      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in   ) ::   dU      ! wind module |U(zu)-U(0)|        [m/s]
670      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(  out) ::   Cd      ! transfert coefficient for momentum       (tau)
671      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(  out) ::   Ch      ! transfert coefficient for temperature (Q_sens)
672      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(  out) ::   Ce      ! transfert coefficient for evaporation  (Q_lat)
673      !!
674      INTEGER :: j_itt
675      INTEGER , PARAMETER ::   nb_itt = 3
676      REAL(wp), PARAMETER ::   grav   = 9.8   ! gravity                       
677      REAL(wp), PARAMETER ::   kappa  = 0.4   ! von Karman s constant
678
679      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   dU10          ! dU                                   [m/s]
680      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   dT            ! air/sea temperature differeence      [K]
681      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   dq            ! air/sea humidity difference          [K]
682      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   Cd_n10        ! 10m neutral drag coefficient
683      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   Ce_n10        ! 10m neutral latent coefficient
684      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   Ch_n10        ! 10m neutral sensible coefficient
685      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   sqrt_Cd_n10   ! root square of Cd_n10
686      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   sqrt_Cd       ! root square of Cd
687      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   T_vpot        ! virtual potential temperature        [K]
688      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   T_star        ! turbulent scale of tem. fluct.
689      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   q_star        ! turbulent humidity of temp. fluct.
690      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   U_star        ! turb. scale of velocity fluct.
691      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   L             ! Monin-Obukov length                  [m]
692      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   zeta          ! stability parameter at height zu
693      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   U_n10         ! neutral wind velocity at 10m         [m]   
694      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   xlogt, xct, zpsi_h, zpsi_m
695     
696      INTEGER , DIMENSION(:,:), POINTER  ::   stab          ! 1st guess stability test integer
697      !!----------------------------------------------------------------------
698      !
699      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('TURB_CORE_1Z')
700      !
701      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, stab )   ! integer
702      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, dU10, dT, dq, Cd_n10, Ce_n10, Ch_n10, sqrt_Cd_n10, sqrt_Cd, L )
703      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, T_vpot, T_star, q_star, U_star, zeta, U_n10, xlogt, xct, zpsi_h, zpsi_m )
704
705      !! * Start
706      !! Air/sea differences
707      dU10 = max(0.5, dU)     ! we don't want to fall under 0.5 m/s
708      dT = T_a - sst          ! assuming that T_a is allready the potential temp. at zzu
709      dq = q_a - q_sat
710      !!   
711      !! Virtual potential temperature
712      T_vpot = T_a*(1. + 0.608*q_a)
713      !!
714      !! Neutral Drag Coefficient
715      stab    = 0.5 + sign(0.5,dT)    ! stable : stab = 1 ; unstable : stab = 0
716      IF  ( ln_cdgw ) THEN
717        cdn_wave = cdn_wave - rsmall*(tmask(:,:,1)-1)
718        Cd_n10(:,:) =   cdn_wave
719      ELSE
720        Cd_n10  = 1E-3 * ( 2.7/dU10 + 0.142 + dU10/13.09 )    !   L & Y eq. (6a)
721      ENDIF
722      sqrt_Cd_n10 = sqrt(Cd_n10)
723      Ce_n10  = 1E-3 * ( 34.6 * sqrt_Cd_n10 )               !   L & Y eq. (6b)
724      Ch_n10  = 1E-3*sqrt_Cd_n10*(18*stab + 32.7*(1-stab)) !   L & Y eq. (6c), (6d)
725      !!
726      !! Initializing transfert coefficients with their first guess neutral equivalents :
727      Cd = Cd_n10 ;  Ce = Ce_n10 ;  Ch = Ch_n10 ;  sqrt_Cd = sqrt(Cd)
728
729      !! * Now starting iteration loop
730      DO j_itt=1, nb_itt
731         !! Turbulent scales :
732         U_star  = sqrt_Cd*dU10                !   L & Y eq. (7a)
733         T_star  = Ch/sqrt_Cd*dT               !   L & Y eq. (7b)
734         q_star  = Ce/sqrt_Cd*dq               !   L & Y eq. (7c)
735
736         !! Estimate the Monin-Obukov length :
737         L  = (U_star**2)/( kappa*grav*(T_star/T_vpot + q_star/(q_a + 1./0.608)) )
738
739         !! Stability parameters :
740         zeta  = zu/L ;  zeta   = sign( min(abs(zeta),10.0), zeta )
741         zpsi_h  = psi_h(zeta)
742         zpsi_m  = psi_m(zeta)
743
744         IF  ( ln_cdgw ) THEN
745           sqrt_Cd=kappa/((kappa/sqrt_Cd_n10) - zpsi_m) ; Cd=sqrt_Cd*sqrt_Cd;
746         ELSE
747           !! Shifting the wind speed to 10m and neutral stability :
748           U_n10 = dU10*1./(1. + sqrt_Cd_n10/kappa*(log(zu/10.) - zpsi_m)) !  L & Y eq. (9a)
749
750           !! Updating the neutral 10m transfer coefficients :
751           Cd_n10  = 1E-3 * (2.7/U_n10 + 0.142 + U_n10/13.09)              !  L & Y eq. (6a)
752           sqrt_Cd_n10 = sqrt(Cd_n10)
753           Ce_n10  = 1E-3 * (34.6 * sqrt_Cd_n10)                           !  L & Y eq. (6b)
754           stab    = 0.5 + sign(0.5,zeta)
755           Ch_n10  = 1E-3*sqrt_Cd_n10*(18.*stab + 32.7*(1-stab))           !  L & Y eq. (6c), (6d)
756
757           !! Shifting the neutral  10m transfer coefficients to ( zu , zeta ) :
758           !!
759           xct = 1. + sqrt_Cd_n10/kappa*(log(zu/10) - zpsi_m)
760           Cd  = Cd_n10/(xct*xct) ;  sqrt_Cd = sqrt(Cd)
761         ENDIF
762         !!
763         xlogt = log(zu/10.) - zpsi_h
764         !!
765         xct = 1. + Ch_n10*xlogt/kappa/sqrt_Cd_n10
766         Ch  = Ch_n10*sqrt_Cd/sqrt_Cd_n10/xct
767         !!
768         xct = 1. + Ce_n10*xlogt/kappa/sqrt_Cd_n10
769         Ce  = Ce_n10*sqrt_Cd/sqrt_Cd_n10/xct
770         !!
771      END DO
772      !!
773      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, stab )   ! integer
774      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, dU10, dT, dq, Cd_n10, Ce_n10, Ch_n10, sqrt_Cd_n10, sqrt_Cd, L )
775      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, T_vpot, T_star, q_star, U_star, zeta, U_n10, xlogt, xct, zpsi_h, zpsi_m )
776      !
777      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('TURB_CORE_1Z')
778      !
779    END SUBROUTINE TURB_CORE_1Z
780
781
782    SUBROUTINE TURB_CORE_2Z(zt, zu, sst, T_zt, q_sat, q_zt, dU, Cd, Ch, Ce, T_zu, q_zu)
783      !!----------------------------------------------------------------------
784      !!                      ***  ROUTINE  turb_core  ***
785      !!
786      !! ** Purpose :   Computes turbulent transfert coefficients of surface
787      !!                fluxes according to Large & Yeager (2004).
788      !!
789      !! ** Method  :   I N E R T I A L   D I S S I P A T I O N   M E T H O D
790      !!      Momentum, Latent and sensible heat exchange coefficients
791      !!      Caution: this procedure should only be used in cases when air
792      !!      temperature (T_air) and air specific humidity (q_air) are at 2m
793      !!      whereas wind (dU) is at 10m.
794      !!
795      !! References :   Large & Yeager, 2004 : ???
796      !!----------------------------------------------------------------------
797      REAL(wp), INTENT(in   )                     ::   zt       ! height for T_zt and q_zt                   [m]
798      REAL(wp), INTENT(in   )                     ::   zu       ! height for dU                              [m]
799      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   sst      ! sea surface temperature              [Kelvin]
800      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   T_zt     ! potential air temperature            [Kelvin]
801      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_sat    ! sea surface specific humidity         [kg/kg]
802      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_zt     ! specific air humidity                 [kg/kg]
803      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   dU       ! relative wind module |U(zu)-U(0)|       [m/s]
804      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Cd       ! transfer coefficient for momentum         (tau)
805      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ch       ! transfer coefficient for sensible heat (Q_sens)
806      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ce       ! transfert coefficient for evaporation   (Q_lat)
807      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   T_zu     ! air temp. shifted at zu                     [K]
808      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_zu     ! spec. hum.  shifted at zu               [kg/kg]
809
810      INTEGER :: j_itt
811      INTEGER , PARAMETER :: nb_itt = 3              ! number of itterations
812      REAL(wp), PARAMETER ::   grav   = 9.8          ! gravity                       
813      REAL(wp), PARAMETER ::   kappa  = 0.4          ! von Karman's constant
814     
815      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   dU10          ! dU                                [m/s]
816      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   dT            ! air/sea temperature differeence   [K]
817      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   dq            ! air/sea humidity difference       [K]
818      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Cd_n10        ! 10m neutral drag coefficient
819      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ce_n10        ! 10m neutral latent coefficient
820      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ch_n10        ! 10m neutral sensible coefficient
821      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   sqrt_Cd_n10   ! root square of Cd_n10
822      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   sqrt_Cd       ! root square of Cd
823      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   T_vpot        ! virtual potential temperature        [K]
824      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   T_star        ! turbulent scale of tem. fluct.
825      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   q_star        ! turbulent humidity of temp. fluct.
826      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   U_star        ! turb. scale of velocity fluct.
827      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   L             ! Monin-Obukov length                  [m]
828      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zeta_u        ! stability parameter at height zu
829      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zeta_t        ! stability parameter at height zt
830      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   U_n10         ! neutral wind velocity at 10m        [m]
831      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   xlogt, xct, zpsi_hu, zpsi_ht, zpsi_m
832
833      INTEGER , DIMENSION(:,:), POINTER ::   stab          ! 1st stability test integer
834      !!----------------------------------------------------------------------
835      !
836      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('TURB_CORE_2Z')
837      !
838      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, dU10, dT, dq, Cd_n10, Ce_n10, Ch_n10, sqrt_Cd_n10, sqrt_Cd, L )
839      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, T_vpot, T_star, q_star, U_star, zeta_u, zeta_t, U_n10 )
840      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, xlogt, xct, zpsi_hu, zpsi_ht, zpsi_m )
841      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, stab )   ! interger
842
843      !! Initial air/sea differences
844      dU10 = max(0.5, dU)      !  we don't want to fall under 0.5 m/s
845      dT = T_zt - sst 
846      dq = q_zt - q_sat
847
848      !! Neutral Drag Coefficient :
849      stab = 0.5 + sign(0.5,dT)                 ! stab = 1  if dT > 0  -> STABLE
850      IF( ln_cdgw ) THEN
851        cdn_wave = cdn_wave - rsmall*(tmask(:,:,1)-1)
852        Cd_n10(:,:) =   cdn_wave
853      ELSE
854        Cd_n10  = 1E-3*( 2.7/dU10 + 0.142 + dU10/13.09 ) 
855      ENDIF
856      sqrt_Cd_n10 = sqrt(Cd_n10)
857      Ce_n10  = 1E-3*( 34.6 * sqrt_Cd_n10 )
858      Ch_n10  = 1E-3*sqrt_Cd_n10*(18*stab + 32.7*(1 - stab))
859
860      !! Initializing transf. coeff. with their first guess neutral equivalents :
861      Cd = Cd_n10 ;  Ce = Ce_n10 ;  Ch = Ch_n10 ;  sqrt_Cd = sqrt(Cd)
862
863      !! Initializing z_u values with z_t values :
864      T_zu = T_zt ;  q_zu = q_zt
865
866      !!  * Now starting iteration loop
867      DO j_itt=1, nb_itt
868         dT = T_zu - sst ;  dq = q_zu - q_sat ! Updating air/sea differences
869         T_vpot = T_zu*(1. + 0.608*q_zu)    ! Updating virtual potential temperature at zu
870         U_star = sqrt_Cd*dU10                ! Updating turbulent scales :   (L & Y eq. (7))
871         T_star  = Ch/sqrt_Cd*dT              !
872         q_star  = Ce/sqrt_Cd*dq              !
873         !!
874         L = (U_star*U_star) &                ! Estimate the Monin-Obukov length at height zu
875              & / (kappa*grav/T_vpot*(T_star*(1.+0.608*q_zu) + 0.608*T_zu*q_star))
876         !! Stability parameters :
877         zeta_u  = zu/L  ;  zeta_u = sign( min(abs(zeta_u),10.0), zeta_u )
878         zeta_t  = zt/L  ;  zeta_t = sign( min(abs(zeta_t),10.0), zeta_t )
879         zpsi_hu = psi_h(zeta_u)
880         zpsi_ht = psi_h(zeta_t)
881         zpsi_m  = psi_m(zeta_u)
882         !!
883         !! Shifting the wind speed to 10m and neutral stability : (L & Y eq.(9a))
884!        U_n10 = dU10/(1. + sqrt_Cd_n10/kappa*(log(zu/10.) - psi_m(zeta_u)))
885         U_n10 = dU10/(1. + sqrt_Cd_n10/kappa*(log(zu/10.) - zpsi_m))
886         !!
887         !! Shifting temperature and humidity at zu :          (L & Y eq. (9b-9c))
888!        T_zu = T_zt - T_star/kappa*(log(zt/zu) + psi_h(zeta_u) - psi_h(zeta_t))
889         T_zu = T_zt - T_star/kappa*(log(zt/zu) + zpsi_hu - zpsi_ht)
890!        q_zu = q_zt - q_star/kappa*(log(zt/zu) + psi_h(zeta_u) - psi_h(zeta_t))
891         q_zu = q_zt - q_star/kappa*(log(zt/zu) + zpsi_hu - zpsi_ht)
892         !!
893         !! q_zu cannot have a negative value : forcing 0
894         stab = 0.5 + sign(0.5,q_zu) ;  q_zu = stab*q_zu
895         !!
896         IF( ln_cdgw ) THEN
897            sqrt_Cd=kappa/((kappa/sqrt_Cd_n10) - zpsi_m) ; Cd=sqrt_Cd*sqrt_Cd;
898         ELSE
899           !! Updating the neutral 10m transfer coefficients :
900           Cd_n10  = 1E-3 * (2.7/U_n10 + 0.142 + U_n10/13.09)    ! L & Y eq. (6a)
901           sqrt_Cd_n10 = sqrt(Cd_n10)
902           Ce_n10  = 1E-3 * (34.6 * sqrt_Cd_n10)                 ! L & Y eq. (6b)
903           stab    = 0.5 + sign(0.5,zeta_u)
904           Ch_n10  = 1E-3*sqrt_Cd_n10*(18.*stab + 32.7*(1-stab)) ! L & Y eq. (6c-6d)
905           !!
906           !!
907           !! Shifting the neutral 10m transfer coefficients to (zu,zeta_u) :
908           xct = 1. + sqrt_Cd_n10/kappa*(log(zu/10.) - zpsi_m)
909           Cd = Cd_n10/(xct*xct) ; sqrt_Cd = sqrt(Cd)
910         ENDIF
911         !!
912         xlogt = log(zu/10.) - zpsi_hu
913         !!
914         xct = 1. + Ch_n10*xlogt/kappa/sqrt_Cd_n10
915         Ch  = Ch_n10*sqrt_Cd/sqrt_Cd_n10/xct
916         !!
917         xct = 1. + Ce_n10*xlogt/kappa/sqrt_Cd_n10
918         Ce  = Ce_n10*sqrt_Cd/sqrt_Cd_n10/xct
919         !!
920         !!
921      END DO
922      !!
923      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, dU10, dT, dq, Cd_n10, Ce_n10, Ch_n10, sqrt_Cd_n10, sqrt_Cd, L )
924      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, T_vpot, T_star, q_star, U_star, zeta_u, zeta_t, U_n10 )
925      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, xlogt, xct, zpsi_hu, zpsi_ht, zpsi_m )
926      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, stab )   ! interger
927      !
928      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('TURB_CORE_2Z')
929      !
930    END SUBROUTINE TURB_CORE_2Z
931
932
933    FUNCTION psi_m(zta)   !! Psis, L & Y eq. (8c), (8d), (8e)
934      !-------------------------------------------------------------------------------
935      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) :: zta
936
937      REAL(wp), PARAMETER :: pi = 3.141592653589793_wp
938      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             :: psi_m
939      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER        :: X2, X, stabit
940      !-------------------------------------------------------------------------------
941
942      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
943
944      X2 = sqrt(abs(1. - 16.*zta))  ;  X2 = max(X2 , 1.0) ;  X  = sqrt(X2)
945      stabit    = 0.5 + sign(0.5,zta)
946      psi_m = -5.*zta*stabit  &                                                          ! Stable
947         &    + (1. - stabit)*(2*log((1. + X)/2) + log((1. + X2)/2) - 2*atan(X) + pi/2)  ! Unstable
948
949      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
950      !
951    END FUNCTION psi_m
952
953
954    FUNCTION psi_h( zta )    !! Psis, L & Y eq. (8c), (8d), (8e)
955      !-------------------------------------------------------------------------------
956      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   zta
957      !
958      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             ::   psi_h
959      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER        :: X2, X, stabit
960      !-------------------------------------------------------------------------------
961
962      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
963
964      X2 = sqrt(abs(1. - 16.*zta))  ;  X2 = max(X2 , 1.) ;  X  = sqrt(X2)
965      stabit    = 0.5 + sign(0.5,zta)
966      psi_h = -5.*zta*stabit  &                                       ! Stable
967         &    + (1. - stabit)*(2.*log( (1. + X2)/2. ))                 ! Unstable
968
969      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
970      !
971    END FUNCTION psi_h
972 
973   !!======================================================================
974END MODULE sbcblk_core
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.