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sbcblk_core.F90 in branches/2013/dev_r3987_UKMO6_C1D/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC – NEMO

source: branches/2013/dev_r3987_UKMO6_C1D/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/sbcblk_core.F90 @ 4144

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  • Property svn:keywords set to Id
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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
45   IMPLICIT NONE
46   PRIVATE
47
48   PUBLIC   sbc_blk_core         ! routine called in sbcmod module
49   PUBLIC   blk_ice_core         ! routine called in sbc_ice_lim module
50   PUBLIC   turb_core_2z         ! routine calles in sbcblk_mfs module
51
52   INTEGER , PARAMETER ::   jpfld   = 9           ! maximum number of files to read
53   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndi = 1           ! index of 10m wind velocity (i-component) (m/s)    at T-point
54   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndj = 2           ! index of 10m wind velocity (j-component) (m/s)    at T-point
55   INTEGER , PARAMETER ::   jp_humi = 3           ! index of specific humidity               ( % )
56   INTEGER , PARAMETER ::   jp_qsr  = 4           ! index of solar heat                      (W/m2)
57   INTEGER , PARAMETER ::   jp_qlw  = 5           ! index of Long wave                       (W/m2)
58   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tair = 6           ! index of 10m air temperature             (Kelvin)
59   INTEGER , PARAMETER ::   jp_prec = 7           ! index of total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
60   INTEGER , PARAMETER ::   jp_snow = 8           ! index of snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
61   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tdif = 9           ! index of tau diff associated to HF tau   (N/m2)   at T-point
62   
63   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   sf   ! structure of input fields (file informations, fields read)
64         
65   !                                             !!! CORE bulk parameters
66   REAL(wp), PARAMETER ::   rhoa =    1.22        ! air density
67   REAL(wp), PARAMETER ::   cpa  = 1000.5         ! specific heat of air
68   REAL(wp), PARAMETER ::   Lv   =    2.5e6       ! latent heat of vaporization
69   REAL(wp), PARAMETER ::   Ls   =    2.839e6     ! latent heat of sublimation
70   REAL(wp), PARAMETER ::   Stef =    5.67e-8     ! Stefan Boltzmann constant
71   REAL(wp), PARAMETER ::   Cice =    1.63e-3     ! transfer coefficient over ice
72   REAL(wp), PARAMETER ::   albo =    0.066       ! ocean albedo assumed to be constant
73
74   !                                  !!* Namelist namsbc_core : CORE bulk parameters
75   LOGICAL  ::   ln_2m     = .FALSE.   ! logical flag for case where z(q,t) = 2m and z(u) = 10m
76   LOGICAL  ::   ln_bulk2z = .FALSE.   ! logical flag for case where z(q,t) and z(u) are specified in the namelist
77   REAL(wp) ::   rn_zqt    = 10.       ! z(q,t) : height of humidity and temperature measurements
78   REAL(wp) ::   rn_zu     = 10.       ! z(u)   : height of wind measurements
79   LOGICAL  ::   ln_taudif = .FALSE.   ! logical flag to use the "mean of stress module - module of mean stress" data
80   REAL(wp) ::   rn_pfac   = 1.        ! multiplication factor for precipitation
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      !!
128      CHARACTER(len=100) ::  cn_dir   !   Root directory for location of core files
129      TYPE(FLD_N), DIMENSION(jpfld) ::   slf_i     ! array of namelist informations on the fields to read
130      TYPE(FLD_N) ::   sn_wndi, sn_wndj, sn_humi, sn_qsr             ! informations about the fields to be read
131      TYPE(FLD_N) ::   sn_qlw , sn_tair, sn_prec, sn_snow, sn_tdif   !       -                       -
132      NAMELIST/namsbc_core/ cn_dir , ln_2m  , ln_taudif, rn_pfac,           &
133         &                  sn_wndi, sn_wndj, sn_humi  , sn_qsr ,           &
134         &                  sn_qlw , sn_tair, sn_prec  , sn_snow,           &
135         &                  sn_tdif, rn_zqt , ln_bulk2z, rn_zu
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_wndi = FLD_N( 'uwnd10m',    24     , 'u_10'   ,  .false.   , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       )
148         sn_wndj = FLD_N( 'vwnd10m',    24     , 'v_10'   ,  .false.   , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       )
149         sn_qsr  = FLD_N( 'qsw'    ,    24     , 'qsw'    ,  .false.   , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       )
150         sn_qlw  = FLD_N( 'qlw'    ,    24     , 'qlw'    ,  .false.   , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       )
151         sn_tair = FLD_N( 'tair10m',    24     , 't_10'   ,  .false.   , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       )
152         sn_humi = FLD_N( 'humi10m',    24     , 'q_10'   ,  .false.   , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       )
153         sn_prec = FLD_N( 'precip' ,    -1     , 'precip' ,  .true.    , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       )
154         sn_snow = FLD_N( 'snow'   ,    -1     , 'snow'   ,  .true.    , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       )
155         sn_tdif = FLD_N( 'taudif' ,    24     , 'taudif' ,  .true.    , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       )
156         !
157         REWIND( numnam )                          ! read in namlist namsbc_core
158         READ  ( numnam, namsbc_core )
159         !                                         ! check: do we plan to use ln_dm2dc with non-daily forcing?
160         IF( ln_dm2dc .AND. sn_qsr%nfreqh /= 24 )   & 
161            &   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_core: ln_dm2dc can be activated only with daily short-wave forcing' ) 
162         IF( ln_dm2dc .AND. sn_qsr%ln_tint ) THEN
163            CALL ctl_warn( 'sbc_blk_core: ln_dm2dc is taking care of the temporal interpolation of daily qsr',   &
164                 &         '              ==> We force time interpolation = .false. for qsr' )
165            sn_qsr%ln_tint = .false.
166         ENDIF
167         !                                         ! store namelist information in an array
168         slf_i(jp_wndi) = sn_wndi   ;   slf_i(jp_wndj) = sn_wndj
169         slf_i(jp_qsr ) = sn_qsr    ;   slf_i(jp_qlw ) = sn_qlw
170         slf_i(jp_tair) = sn_tair   ;   slf_i(jp_humi) = sn_humi
171         slf_i(jp_prec) = sn_prec   ;   slf_i(jp_snow) = sn_snow
172         slf_i(jp_tdif) = sn_tdif
173         !                 
174         lhftau = ln_taudif                        ! do we use HF tau information?
175         jfld = jpfld - COUNT( (/.NOT. lhftau/) )
176         !
177         ALLOCATE( sf(jfld), STAT=ierror )         ! set sf structure
178         IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_core: unable to allocate sf structure' )
179         DO ifpr= 1, jfld
180            ALLOCATE( sf(ifpr)%fnow(jpi,jpj,1) )
181            IF( slf_i(ifpr)%ln_tint )   ALLOCATE( sf(ifpr)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
182         END DO
183         !                                         ! fill sf with slf_i and control print
184         CALL fld_fill( sf, slf_i, cn_dir, 'sbc_blk_core', 'flux formulation for ocean surface boundary condition', 'namsbc_core' )
185         !
186         sfx(:,:) = 0._wp                          ! salt flux; zero unless ice is present (computed in limsbc(_2).F90)
187         !
188      ENDIF
189
190      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )             ! input fields provided at the current time-step
191
192      !                                            ! compute the surface ocean fluxes using CORE bulk formulea
193      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   CALL blk_oce_core( kt, sf, sst_m, ssu_m, ssv_m )
194
195#if defined key_cice
196      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   THEN
197         qlw_ice(:,:,1)   = sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1) 
198         qsr_ice(:,:,1)   = sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)
199         tatm_ice(:,:)    = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)         
200         qatm_ice(:,:)    = sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)
201         tprecip(:,:)     = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
202         sprecip(:,:)     = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
203         wndi_ice(:,:)    = sf(jp_wndi)%fnow(:,:,1)
204         wndj_ice(:,:)    = sf(jp_wndj)%fnow(:,:,1)
205      ENDIF
206#endif
207      !
208   END SUBROUTINE sbc_blk_core
209   
210   
211   SUBROUTINE blk_oce_core( kt, sf, pst, pu, pv )
212      !!---------------------------------------------------------------------
213      !!                     ***  ROUTINE blk_core  ***
214      !!
215      !! ** Purpose :   provide the momentum, heat and freshwater fluxes at
216      !!      the ocean surface at each time step
217      !!
218      !! ** Method  :   CORE bulk formulea for the ocean using atmospheric
219      !!      fields read in sbc_read
220      !!
221      !! ** Outputs : - utau    : i-component of the stress at U-point  (N/m2)
222      !!              - vtau    : j-component of the stress at V-point  (N/m2)
223      !!              - taum    : Wind stress module at T-point         (N/m2)
224      !!              - wndm    : Wind speed module at T-point          (m/s)
225      !!              - qsr     : Solar heat flux over the ocean        (W/m2)
226      !!              - qns     : Non Solar heat flux over the ocean    (W/m2)
227      !!              - evap    : Evaporation over the ocean            (kg/m2/s)
228      !!              - emp     : evaporation minus precipitation       (kg/m2/s)
229      !!
230      !!  ** Nota  :   sf has to be a dummy argument for AGRIF on NEC
231      !!---------------------------------------------------------------------
232      INTEGER  , INTENT(in   )                 ::   kt    ! time step index
233      TYPE(fld), INTENT(inout), DIMENSION(:)   ::   sf    ! input data
234      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pst   ! surface temperature                      [Celcius]
235      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pu    ! surface current at U-point (i-component) [m/s]
236      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pv    ! surface current at V-point (j-component) [m/s]
237      !
238      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
239      REAL(wp) ::   zcoef_qsatw, zztmp   ! local variable
240      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zwnd_i, zwnd_j    ! wind speed components at T-point
241      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zqsatw            ! specific humidity at pst
242      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zqlw, zqsb        ! long wave and sensible heat fluxes
243      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zqla, zevap       ! latent heat fluxes and evaporation
244      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Cd                ! transfer coefficient for momentum      (tau)
245      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ch                ! transfer coefficient for sensible heat (Q_sens)
246      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ce                ! tansfert coefficient for evaporation   (Q_lat)
247      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zst               ! surface temperature in Kelvin
248      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zt_zu             ! air temperature at wind speed height
249      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zq_zu             ! air spec. hum.  at wind speed height
250      !!---------------------------------------------------------------------
251      !
252      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_oce_core')
253      !
254      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zwnd_i, zwnd_j, zqsatw, zqlw, zqsb, zqla, zevap )
255      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, Cd, Ch, Ce, zst, zt_zu, zq_zu )
256      !
257      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
258      zcoef_qsatw = 0.98 * 640380. / rhoa
259     
260      zst(:,:) = pst(:,:) + rt0      ! convert SST from Celcius to Kelvin (and set minimum value far above 0 K)
261
262      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
263      !      0   Wind components and module at T-point relative to the moving ocean   !
264      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
265
266      ! ... components ( U10m - U_oce ) at T-point (unmasked)
267      zwnd_i(:,:) = 0.e0 
268      zwnd_j(:,:) = 0.e0
269#if defined key_cyclone
270# if defined key_vectopt_loop
271!CDIR COLLAPSE
272# endif
273      CALL wnd_cyc( kt, zwnd_i, zwnd_j )    ! add Manu !
274      DO jj = 2, jpjm1
275         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
276            sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) = sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) + zwnd_i(ji,jj)
277            sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) = sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) + zwnd_j(ji,jj)
278         END DO
279      END DO
280#endif
281#if defined key_vectopt_loop
282!CDIR COLLAPSE
283#endif
284      DO jj = 2, jpjm1
285         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
286            zwnd_i(ji,jj) = (  sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - 0.5 * ( pu(ji-1,jj  ) + pu(ji,jj) )  )
287            zwnd_j(ji,jj) = (  sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - 0.5 * ( pv(ji  ,jj-1) + pv(ji,jj) )  )
288         END DO
289      END DO
290      CALL lbc_lnk( zwnd_i(:,:) , 'T', -1. )
291      CALL lbc_lnk( zwnd_j(:,:) , 'T', -1. )
292      ! ... scalar wind ( = | U10m - U_oce | ) at T-point (masked)
293!CDIR NOVERRCHK
294!CDIR COLLAPSE
295      wndm(:,:) = SQRT(  zwnd_i(:,:) * zwnd_i(:,:)   &
296         &             + zwnd_j(:,:) * zwnd_j(:,:)  ) * tmask(:,:,1)
297
298      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
299      !      I   Radiative FLUXES                                                     !
300      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
301   
302      ! ocean albedo assumed to be constant + modify now Qsr to include the diurnal cycle                    ! Short Wave
303      zztmp = 1. - albo
304      IF( ln_dm2dc ) THEN   ;   qsr(:,:) = zztmp * sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) ) * tmask(:,:,1)
305      ELSE                  ;   qsr(:,:) = zztmp *          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)   * tmask(:,:,1)
306      ENDIF
307!CDIR COLLAPSE
308      zqlw(:,:) = (  sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1) - Stef * zst(:,:)*zst(:,:)*zst(:,:)*zst(:,:)  ) * tmask(:,:,1)   ! Long  Wave
309      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
310      !     II    Turbulent FLUXES                                                    !
311      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
312
313      ! ... specific humidity at SST and IST
314!CDIR NOVERRCHK
315!CDIR COLLAPSE
316      zqsatw(:,:) = zcoef_qsatw * EXP( -5107.4 / zst(:,:) ) 
317
318      ! ... NCAR Bulk formulae, computation of Cd, Ch, Ce at T-point :
319      IF( ln_2m ) THEN
320         !! If air temp. and spec. hum. are given at different height (2m) than wind (10m) :
321         CALL TURB_CORE_2Z(2.,10., zst   , sf(jp_tair)%fnow,         &
322            &                      zqsatw, sf(jp_humi)%fnow, wndm,   &
323            &                      Cd    , Ch              , Ce  ,   &
324            &                      zt_zu , zq_zu                   )
325      ELSE IF( ln_bulk2z ) THEN
326         !! If the height of the air temp./spec. hum. and wind are to be specified by hand :
327         IF( rn_zqt == rn_zu ) THEN
328            !! If air temp. and spec. hum. are at the same height as wind :
329            CALL TURB_CORE_1Z( rn_zu, zst   , sf(jp_tair)%fnow(:,:,1),       &
330               &                      zqsatw, sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), wndm, &
331               &                      Cd    , Ch                     , Ce  )
332         ELSE
333            !! If air temp. and spec. hum. are at a different height to wind :
334            CALL TURB_CORE_2Z(rn_zqt, rn_zu , zst   , sf(jp_tair)%fnow,         &
335               &                              zqsatw, sf(jp_humi)%fnow, wndm,   &
336               &                              Cd    , Ch              , Ce  ,   &
337               &                              zt_zu , zq_zu                 )
338         ENDIF
339      ELSE
340         !! If air temp. and spec. hum. are given at same height than wind (10m) :
341!gm bug?  at the compiling phase, add a copy in temporary arrays...  ==> check perf
342!         CALL TURB_CORE_1Z( 10., zst   (:,:), sf(jp_tair)%fnow(:,:),              &
343!            &                    zqsatw(:,:), sf(jp_humi)%fnow(:,:), wndm(:,:),   &
344!            &                    Cd    (:,:),             Ch  (:,:), Ce  (:,:)  )
345!gm bug
346! ARPDBG - this won't compile with gfortran. Fix but check performance
347! as per comment above.
348         CALL TURB_CORE_1Z( 10., zst   , sf(jp_tair)%fnow(:,:,1),       &
349            &                    zqsatw, sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), wndm, &
350            &                    Cd    , Ch              , Ce    )
351      ENDIF
352
353      ! ... tau module, i and j component
354      DO jj = 1, jpj
355         DO ji = 1, jpi
356            zztmp = rhoa * wndm(ji,jj) * Cd(ji,jj)
357            taum  (ji,jj) = zztmp * wndm  (ji,jj)
358            zwnd_i(ji,jj) = zztmp * zwnd_i(ji,jj)
359            zwnd_j(ji,jj) = zztmp * zwnd_j(ji,jj)
360         END DO
361      END DO
362
363      ! ... add the HF tau contribution to the wind stress module?
364      IF( lhftau ) THEN 
365!CDIR COLLAPSE
366         taum(:,:) = taum(:,:) + sf(jp_tdif)%fnow(:,:,1)
367      ENDIF
368      CALL iom_put( "taum_oce", taum )   ! output wind stress module
369
370      ! ... utau, vtau at U- and V_points, resp.
371      !     Note the use of 0.5*(2-umask) in order to unmask the stress along coastlines
372      DO jj = 1, jpjm1
373         DO ji = 1, fs_jpim1
374            utau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_i(ji,jj) + zwnd_i(ji+1,jj  ) )
375            vtau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_j(ji,jj) + zwnd_j(ji  ,jj+1) )
376         END DO
377      END DO
378      CALL lbc_lnk( utau(:,:), 'U', -1. )
379      CALL lbc_lnk( vtau(:,:), 'V', -1. )
380
381      !  Turbulent fluxes over ocean
382      ! -----------------------------
383      IF( ln_2m .OR. ( ln_bulk2z .AND. rn_zqt /= rn_zu ) ) THEN
384         ! Values of temp. and hum. adjusted to height of wind must be used
385         zevap(:,:) = MAX( 0.e0, rhoa    *Ce(:,:)*( zqsatw(:,:) - zq_zu(:,:) ) * wndm(:,:) )   ! Evaporation
386         zqsb (:,:) =            rhoa*cpa*Ch(:,:)*( zst   (:,:) - zt_zu(:,:) ) * wndm(:,:)     ! Sensible Heat
387      ELSE
388!CDIR COLLAPSE
389         zevap(:,:) = MAX( 0.e0, rhoa    *Ce(:,:)*( zqsatw(:,:) - sf(jp_humi)%fnow(:,:,1) ) * wndm(:,:) )   ! Evaporation
390!CDIR COLLAPSE
391         zqsb (:,:) =            rhoa*cpa*Ch(:,:)*( zst   (:,:) - sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) ) * wndm(:,:)     ! Sensible Heat
392      ENDIF
393!CDIR COLLAPSE
394      zqla (:,:) = Lv * zevap(:,:)                                                              ! Latent Heat
395
396      IF(ln_ctl) THEN
397         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqla  , clinfo1=' blk_oce_core: zqla   : ', tab2d_2=Ce , clinfo2=' Ce  : ' )
398         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqsb  , clinfo1=' blk_oce_core: zqsb   : ', tab2d_2=Ch , clinfo2=' Ch  : ' )
399         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqlw  , clinfo1=' blk_oce_core: zqlw   : ', tab2d_2=qsr, clinfo2=' qsr : ' )
400         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqsatw, clinfo1=' blk_oce_core: zqsatw : ', tab2d_2=zst, clinfo2=' zst : ' )
401         CALL prt_ctl( tab2d_1=utau  , clinfo1=' blk_oce_core: utau   : ', mask1=umask,   &
402            &          tab2d_2=vtau  , clinfo2=              ' vtau : '  , mask2=vmask )
403         CALL prt_ctl( tab2d_1=wndm  , clinfo1=' blk_oce_core: wndm   : ')
404         CALL prt_ctl( tab2d_1=zst   , clinfo1=' blk_oce_core: zst    : ')
405      ENDIF
406       
407      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
408      !     III    Total FLUXES                                                       !
409      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
410     
411!CDIR COLLAPSE
412      emp (:,:) = (  zevap(:,:)                                          &   ! mass flux (evap. - precip.)
413         &         - sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac  ) * tmask(:,:,1)
414!CDIR COLLAPSE
415      qns(:,:) = zqlw(:,:) - zqsb(:,:) - zqla(:,:)                                &   ! Downward Non Solar flux
416         &     - sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * lfus                         &   ! remove latent melting heat for solid precip
417         &     - zevap(:,:) * pst(:,:) * rcp                                      &   ! remove evap heat content at SST
418         &     + ( sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) - sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) ) * rn_pfac  &   ! add liquid precip heat content at Tair
419         &     * ( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) - rt0 ) * rcp                          &   
420         &     + sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac                                &   ! add solid  precip heat content at min(Tair,Tsnow)
421         &     * ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0_snow ) - rt0 ) * cpic 
422      !
423      CALL iom_put( "qlw_oce",   zqlw )                 ! output downward longwave heat over the ocean
424      CALL iom_put( "qsb_oce", - zqsb )                 ! output downward sensible heat over the ocean
425      CALL iom_put( "qla_oce", - zqla )                 ! output downward latent   heat over the ocean
426      CALL iom_put( "qhc_oce",   qns-zqlw+zqsb+zqla )   ! output downward heat content of E-P over the ocean
427      CALL iom_put( "qns_oce",   qns  )                 ! output downward non solar heat over the ocean
428      !
429      IF(ln_ctl) THEN
430         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqsb , clinfo1=' blk_oce_core: zqsb   : ', tab2d_2=zqlw , clinfo2=' zqlw  : ')
431         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqla , clinfo1=' blk_oce_core: zqla   : ', tab2d_2=qsr  , clinfo2=' qsr   : ')
432         CALL prt_ctl(tab2d_1=pst  , clinfo1=' blk_oce_core: pst    : ', tab2d_2=emp  , clinfo2=' emp   : ')
433         CALL prt_ctl(tab2d_1=utau , clinfo1=' blk_oce_core: utau   : ', mask1=umask,   &
434            &         tab2d_2=vtau , clinfo2=              ' vtau  : ' , mask2=vmask )
435      ENDIF
436      !
437      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zwnd_i, zwnd_j, zqsatw, zqlw, zqsb, zqla, zevap )
438      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, Cd, Ch, Ce, zst, zt_zu, zq_zu )
439      !
440      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_oce_core')
441      !
442   END SUBROUTINE blk_oce_core
443   
444   
445   SUBROUTINE blk_ice_core(  pst   , pui   , pvi   , palb ,   &
446      &                      p_taui, p_tauj, p_qns , p_qsr,   &
447      &                      p_qla , p_dqns, p_dqla,          &
448      &                      p_tpr , p_spr ,                  &
449      &                      p_fr1 , p_fr2 , cd_grid, pdim  ) 
450      !!---------------------------------------------------------------------
451      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_core  ***
452      !!
453      !! ** Purpose :   provide the surface boundary condition over sea-ice
454      !!
455      !! ** Method  :   compute momentum, heat and freshwater exchanged
456      !!                between atmosphere and sea-ice using CORE bulk
457      !!                formulea, ice variables and read atmmospheric fields.
458      !!                NB: ice drag coefficient is assumed to be a constant
459      !!
460      !! caution : the net upward water flux has with mm/day unit
461      !!---------------------------------------------------------------------
462      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   pst      ! ice surface temperature (>0, =rt0 over land) [Kelvin]
463      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   pui      ! ice surface velocity (i- and i- components      [m/s]
464      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   pvi      !    at I-point (B-grid) or U & V-point (C-grid)
465      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   palb     ! ice albedo (clear sky) (alb_ice_cs)               [%]
466      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_taui   ! i- & j-components of surface ice stress        [N/m2]
467      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_tauj   !   at I-point (B-grid) or U & V-point (C-grid)
468      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_qns    ! non solar heat flux over ice (T-point)         [W/m2]
469      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_qsr    !     solar heat flux over ice (T-point)         [W/m2]
470      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_qla    ! latent    heat flux over ice (T-point)         [W/m2]
471      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_dqns   ! non solar heat sensistivity  (T-point)         [W/m2]
472      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_dqla   ! latent    heat sensistivity  (T-point)         [W/m2]
473      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_tpr    ! total precipitation          (T-point)      [Kg/m2/s]
474      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_spr    ! solid precipitation          (T-point)      [Kg/m2/s]
475      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_fr1    ! 1sr fraction of qsr penetration in ice (T-point)  [%]
476      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_fr2    ! 2nd fraction of qsr penetration in ice (T-point)  [%]
477      CHARACTER(len=1)          , INTENT(in   ) ::   cd_grid  ! ice grid ( C or B-grid)
478      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   pdim     ! number of ice categories
479      !!
480      INTEGER  ::   ji, jj, jl    ! dummy loop indices
481      INTEGER  ::   ijpl          ! number of ice categories (size of 3rd dim of input arrays)
482      REAL(wp) ::   zst2, zst3
483      REAL(wp) ::   zcoef_wnorm, zcoef_wnorm2, zcoef_dqlw, zcoef_dqla, zcoef_dqsb
484      REAL(wp) ::   zztmp                                        ! temporary variable
485      REAL(wp) ::   zcoef_frca                                   ! fractional cloud amount
486      REAL(wp) ::   zwnorm_f, zwndi_f , zwndj_f                  ! relative wind module and components at F-point
487      REAL(wp) ::             zwndi_t , zwndj_t                  ! relative wind components at T-point
488      !!
489      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   z_wnds_t          ! wind speed ( = | U10m - U_ice | ) at T-point
490      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_qlw             ! long wave heat flux over ice
491      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_qsb             ! sensible  heat flux over ice
492      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_dqlw            ! long wave heat sensitivity over ice
493      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_dqsb            ! sensible  heat sensitivity over ice
494      !!---------------------------------------------------------------------
495      !
496      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_ice_core')
497      !
498      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, z_wnds_t )
499      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,pdim, z_qlw, z_qsb, z_dqlw, z_dqsb ) 
500
501      ijpl  = pdim                            ! number of ice categories
502
503      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
504      zcoef_wnorm  = rhoa * Cice
505      zcoef_wnorm2 = rhoa * Cice * 0.5
506      zcoef_dqlw   = 4.0 * 0.95 * Stef
507      zcoef_dqla   = -Ls * Cice * 11637800. * (-5897.8)
508      zcoef_dqsb   = rhoa * cpa * Cice
509      zcoef_frca   = 1.0  - 0.3
510
511!!gm brutal....
512      z_wnds_t(:,:) = 0.e0
513      p_taui  (:,:) = 0.e0
514      p_tauj  (:,:) = 0.e0
515!!gm end
516
517#if defined key_lim3
518      tatm_ice(:,:) = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)   ! LIM3: make Tair available in sea-ice. WARNING allocated after call to ice_init
519#endif
520      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
521      !    Wind components and module relative to the moving ocean ( U10m - U_ice )   !
522      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
523      SELECT CASE( cd_grid )
524      CASE( 'I' )                  ! B-grid ice dynamics :   I-point (i.e. F-point with sea-ice indexation)
525         !                           and scalar wind at T-point ( = | U10m - U_ice | ) (masked)
526!CDIR NOVERRCHK
527         DO jj = 2, jpjm1
528            DO ji = 2, jpim1   ! B grid : NO vector opt
529               ! ... scalar wind at I-point (fld being at T-point)
530               zwndi_f = 0.25 * (  sf(jp_wndi)%fnow(ji-1,jj  ,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji  ,jj  ,1)   &
531                  &              + sf(jp_wndi)%fnow(ji-1,jj-1,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji  ,jj-1,1)  ) - pui(ji,jj)
532               zwndj_f = 0.25 * (  sf(jp_wndj)%fnow(ji-1,jj  ,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji  ,jj  ,1)   &
533                  &              + sf(jp_wndj)%fnow(ji-1,jj-1,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji  ,jj-1,1)  ) - pvi(ji,jj)
534               zwnorm_f = zcoef_wnorm * SQRT( zwndi_f * zwndi_f + zwndj_f * zwndj_f )
535               ! ... ice stress at I-point
536               p_taui(ji,jj) = zwnorm_f * zwndi_f
537               p_tauj(ji,jj) = zwnorm_f * zwndj_f
538               ! ... scalar wind at T-point (fld being at T-point)
539               zwndi_t = sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - 0.25 * (  pui(ji,jj+1) + pui(ji+1,jj+1)   &
540                  &                                          + pui(ji,jj  ) + pui(ji+1,jj  )  )
541               zwndj_t = sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - 0.25 * (  pvi(ji,jj+1) + pvi(ji+1,jj+1)   &
542                  &                                          + pvi(ji,jj  ) + pvi(ji+1,jj  )  )
543               z_wnds_t(ji,jj)  = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
544            END DO
545         END DO
546         CALL lbc_lnk( p_taui  , 'I', -1. )
547         CALL lbc_lnk( p_tauj  , 'I', -1. )
548         CALL lbc_lnk( z_wnds_t, 'T',  1. )
549         !
550      CASE( 'C' )                  ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
551#if defined key_vectopt_loop
552!CDIR COLLAPSE
553#endif
554         DO jj = 2, jpj
555            DO ji = fs_2, jpi   ! vect. opt.
556               zwndi_t = (  sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - 0.5 * ( pui(ji-1,jj  ) + pui(ji,jj) )  )
557               zwndj_t = (  sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - 0.5 * ( pvi(ji  ,jj-1) + pvi(ji,jj) )  )
558               z_wnds_t(ji,jj)  = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
559            END DO
560         END DO
561#if defined key_vectopt_loop
562!CDIR COLLAPSE
563#endif
564         DO jj = 2, jpjm1
565            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
566               p_taui(ji,jj) = zcoef_wnorm2 * ( z_wnds_t(ji+1,jj  ) + z_wnds_t(ji,jj) )                          &
567                  &          * ( 0.5 * (sf(jp_wndi)%fnow(ji+1,jj,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) ) - pui(ji,jj) )
568               p_tauj(ji,jj) = zcoef_wnorm2 * ( z_wnds_t(ji,jj+1  ) + z_wnds_t(ji,jj) )                          &
569                  &          * ( 0.5 * (sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj+1,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) ) - pvi(ji,jj) )
570            END DO
571         END DO
572         CALL lbc_lnk( p_taui  , 'U', -1. )
573         CALL lbc_lnk( p_tauj  , 'V', -1. )
574         CALL lbc_lnk( z_wnds_t, 'T',  1. )
575         !
576      END SELECT
577
578      zztmp = 1. / ( 1. - albo )
579      !                                     ! ========================== !
580      DO jl = 1, ijpl                       !  Loop over ice categories  !
581         !                                  ! ========================== !
582!CDIR NOVERRCHK
583!CDIR COLLAPSE
584         DO jj = 1 , jpj
585!CDIR NOVERRCHK
586            DO ji = 1, jpi
587               ! ----------------------------!
588               !      I   Radiative FLUXES   !
589               ! ----------------------------!
590               zst2 = pst(ji,jj,jl) * pst(ji,jj,jl)
591               zst3 = pst(ji,jj,jl) * zst2
592               ! Short Wave (sw)
593               p_qsr(ji,jj,jl) = zztmp * ( 1. - palb(ji,jj,jl) ) * qsr(ji,jj)
594               ! Long  Wave (lw)
595               z_qlw(ji,jj,jl) = 0.95 * (  sf(jp_qlw)%fnow(ji,jj,1) - Stef * pst(ji,jj,jl) * zst3  ) * tmask(ji,jj,1)
596               ! lw sensitivity
597               z_dqlw(ji,jj,jl) = zcoef_dqlw * zst3                                               
598
599               ! ----------------------------!
600               !     II    Turbulent FLUXES  !
601               ! ----------------------------!
602
603               ! ... turbulent heat fluxes
604               ! Sensible Heat
605               z_qsb(ji,jj,jl) = rhoa * cpa * Cice * z_wnds_t(ji,jj) * ( pst(ji,jj,jl) - sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) )
606               ! Latent Heat
607               p_qla(ji,jj,jl) = MAX( 0.e0, rhoa * Ls  * Cice * z_wnds_t(ji,jj)   &                           
608                  &                    * (  11637800. * EXP( -5897.8 / pst(ji,jj,jl) ) / rhoa - sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1)  ) )
609               ! Latent heat sensitivity for ice (Dqla/Dt)
610               p_dqla(ji,jj,jl) = zcoef_dqla * z_wnds_t(ji,jj) / ( zst2 ) * EXP( -5897.8 / pst(ji,jj,jl) )
611               ! Sensible heat sensitivity (Dqsb_ice/Dtn_ice)
612               z_dqsb(ji,jj,jl) = zcoef_dqsb * z_wnds_t(ji,jj)
613
614               ! ----------------------------!
615               !     III    Total FLUXES     !
616               ! ----------------------------!
617               ! Downward Non Solar flux
618               p_qns (ji,jj,jl) =     z_qlw (ji,jj,jl) - z_qsb (ji,jj,jl) - p_qla (ji,jj,jl)     
619               ! Total non solar heat flux sensitivity for ice
620               p_dqns(ji,jj,jl) = - ( z_dqlw(ji,jj,jl) + z_dqsb(ji,jj,jl) + p_dqla(ji,jj,jl) )   
621            END DO
622            !
623         END DO
624         !
625      END DO
626      !
627      !--------------------------------------------------------------------
628      ! FRACTIONs of net shortwave radiation which is not absorbed in the
629      ! thin surface layer and penetrates inside the ice cover
630      ! ( Maykut and Untersteiner, 1971 ; Ebert and Curry, 1993 )
631   
632!CDIR COLLAPSE
633      p_fr1(:,:) = ( 0.18 * ( 1.0 - zcoef_frca ) + 0.35 * zcoef_frca )
634!CDIR COLLAPSE
635      p_fr2(:,:) = ( 0.82 * ( 1.0 - zcoef_frca ) + 0.65 * zcoef_frca )
636       
637!CDIR COLLAPSE
638      p_tpr(:,:) = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac      ! total precipitation [kg/m2/s]
639!CDIR COLLAPSE
640      p_spr(:,:) = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac      ! solid precipitation [kg/m2/s]
641      CALL iom_put( 'snowpre', p_spr )                  ! Snow precipitation
642      !
643      IF(ln_ctl) THEN
644         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_qla   , clinfo1=' blk_ice_core: p_qla  : ', tab3d_2=z_qsb   , clinfo2=' z_qsb  : ', kdim=ijpl)
645         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_qlw   , clinfo1=' blk_ice_core: z_qlw  : ', tab3d_2=p_dqla  , clinfo2=' p_dqla : ', kdim=ijpl)
646         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_dqsb  , clinfo1=' blk_ice_core: z_dqsb : ', tab3d_2=z_dqlw  , clinfo2=' z_dqlw : ', kdim=ijpl)
647         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_dqns  , clinfo1=' blk_ice_core: p_dqns : ', tab3d_2=p_qsr   , clinfo2=' p_qsr  : ', kdim=ijpl)
648         CALL prt_ctl(tab3d_1=pst     , clinfo1=' blk_ice_core: pst    : ', tab3d_2=p_qns   , clinfo2=' p_qns  : ', kdim=ijpl)
649         CALL prt_ctl(tab2d_1=p_tpr   , clinfo1=' blk_ice_core: p_tpr  : ', tab2d_2=p_spr   , clinfo2=' p_spr  : ')
650         CALL prt_ctl(tab2d_1=p_taui  , clinfo1=' blk_ice_core: p_taui : ', tab2d_2=p_tauj  , clinfo2=' p_tauj : ')
651         CALL prt_ctl(tab2d_1=z_wnds_t, clinfo1=' blk_ice_core: z_wnds_t : ')
652      ENDIF
653
654      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, z_wnds_t )
655      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,pdim, z_qlw, z_qsb, z_dqlw, z_dqsb ) 
656      !
657      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_ice_core')
658      !
659   END SUBROUTINE blk_ice_core
660 
661
662   SUBROUTINE TURB_CORE_1Z(zu, sst, T_a, q_sat, q_a,   &
663      &                        dU , Cd , Ch   , Ce   )
664      !!----------------------------------------------------------------------
665      !!                      ***  ROUTINE  turb_core  ***
666      !!
667      !! ** Purpose :   Computes turbulent transfert coefficients of surface
668      !!                fluxes according to Large & Yeager (2004)
669      !!
670      !! ** 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
671      !!      Momentum, Latent and sensible heat exchange coefficients
672      !!      Caution: this procedure should only be used in cases when air
673      !!      temperature (T_air), air specific humidity (q_air) and wind (dU)
674      !!      are provided at the same height 'zzu'!
675      !!
676      !! References :   Large & Yeager, 2004 : ???
677      !!----------------------------------------------------------------------
678      REAL(wp)                , INTENT(in   ) ::   zu      ! altitude of wind measurement       [m]
679      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in   ) ::   sst     ! sea surface temperature         [Kelvin]
680      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in   ) ::   T_a     ! potential air temperature       [Kelvin]
681      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in   ) ::   q_sat   ! sea surface specific humidity   [kg/kg]
682      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in   ) ::   q_a     ! specific air humidity           [kg/kg]
683      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in   ) ::   dU      ! wind module |U(zu)-U(0)|        [m/s]
684      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(  out) ::   Cd      ! transfert coefficient for momentum       (tau)
685      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(  out) ::   Ch      ! transfert coefficient for temperature (Q_sens)
686      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(  out) ::   Ce      ! transfert coefficient for evaporation  (Q_lat)
687      !!
688      INTEGER :: j_itt
689      INTEGER , PARAMETER ::   nb_itt = 3
690      REAL(wp), PARAMETER ::   grav   = 9.8   ! gravity                       
691      REAL(wp), PARAMETER ::   kappa  = 0.4   ! von Karman s constant
692
693      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   dU10          ! dU                                   [m/s]
694      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   dT            ! air/sea temperature differeence      [K]
695      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   dq            ! air/sea humidity difference          [K]
696      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   Cd_n10        ! 10m neutral drag coefficient
697      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   Ce_n10        ! 10m neutral latent coefficient
698      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   Ch_n10        ! 10m neutral sensible coefficient
699      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   sqrt_Cd_n10   ! root square of Cd_n10
700      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   sqrt_Cd       ! root square of Cd
701      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   T_vpot        ! virtual potential temperature        [K]
702      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   T_star        ! turbulent scale of tem. fluct.
703      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   q_star        ! turbulent humidity of temp. fluct.
704      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   U_star        ! turb. scale of velocity fluct.
705      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   L             ! Monin-Obukov length                  [m]
706      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   zeta          ! stability parameter at height zu
707      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   U_n10         ! neutral wind velocity at 10m         [m]   
708      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER  ::   xlogt, xct, zpsi_h, zpsi_m
709     
710      INTEGER , DIMENSION(:,:), POINTER  ::   stab          ! 1st guess stability test integer
711      !!----------------------------------------------------------------------
712      !
713      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('TURB_CORE_1Z')
714      !
715      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, stab )   ! integer
716      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, dU10, dT, dq, Cd_n10, Ce_n10, Ch_n10, sqrt_Cd_n10, sqrt_Cd, L )
717      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, T_vpot, T_star, q_star, U_star, zeta, U_n10, xlogt, xct, zpsi_h, zpsi_m )
718
719      !! * Start
720      !! Air/sea differences
721      dU10 = max(0.5, dU)     ! we don't want to fall under 0.5 m/s
722      dT = T_a - sst          ! assuming that T_a is allready the potential temp. at zzu
723      dq = q_a - q_sat
724      !!   
725      !! Virtual potential temperature
726      T_vpot = T_a*(1. + 0.608*q_a)
727      !!
728      !! Neutral Drag Coefficient
729      stab    = 0.5 + sign(0.5,dT)    ! stable : stab = 1 ; unstable : stab = 0
730      IF  ( ln_cdgw ) THEN
731        cdn_wave = cdn_wave - rsmall*(tmask(:,:,1)-1)
732        Cd_n10(:,:) =   cdn_wave
733      ELSE
734        Cd_n10  = 1E-3 * ( 2.7/dU10 + 0.142 + dU10/13.09 )    !   L & Y eq. (6a)
735      ENDIF
736      sqrt_Cd_n10 = sqrt(Cd_n10)
737      Ce_n10  = 1E-3 * ( 34.6 * sqrt_Cd_n10 )               !   L & Y eq. (6b)
738      Ch_n10  = 1E-3*sqrt_Cd_n10*(18*stab + 32.7*(1-stab)) !   L & Y eq. (6c), (6d)
739      !!
740      !! Initializing transfert coefficients with their first guess neutral equivalents :
741      Cd = Cd_n10 ;  Ce = Ce_n10 ;  Ch = Ch_n10 ;  sqrt_Cd = sqrt(Cd)
742
743      !! * Now starting iteration loop
744      DO j_itt=1, nb_itt
745         !! Turbulent scales :
746         U_star  = sqrt_Cd*dU10                !   L & Y eq. (7a)
747         T_star  = Ch/sqrt_Cd*dT               !   L & Y eq. (7b)
748         q_star  = Ce/sqrt_Cd*dq               !   L & Y eq. (7c)
749
750         !! Estimate the Monin-Obukov length :
751         L  = (U_star**2)/( kappa*grav*(T_star/T_vpot + q_star/(q_a + 1./0.608)) )
752
753         !! Stability parameters :
754         zeta  = zu/L ;  zeta   = sign( min(abs(zeta),10.0), zeta )
755         zpsi_h  = psi_h(zeta)
756         zpsi_m  = psi_m(zeta)
757
758         IF  ( ln_cdgw ) THEN
759           sqrt_Cd=kappa/((kappa/sqrt_Cd_n10) - zpsi_m) ; Cd=sqrt_Cd*sqrt_Cd;
760         ELSE
761           !! Shifting the wind speed to 10m and neutral stability :
762           U_n10 = dU10*1./(1. + sqrt_Cd_n10/kappa*(log(zu/10.) - zpsi_m)) !  L & Y eq. (9a)
763
764           !! Updating the neutral 10m transfer coefficients :
765           Cd_n10  = 1E-3 * (2.7/U_n10 + 0.142 + U_n10/13.09)              !  L & Y eq. (6a)
766           sqrt_Cd_n10 = sqrt(Cd_n10)
767           Ce_n10  = 1E-3 * (34.6 * sqrt_Cd_n10)                           !  L & Y eq. (6b)
768           stab    = 0.5 + sign(0.5,zeta)
769           Ch_n10  = 1E-3*sqrt_Cd_n10*(18.*stab + 32.7*(1-stab))           !  L & Y eq. (6c), (6d)
770
771           !! Shifting the neutral  10m transfer coefficients to ( zu , zeta ) :
772           !!
773           xct = 1. + sqrt_Cd_n10/kappa*(log(zu/10) - zpsi_m)
774           Cd  = Cd_n10/(xct*xct) ;  sqrt_Cd = sqrt(Cd)
775         ENDIF
776         !!
777         xlogt = log(zu/10.) - zpsi_h
778         !!
779         xct = 1. + Ch_n10*xlogt/kappa/sqrt_Cd_n10
780         Ch  = Ch_n10*sqrt_Cd/sqrt_Cd_n10/xct
781         !!
782         xct = 1. + Ce_n10*xlogt/kappa/sqrt_Cd_n10
783         Ce  = Ce_n10*sqrt_Cd/sqrt_Cd_n10/xct
784         !!
785      END DO
786      !!
787      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, stab )   ! integer
788      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, dU10, dT, dq, Cd_n10, Ce_n10, Ch_n10, sqrt_Cd_n10, sqrt_Cd, L )
789      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, T_vpot, T_star, q_star, U_star, zeta, U_n10, xlogt, xct, zpsi_h, zpsi_m )
790      !
791      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('TURB_CORE_1Z')
792      !
793    END SUBROUTINE TURB_CORE_1Z
794
795
796    SUBROUTINE TURB_CORE_2Z(zt, zu, sst, T_zt, q_sat, q_zt, dU, Cd, Ch, Ce, T_zu, q_zu)
797      !!----------------------------------------------------------------------
798      !!                      ***  ROUTINE  turb_core  ***
799      !!
800      !! ** Purpose :   Computes turbulent transfert coefficients of surface
801      !!                fluxes according to Large & Yeager (2004).
802      !!
803      !! ** 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
804      !!      Momentum, Latent and sensible heat exchange coefficients
805      !!      Caution: this procedure should only be used in cases when air
806      !!      temperature (T_air) and air specific humidity (q_air) are at a
807      !!      different height to wind (dU).
808      !!
809      !! References :   Large & Yeager, 2004 : ???
810      !!----------------------------------------------------------------------
811      REAL(wp), INTENT(in   )                     ::   zt       ! height for T_zt and q_zt                   [m]
812      REAL(wp), INTENT(in   )                     ::   zu       ! height for dU                              [m]
813      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   sst      ! sea surface temperature              [Kelvin]
814      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   T_zt     ! potential air temperature            [Kelvin]
815      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_sat    ! sea surface specific humidity         [kg/kg]
816      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_zt     ! specific air humidity                 [kg/kg]
817      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   dU       ! relative wind module |U(zu)-U(0)|       [m/s]
818      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Cd       ! transfer coefficient for momentum         (tau)
819      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ch       ! transfer coefficient for sensible heat (Q_sens)
820      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ce       ! transfert coefficient for evaporation   (Q_lat)
821      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   T_zu     ! air temp. shifted at zu                     [K]
822      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_zu     ! spec. hum.  shifted at zu               [kg/kg]
823
824      INTEGER :: j_itt
825      INTEGER , PARAMETER :: nb_itt = 5              ! number of itterations
826      REAL(wp), PARAMETER ::   grav   = 9.8          ! gravity                       
827      REAL(wp), PARAMETER ::   kappa  = 0.4          ! von Karman's constant
828     
829      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   dU10          ! dU                                [m/s]
830      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   dT            ! air/sea temperature differeence   [K]
831      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   dq            ! air/sea humidity difference       [K]
832      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Cd_n10        ! 10m neutral drag coefficient
833      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ce_n10        ! 10m neutral latent coefficient
834      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ch_n10        ! 10m neutral sensible coefficient
835      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   sqrt_Cd_n10   ! root square of Cd_n10
836      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   sqrt_Cd       ! root square of Cd
837      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   T_vpot        ! virtual potential temperature        [K]
838      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   T_star        ! turbulent scale of tem. fluct.
839      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   q_star        ! turbulent humidity of temp. fluct.
840      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   U_star        ! turb. scale of velocity fluct.
841      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   L             ! Monin-Obukov length                  [m]
842      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zeta_u        ! stability parameter at height zu
843      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zeta_t        ! stability parameter at height zt
844      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   U_n10         ! neutral wind velocity at 10m        [m]
845      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   xlogt, xct, zpsi_hu, zpsi_ht, zpsi_m
846
847      INTEGER , DIMENSION(:,:), POINTER ::   stab          ! 1st stability test integer
848      !!----------------------------------------------------------------------
849      !
850      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('TURB_CORE_2Z')
851      !
852      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, dU10, dT, dq, Cd_n10, Ce_n10, Ch_n10, sqrt_Cd_n10, sqrt_Cd, L )
853      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, T_vpot, T_star, q_star, U_star, zeta_u, zeta_t, U_n10 )
854      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, xlogt, xct, zpsi_hu, zpsi_ht, zpsi_m )
855      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, stab )   ! interger
856
857      !! Initial air/sea differences
858      dU10 = max(0.5, dU)      !  we don't want to fall under 0.5 m/s
859      dT = T_zt - sst 
860      dq = q_zt - q_sat
861
862      !! Neutral Drag Coefficient :
863      stab = 0.5 + sign(0.5,dT)                 ! stab = 1  if dT > 0  -> STABLE
864      IF( ln_cdgw ) THEN
865        cdn_wave = cdn_wave - rsmall*(tmask(:,:,1)-1)
866        Cd_n10(:,:) =   cdn_wave
867      ELSE
868        Cd_n10  = 1E-3*( 2.7/dU10 + 0.142 + dU10/13.09 ) 
869      ENDIF
870      sqrt_Cd_n10 = sqrt(Cd_n10)
871      Ce_n10  = 1E-3*( 34.6 * sqrt_Cd_n10 )
872      Ch_n10  = 1E-3*sqrt_Cd_n10*(18*stab + 32.7*(1 - stab))
873
874      !! Initializing transf. coeff. with their first guess neutral equivalents :
875      Cd = Cd_n10 ;  Ce = Ce_n10 ;  Ch = Ch_n10 ;  sqrt_Cd = sqrt(Cd)
876
877      !! Initializing z_u values with z_t values :
878      T_zu = T_zt ;  q_zu = q_zt
879
880      !!  * Now starting iteration loop
881      DO j_itt=1, nb_itt
882         dT = T_zu - sst ;  dq = q_zu - q_sat ! Updating air/sea differences
883         T_vpot = T_zu*(1. + 0.608*q_zu)    ! Updating virtual potential temperature at zu
884         U_star = sqrt_Cd*dU10                ! Updating turbulent scales :   (L & Y eq. (7))
885         T_star  = Ch/sqrt_Cd*dT              !
886         q_star  = Ce/sqrt_Cd*dq              !
887         !!
888         L = (U_star*U_star) &                ! Estimate the Monin-Obukov length at height zu
889              & / (kappa*grav/T_vpot*(T_star*(1.+0.608*q_zu) + 0.608*T_zu*q_star))
890         !! Stability parameters :
891         zeta_u  = zu/L  ;  zeta_u = sign( min(abs(zeta_u),10.0), zeta_u )
892         zeta_t  = zt/L  ;  zeta_t = sign( min(abs(zeta_t),10.0), zeta_t )
893         zpsi_hu = psi_h(zeta_u)
894         zpsi_ht = psi_h(zeta_t)
895         zpsi_m  = psi_m(zeta_u)
896         !!
897         !! Shifting the wind speed to 10m and neutral stability : (L & Y eq.(9a))
898!        U_n10 = dU10/(1. + sqrt_Cd_n10/kappa*(log(zu/10.) - psi_m(zeta_u)))
899         U_n10 = dU10/(1. + sqrt_Cd_n10/kappa*(log(zu/10.) - zpsi_m))
900         !!
901         !! Shifting temperature and humidity at zu :          (L & Y eq. (9b-9c))
902!        T_zu = T_zt - T_star/kappa*(log(zt/zu) + psi_h(zeta_u) - psi_h(zeta_t))
903         T_zu = T_zt - T_star/kappa*(log(zt/zu) + zpsi_hu - zpsi_ht)
904!        q_zu = q_zt - q_star/kappa*(log(zt/zu) + psi_h(zeta_u) - psi_h(zeta_t))
905         q_zu = q_zt - q_star/kappa*(log(zt/zu) + zpsi_hu - zpsi_ht)
906         !!
907         !! q_zu cannot have a negative value : forcing 0
908         stab = 0.5 + sign(0.5,q_zu) ;  q_zu = stab*q_zu
909         !!
910         IF( ln_cdgw ) THEN
911            sqrt_Cd=kappa/((kappa/sqrt_Cd_n10) - zpsi_m) ; Cd=sqrt_Cd*sqrt_Cd;
912         ELSE
913           !! Updating the neutral 10m transfer coefficients :
914           Cd_n10  = 1E-3 * (2.7/U_n10 + 0.142 + U_n10/13.09)    ! L & Y eq. (6a)
915           sqrt_Cd_n10 = sqrt(Cd_n10)
916           Ce_n10  = 1E-3 * (34.6 * sqrt_Cd_n10)                 ! L & Y eq. (6b)
917           stab    = 0.5 + sign(0.5,zeta_u)
918           Ch_n10  = 1E-3*sqrt_Cd_n10*(18.*stab + 32.7*(1-stab)) ! L & Y eq. (6c-6d)
919           !!
920           !!
921           !! Shifting the neutral 10m transfer coefficients to (zu,zeta_u) :
922           xct = 1. + sqrt_Cd_n10/kappa*(log(zu/10.) - zpsi_m)   ! L & Y eq. (10a)
923           Cd = Cd_n10/(xct*xct) ; sqrt_Cd = sqrt(Cd)
924         ENDIF
925         !!
926         xlogt = log(zu/10.) - zpsi_hu
927         !!
928         xct = 1. + Ch_n10*xlogt/kappa/sqrt_Cd_n10               ! L & Y eq. (10b)
929         Ch  = Ch_n10*sqrt_Cd/sqrt_Cd_n10/xct
930         !!
931         xct = 1. + Ce_n10*xlogt/kappa/sqrt_Cd_n10               ! L & Y eq. (10c)
932         Ce  = Ce_n10*sqrt_Cd/sqrt_Cd_n10/xct
933         !!
934         !!
935      END DO
936      !!
937      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, dU10, dT, dq, Cd_n10, Ce_n10, Ch_n10, sqrt_Cd_n10, sqrt_Cd, L )
938      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, T_vpot, T_star, q_star, U_star, zeta_u, zeta_t, U_n10 )
939      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, xlogt, xct, zpsi_hu, zpsi_ht, zpsi_m )
940      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, stab )   ! interger
941      !
942      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('TURB_CORE_2Z')
943      !
944    END SUBROUTINE TURB_CORE_2Z
945
946
947    FUNCTION psi_m(zta)   !! Psis, L & Y eq. (8c), (8d), (8e)
948      !-------------------------------------------------------------------------------
949      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) :: zta
950
951      REAL(wp), PARAMETER :: pi = 3.141592653589793_wp
952      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             :: psi_m
953      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER        :: X2, X, stabit
954      !-------------------------------------------------------------------------------
955
956      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
957
958      X2 = sqrt(abs(1. - 16.*zta))  ;  X2 = max(X2 , 1.0) ;  X  = sqrt(X2)
959      stabit    = 0.5 + sign(0.5,zta)
960      psi_m = -5.*zta*stabit  &                                                          ! Stable
961         &    + (1. - stabit)*(2*log((1. + X)/2) + log((1. + X2)/2) - 2*atan(X) + pi/2)  ! Unstable
962
963      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
964      !
965    END FUNCTION psi_m
966
967
968    FUNCTION psi_h( zta )    !! Psis, L & Y eq. (8c), (8d), (8e)
969      !-------------------------------------------------------------------------------
970      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   zta
971      !
972      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             ::   psi_h
973      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER        :: X2, X, stabit
974      !-------------------------------------------------------------------------------
975
976      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
977
978      X2 = sqrt(abs(1. - 16.*zta))  ;  X2 = max(X2 , 1.) ;  X  = sqrt(X2)
979      stabit    = 0.5 + sign(0.5,zta)
980      psi_h = -5.*zta*stabit  &                                       ! Stable
981         &    + (1. - stabit)*(2.*log( (1. + X2)/2. ))                 ! Unstable
982
983      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
984      !
985    END FUNCTION psi_h
986 
987   !!======================================================================
988END MODULE sbcblk_core
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.