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

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
sbcblk_clio.F90 in branches/2014/dev_4728_CNRS04_coupled_interface/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC – NEMO

source: branches/2014/dev_4728_CNRS04_coupled_interface/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/sbcblk_clio.F90 @ 4730

Last change on this file since 4730 was 4730, checked in by vancop, 10 years ago

coupled interface modifications for LIM3

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 54.9 KB
Line 
1MODULE sbcblk_clio
2   !!======================================================================
3   !!                   ***  MODULE  sbcblk_clio  ***
4   !! Ocean forcing:  bulk thermohaline forcing of the ocean (or ice)
5   !!=====================================================================
6   !! History :  OPA  !  1997-06 (Louvain-La-Neuve)  Original code
7   !!                 !  2001-04 (C. Ethe) add flx_blk_declin
8   !!   NEMO     2.0  !  2002-08 (C. Ethe, G. Madec) F90: Free form and module
9   !!            3.0  !  2008-03 (C. Talandier, G. Madec) surface module + LIM3
10   !!            3.2  !  2009-04 (B. Lemaire) Introduce iom_put
11   !!----------------------------------------------------------------------
12
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   sbc_blk_clio     : CLIO bulk formulation: read and update required input fields
15   !!   blk_clio_oce     : ocean CLIO bulk formulea: compute momentum, heat and freswater fluxes for the ocean
16   !!   blk_ice_clio     : ice   CLIO bulk formulea: compute momentum, heat and freswater fluxes for the sea-ice
17   !!   blk_clio_qsr_oce : shortwave radiation for ocean computed from the cloud cover
18   !!   blk_clio_qsr_ice : shortwave radiation for ice   computed from the cloud cover
19   !!   flx_blk_declin   : solar declination
20   !!----------------------------------------------------------------------
21   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
22   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
23   USE phycst         ! physical constants
24   USE fldread        ! read input fields
25   USE sbc_oce        ! Surface boundary condition: ocean fields
26   USE iom            ! I/O manager library
27   USE in_out_manager ! I/O manager
28   USE lib_mpp        ! distribued memory computing library
29   USE wrk_nemo       ! work arrays
30   USE timing         ! Timing
31   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
32   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
33
34   USE albedo
35   USE prtctl          ! Print control
36#if defined key_lim3
37   USE ice
38   USE sbc_ice         ! Surface boundary condition: ice fields
39#elif defined key_lim2
40   USE ice_2
41#endif
42
43   IMPLICIT NONE
44   PRIVATE
45
46   PUBLIC sbc_blk_clio        ! routine called by sbcmod.F90
47   PUBLIC blk_ice_clio        ! routine called by sbcice_lim.F90
48
49   INTEGER , PARAMETER ::   jpfld   = 7           ! maximum number of files to read
50   INTEGER , PARAMETER ::   jp_utau = 1           ! index of wind stress (i-component)      (N/m2)    at U-point
51   INTEGER , PARAMETER ::   jp_vtau = 2           ! index of wind stress (j-component)      (N/m2)    at V-point
52   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndm = 3           ! index of 10m wind module                 (m/s)    at T-point
53   INTEGER , PARAMETER ::   jp_humi = 4           ! index of specific humidity               ( % )
54   INTEGER , PARAMETER ::   jp_ccov = 5           ! index of cloud cover                     ( % )
55   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tair = 6           ! index of 10m air temperature             (Kelvin)
56   INTEGER , PARAMETER ::   jp_prec = 7           ! index of total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
57
58   TYPE(FLD),ALLOCATABLE,DIMENSION(:) :: sf  ! structure of input fields (file informations, fields read)
59
60   INTEGER, PARAMETER  ::   jpintsr = 24          ! number of time step between sunrise and sunset
61   !                                              ! uses for heat flux computation
62   LOGICAL ::   lbulk_init = .TRUE.               ! flag, bulk initialization done or not)
63
64#if ! defined key_lim3                         
65   ! in namicerun with LIM3
66   REAL(wp) ::   cai = 1.40e-3 ! best estimate of atm drag in order to get correct FS export in ORCA2-LIM
67   REAL(wp) ::   cao = 1.00e-3 ! chosen by default  ==> should depends on many things...  !!gmto be updated
68#endif
69
70   REAL(wp) ::   rdtbs2      !:   
71   
72   REAL(wp), DIMENSION(19)  ::  budyko            ! BUDYKO's coefficient (cloudiness effect on LW radiation)
73   DATA budyko / 1.00, 0.98, 0.95, 0.92, 0.89, 0.86, 0.83, 0.80, 0.78, 0.75,   &
74      &          0.72, 0.69, 0.67, 0.64, 0.61, 0.58, 0.56, 0.53, 0.50 /
75   REAL(wp), DIMENSION(20)  :: tauco              ! cloud optical depth coefficient
76   DATA tauco / 6.6, 6.6, 7.0, 7.2, 7.1, 6.8, 6.5, 6.6, 7.1, 7.6,   &
77      &         6.6, 6.1, 5.6, 5.5, 5.8, 5.8, 5.6, 5.6, 5.6, 5.6 /
78   !!
79   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sbudyko      ! cloudiness effect on LW radiation
80   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   stauc        ! cloud optical depth
81   
82   REAL(wp) ::   eps20  = 1.e-20   ! constant values
83   
84   !! * Substitutions
85#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
86   !!----------------------------------------------------------------------
87   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2011)
88   !! $Id$
89   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
90   !!----------------------------------------------------------------------
91CONTAINS
92
93   SUBROUTINE sbc_blk_clio( kt )
94      !!---------------------------------------------------------------------
95      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk_clio  ***
96      !!                   
97      !! ** Purpose :   provide at each time step the surface ocean fluxes
98      !!      (momentum, heat, freshwater and runoff)
99      !!
100      !! ** Method  : (1) READ each fluxes in NetCDF files:
101      !!      the i-component of the stress                (N/m2)
102      !!      the j-component of the stress                (N/m2)
103      !!      the 10m wind speed module                    (m/s)
104      !!      the 10m air temperature                      (Kelvin)
105      !!      the 10m specific humidity                    (%)
106      !!      the cloud cover                              (%)
107      !!      the total precipitation (rain+snow)          (Kg/m2/s)
108      !!              (2) CALL blk_oce_clio
109      !!
110      !!      C A U T I O N : never mask the surface stress fields
111      !!                      the stress is assumed to be in the (i,j) mesh referential
112      !!
113      !! ** Action  :   defined at each time-step at the air-sea interface
114      !!              - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
115      !!              - taum        wind stress module at T-point
116      !!              - wndm        10m wind module at T-point
117      !!              - qns         non-solar heat flux including latent heat of solid
118      !!                            precip. melting and emp heat content
119      !!              - qsr         solar heat flux
120      !!              - emp         upward mass flux (evap. - precip)
121      !!              - sfx         salt flux; set to zero at nit000 but possibly non-zero
122      !!                            if ice is present (computed in limsbc(_2).F90)
123      !!----------------------------------------------------------------------
124      INTEGER, INTENT( in  ) ::   kt   ! ocean time step
125      !!
126      INTEGER  ::   ifpr, jfpr                   ! dummy indices
127      INTEGER  ::   ierr0, ierr1, ierr2, ierr3   ! return error code
128      INTEGER  ::   ios                          ! Local integer output status for namelist read
129      !!
130      CHARACTER(len=100) ::  cn_dir                            !   Root directory for location of CLIO files
131      TYPE(FLD_N), DIMENSION(jpfld) ::   slf_i                 ! array of namelist informations on the fields to read
132      TYPE(FLD_N) ::   sn_utau, sn_vtau, sn_wndm, sn_tair      ! informations about the fields to be read
133      TYPE(FLD_N) ::   sn_humi, sn_ccov, sn_prec               !   "                                 "
134      !!
135      NAMELIST/namsbc_clio/ cn_dir, sn_utau, sn_vtau, sn_wndm, sn_humi,   &
136         &                          sn_ccov, sn_tair, sn_prec
137      !!---------------------------------------------------------------------
138
139      !                                         ! ====================== !
140      IF( kt == nit000 ) THEN                   !  First call kt=nit000  !
141         !                                      ! ====================== !
142
143         REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namsbc_clio in reference namelist : CLIO files
144         READ  ( numnam_ref, namsbc_clio, IOSTAT = ios, ERR = 901)
145901      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_clio in reference namelist', lwp )
146
147         REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namsbc_clio in configuration namelist : CLIO files
148         READ  ( numnam_cfg, namsbc_clio, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
149902      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_clio in configuration namelist', lwp )
150         IF(lwm) WRITE ( numond, namsbc_clio )
151
152         ! store namelist information in an array
153         slf_i(jp_utau) = sn_utau   ;   slf_i(jp_vtau) = sn_vtau   ;   slf_i(jp_wndm) = sn_wndm
154         slf_i(jp_tair) = sn_tair   ;   slf_i(jp_humi) = sn_humi
155         slf_i(jp_ccov) = sn_ccov   ;   slf_i(jp_prec) = sn_prec
156         
157         ! set sf structure
158         ALLOCATE( sf(jpfld), STAT=ierr0 )
159         IF( ierr0 > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_clio: unable to allocate sf structure' )
160         DO ifpr= 1, jpfld
161            ALLOCATE( sf(ifpr)%fnow(jpi,jpj,1) , STAT=ierr1)
162            IF( slf_i(ifpr)%ln_tint ) ALLOCATE( sf(ifpr)%fdta(jpi,jpj,1,2) , STAT=ierr2 )
163         END DO
164         IF( ierr1+ierr2 > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_clio: unable to allocate sf array structure' )
165         ! fill sf with slf_i and control print
166         CALL fld_fill( sf, slf_i, cn_dir, 'sbc_blk_clio', 'flux formulation for ocean surface boundary condition', 'namsbc_clio' )
167         
168         ! allocate sbcblk clio arrays
169         ALLOCATE( sbudyko(jpi,jpj) , stauc(jpi,jpj), STAT=ierr3 )
170         IF( ierr3 > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_clio: unable to allocate arrays' )
171         !
172         sfx(:,:) = 0._wp                       ! salt flux; zero unless ice is present (computed in limsbc(_2).F90)
173         !
174      ENDIF
175      !                                         ! ====================== !
176      !                                         !    At each time-step   !
177      !                                         ! ====================== !
178      !
179      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )                ! input fields provided at the current time-step
180      !
181      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   CALL blk_oce_clio( sf, sst_m )
182      !
183   END SUBROUTINE sbc_blk_clio
184
185
186   SUBROUTINE blk_oce_clio( sf, pst )
187      !!---------------------------------------------------------------------------
188      !!                     ***  ROUTINE blk_oce_clio  ***
189      !!                 
190      !!  ** Purpose :   Compute momentum, heat and freshwater fluxes at ocean surface
191      !!               using CLIO bulk formulea
192      !!         
193      !!  ** Method  :   The flux of heat at the ocean surfaces are derived
194      !!       from semi-empirical ( or bulk ) formulae which relate the flux to
195      !!       the properties of the surface and of the lower atmosphere. Here, we
196      !!       follow the work of Oberhuber, 1988   
197      !!               - momentum flux (stresses) directly read in files at U- and V-points
198      !!               - compute ocean/ice albedos (call albedo_oce/albedo_ice) 
199      !!               - compute shortwave radiation for ocean (call blk_clio_qsr_oce)
200      !!               - compute long-wave radiation for the ocean
201      !!               - compute the turbulent heat fluxes over the ocean
202      !!               - deduce the evaporation over the ocean
203      !!  ** Action  :   Fluxes over the ocean:
204      !!               - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
205      !!               - taum        wind stress module at T-point
206      !!               - wndm        10m wind module at T-point
207      !!               - qns         non-solar heat flux including latent heat of solid
208      !!                             precip. melting and emp heat content
209      !!               - qsr         solar heat flux
210      !!               - emp         suface mass flux (evap.-precip.)
211      !!  ** Nota    :   sf has to be a dummy argument for AGRIF on NEC
212      !!----------------------------------------------------------------------
213      TYPE(fld), INTENT(in), DIMENSION(:)       ::   sf    ! input data
214      REAL(wp) , INTENT(in), DIMENSION(jpi,jpj) ::   pst   ! surface temperature                      [Celcius]
215      !!
216      INTEGER  ::   ji, jj   ! dummy loop indices
217      !!
218      REAL(wp) ::   zrhova, zcsho, zcleo, zcldeff               ! temporary scalars
219      REAL(wp) ::   zqsato, zdteta, zdeltaq, ztvmoy, zobouks    !    -         -
220      REAL(wp) ::   zpsims, zpsihs, zpsils, zobouku, zxins, zpsimu   !    -         -
221      REAL(wp) ::   zpsihu, zpsilu, zstab,zpsim, zpsih, zpsil   !    -         -
222      REAL(wp) ::   zvatmg, zcmn, zchn, zcln, zcmcmn, zdenum    !    -         -
223      REAL(wp) ::   zdtetar, ztvmoyr, zlxins, zchcm, zclcm      !    -         -
224      REAL(wp) ::   zmt1, zmt2, zmt3, ztatm3, ztamr, ztaevbk    !    -         -
225      REAL(wp) ::   zsst, ztatm, zcco1, zpatm, zcmax, zrmax     !    -         -
226      REAL(wp) ::   zrhoa, zev, zes, zeso, zqatm, zevsqr        !    -         -
227      REAL(wp) ::   ztx2, zty2, zcevap, zcprec                  !    -         -
228      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zqlw        ! long-wave heat flux over ocean
229      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zqla        ! latent heat flux over ocean
230      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zqsb        ! sensible heat flux over ocean
231      !!---------------------------------------------------------------------
232      !
233      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_oce_clio')
234      !
235      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zqlw, zqla, zqsb )
236
237      zpatm = 101000._wp      ! atmospheric pressure  (assumed constant here)
238
239      !------------------------------------!
240      !   momentum fluxes  (utau, vtau )   !
241      !------------------------------------!
242!CDIR COLLAPSE
243      utau(:,:) = sf(jp_utau)%fnow(:,:,1)
244!CDIR COLLAPSE
245      vtau(:,:) = sf(jp_vtau)%fnow(:,:,1)
246
247      !------------------------------------!
248      !   wind stress module (taum )       !
249      !------------------------------------!
250!CDIR NOVERRCHK
251      DO jj = 2, jpjm1
252!CDIR NOVERRCHK
253         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
254            ztx2 = utau(ji-1,jj  ) + utau(ji,jj)
255            zty2 = vtau(ji  ,jj-1) + vtau(ji,jj)
256            taum(ji,jj) = 0.5 * SQRT( ztx2 * ztx2 + zty2 * zty2 )
257         END DO
258      END DO
259      CALL lbc_lnk( taum, 'T', 1. )
260
261      !------------------------------------!
262      !   store the wind speed  (wndm )    !
263      !------------------------------------!
264!CDIR COLLAPSE
265      wndm(:,:) = sf(jp_wndm)%fnow(:,:,1)
266
267      !------------------------------------------------!
268      !   Shortwave radiation for ocean and snow/ice   !
269      !------------------------------------------------!
270     
271      CALL blk_clio_qsr_oce( qsr )
272
273      !------------------------!
274      !   Other ocean fluxes   !
275      !------------------------!
276!CDIR NOVERRCHK
277!CDIR COLLAPSE
278      DO jj = 1, jpj
279!CDIR NOVERRCHK
280         DO ji = 1, jpi
281            !
282            zsst  = pst(ji,jj)              + rt0           ! converte Celcius to Kelvin the SST
283            ztatm = sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1)               ! and set minimum value far above 0 K (=rt0 over land)
284            zcco1 = 1.0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)         ! fraction of clear sky ( 1 - cloud cover)
285            zrhoa = zpatm / ( 287.04 * ztatm )              ! air density (equation of state for dry air)
286            ztamr = ztatm - rtt                             ! Saturation water vapour
287            zmt1  = SIGN( 17.269,  ztamr )                  !           ||
288            zmt2  = SIGN( 21.875,  ztamr )                  !          \  /
289            zmt3  = SIGN( 28.200, -ztamr )                  !           \/
290            zes   = 611.0 * EXP(  ABS( ztamr ) * MIN ( zmt1, zmt2 ) / ( ztatm - 35.86  + MAX( 0.e0, zmt3 ) )  )
291            zev    = sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1) * zes        ! vapour pressure 
292            zevsqr = SQRT( zev * 0.01 )                     ! square-root of vapour pressure
293            zqatm = 0.622 * zev / ( zpatm - 0.378 * zev )   ! specific humidity
294
295            !--------------------------------------!
296            !  long-wave radiation over the ocean  !  ( Berliand 1952 ; all latitudes )
297            !--------------------------------------!
298            ztatm3  = ztatm * ztatm * ztatm
299            zcldeff = 1.0 - sbudyko(ji,jj) * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   
300            ztaevbk = ztatm * ztatm3 * zcldeff * ( 0.39 - 0.05 * zevsqr ) 
301            !
302            zqlw(ji,jj) = - emic * stefan * ( ztaevbk + 4. * ztatm3 * ( zsst - ztatm ) ) 
303
304            !--------------------------------------------------
305            !  Latent and sensible heat fluxes over the ocean
306            !--------------------------------------------------
307            !                                                          ! vapour pressure at saturation of ocean
308            zeso =  611.0 * EXP ( 17.2693884 * ( zsst - rtt ) * tmask(ji,jj,1) / ( zsst - 35.86 ) )
309
310            zqsato = ( 0.622 * zeso ) / ( zpatm - 0.378 * zeso )       ! humidity close to the ocean surface (at saturation)
311
312            ! Drag coefficients from Large and Pond (1981,1982)
313            !                                                          ! Stability parameters
314            zdteta  = zsst - ztatm
315            zdeltaq = zqatm - zqsato
316            ztvmoy  = ztatm * ( 1. + 2.2e-3 * ztatm * zqatm )
317            zdenum  = MAX( sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1) * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1) * ztvmoy, eps20 )
318            zdtetar = zdteta / zdenum
319            ztvmoyr = ztvmoy * ztvmoy * zdeltaq / zdenum
320            !                                                          ! case of stable atmospheric conditions
321            zobouks = -70.0 * 10. * ( zdtetar + 3.2e-3 * ztvmoyr )
322            zobouks = MAX( 0.e0, zobouks )
323            zpsims = -7.0 * zobouks
324            zpsihs =  zpsims
325            zpsils =  zpsims
326            !                                                          ! case of unstable atmospheric conditions
327            zobouku = MIN(  0.e0, -100.0 * 10.0 * ( zdtetar + 2.2e-3 * ztvmoyr )  )
328            zxins   = ( 1. - 16. * zobouku )**0.25
329            zlxins  = LOG( ( 1. + zxins * zxins ) / 2. )
330            zpsimu  = 2. * LOG( ( 1 + zxins ) * 0.5 )  + zlxins - 2. * ATAN( zxins ) + rpi * 0.5
331            zpsihu  = 2. * zlxins
332            zpsilu  = zpsihu
333            !                                                          ! intermediate values
334            zstab   = MAX( 0.e0, SIGN( 1.e0, zdteta ) )
335            zpsim   = zstab * zpsimu + ( 1.0 - zstab ) * zpsims
336            zpsih   = zstab * zpsihu + ( 1.0 - zstab ) * zpsihs
337            zpsil   = zpsih
338           
339            zvatmg         = MAX( 0.032 * 1.5e-3 * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1) * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1) / grav, eps20 )
340            zcmn           = vkarmn / LOG ( 10. / zvatmg )
341            zchn           = 0.0327 * zcmn
342            zcln           = 0.0346 * zcmn
343            zcmcmn         = 1. / ( 1. - zcmn * zpsim / vkarmn )
344            ! sometimes the ratio zchn * zpsih / ( vkarmn * zcmn ) is too close to 1 and zchcm becomes very very big
345            zcmax = 0.1               ! choice for maximum value of the heat transfer coefficient, guided by my intuition
346            zrmax = 1 - 3.e-4 / zcmax ! maximum value of the ratio
347            zchcm = zcmcmn / ( 1. - MIN ( zchn * zpsih / ( vkarmn * zcmn ) , zrmax ) )
348            zclcm          = zchcm
349            !                                                          ! transfert coef. (Large and Pond 1981,1982)
350            zcsho          = zchn * zchcm                               
351            zcleo          = zcln * zclcm 
352
353            zrhova         = zrhoa * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1)
354
355            ! sensible heat flux
356            zqsb(ji,jj) = zrhova * zcsho * 1004.0  * ( zsst - ztatm ) 
357         
358            ! latent heat flux (bounded by zero)
359            zqla(ji,jj) = MAX(  0.e0, zrhova * zcleo * 2.5e+06 * ( zqsato - zqatm )  )
360            !               
361         END DO
362      END DO
363     
364      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
365      !     III    Total FLUXES                                                       !
366      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
367      zcevap = rcp /  cevap    ! convert zqla ==> evap (Kg/m2/s) ==> m/s ==> W/m2
368      zcprec = rcp /  rday     ! convert prec ( mm/day ==> m/s)  ==> W/m2
369
370!CDIR COLLAPSE
371      emp(:,:) = zqla(:,:) / cevap                                        &   ! freshwater flux
372         &     - sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) / rday * tmask(:,:,1)
373      !
374!CDIR COLLAPSE
375      qns(:,:) = zqlw(:,:) - zqsb(:,:) - zqla(:,:)                        &   ! Downward Non Solar flux
376         &     - zqla(:,:)             * pst(:,:) * zcevap                &   ! remove evap.   heat content at SST in Celcius
377         &     + sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) * zcprec   ! add    precip. heat content at Tair in Celcius
378      ! NB: if sea-ice model, the snow precip are computed and the associated heat is added to qns (see blk_ice_clio)
379
380      CALL iom_put( "qlw_oce",   zqlw )   ! output downward longwave  heat over the ocean
381      CALL iom_put( "qsb_oce", - zqsb )   ! output downward sensible  heat over the ocean
382      CALL iom_put( "qla_oce", - zqla )   ! output downward latent    heat over the ocean
383      CALL iom_put( "qns_oce",   qns  )   ! output downward non solar heat over the ocean
384
385      IF(ln_ctl) THEN
386         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqsb , clinfo1=' blk_oce_clio: zqsb   : ', tab2d_2=zqlw , clinfo2=' zqlw  : ')
387         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqla , clinfo1=' blk_oce_clio: zqla   : ', tab2d_2=qsr  , clinfo2=' qsr   : ')
388         CALL prt_ctl(tab2d_1=pst  , clinfo1=' blk_oce_clio: pst    : ', tab2d_2=emp  , clinfo2=' emp   : ')
389         CALL prt_ctl(tab2d_1=utau , clinfo1=' blk_oce_clio: utau   : ', mask1=umask,   &
390            &         tab2d_2=vtau , clinfo2=' vtau : ', mask2=vmask )
391      ENDIF
392
393      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zqlw, zqla, zqsb )
394      !
395      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_oce_clio')
396      !
397   END SUBROUTINE blk_oce_clio
398
399
400   SUBROUTINE blk_ice_clio(  pst   , palb_cs, palb_os , palb  &
401      &                      p_taui, p_tauj, p_qns , p_qsr,   &
402      &                      p_qla , p_dqns, p_dqla,          &
403      &                      p_tpr , p_spr ,                  &
404      &                      p_fr1 , p_fr2 , cd_grid, pdim  )
405      !!---------------------------------------------------------------------------
406      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_clio  ***
407      !!                 
408      !!  ** Purpose :   Computation of the heat fluxes at ocean and snow/ice
409      !!       surface the solar heat at ocean and snow/ice surfaces and the
410      !!       sensitivity of total heat fluxes to the SST variations
411      !!         
412      !!  ** Method  :   The flux of heat at the ice and ocean surfaces are derived
413      !!       from semi-empirical ( or bulk ) formulae which relate the flux to
414      !!       the properties of the surface and of the lower atmosphere. Here, we
415      !!       follow the work of Oberhuber, 1988   
416      !!
417      !!  ** Action  :   call albedo_oce/albedo_ice to compute ocean/ice albedo
418      !!               - snow precipitation
419      !!               - solar flux at the ocean and ice surfaces
420      !!               - the long-wave radiation for the ocean and sea/ice
421      !!               - turbulent heat fluxes over water and ice
422      !!               - evaporation over water
423      !!               - total heat fluxes sensitivity over ice (dQ/dT)
424      !!               - latent heat flux sensitivity over ice (dQla/dT)
425      !!               - qns  :  modified the non solar heat flux over the ocean
426      !!                         to take into account solid precip latent heat flux
427      !!----------------------------------------------------------------------
428      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:)   ::   pst      ! ice surface temperature                   [Kelvin]
429      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:)   ::   palb_cs  ! ice albedo (clear    sky) (alb_ice_cs)         [-]
430      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:)   ::   palb_os  ! ice albedo (overcast sky) (alb_ice_os)         [-]
431      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   palb     ! ice albedo (actual value)                      [-]
432      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_taui   ! surface ice stress at I-point (i-component) [N/m2]
433      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_tauj   ! surface ice stress at I-point (j-component) [N/m2]
434      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_qns    ! non solar heat flux over ice (T-point)      [W/m2]
435      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_qsr    !     solar heat flux over ice (T-point)      [W/m2]
436      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_qla    ! latent    heat flux over ice (T-point)      [W/m2]
437      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_dqns   ! non solar heat sensistivity  (T-point)      [W/m2]
438      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_dqla   ! latent    heat sensistivity  (T-point)      [W/m2]
439      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_tpr    ! total precipitation          (T-point)   [Kg/m2/s]
440      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_spr    ! solid precipitation          (T-point)   [Kg/m2/s]
441      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_fr1    ! 1sr fraction of qsr penetration in ice         [-]
442      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_fr2    ! 2nd fraction of qsr penetration in ice         [-]
443      CHARACTER(len=1), INTENT(in   )             ::   cd_grid  ! type of sea-ice grid ("C" or "B" grid)
444      INTEGER, INTENT(in   )                      ::   pdim     ! number of ice categories
445      !!
446      INTEGER  ::   ji, jj, jl    ! dummy loop indices
447      INTEGER  ::   ijpl          ! number of ice categories (size of 3rd dim of input arrays)
448      !!
449      REAL(wp) ::   zcoef, zmt1, zmt2, zmt3, ztatm3     ! temporary scalars
450      REAL(wp) ::   ztaevbk, zind1, zind2, zind3, ztamr         !    -         -
451      REAL(wp) ::   zesi, zqsati, zdesidt                       !    -         -
452      REAL(wp) ::   zdqla, zcldeff, zev, zes, zpatm, zrhova     !    -         -
453      REAL(wp) ::   zcshi, zclei, zrhovaclei, zrhovacshi        !    -         -
454      REAL(wp) ::   ztice3, zticemb, zticemb2, zdqlw, zdqsb     !    -         -
455      !!
456      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   ztatm   ! Tair in Kelvin
457      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   zqatm   ! specific humidity
458      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   zevsqr  ! vapour pressure square-root
459      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   zrhoa   ! air density
460      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_qlw, z_qsb
461      !!---------------------------------------------------------------------
462      !
463      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_ice_clio')
464      !
465      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, ztatm, zqatm, zevsqr, zrhoa )
466      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,pdim, z_qlw, z_qsb )
467
468      ijpl  = pdim                           ! number of ice categories
469      zpatm = 101000.                        ! atmospheric pressure  (assumed constant  here)
470
471#if defined key_lim3     
472      tatm_ice(:,:) = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)   ! LIM3: make Tair available in sea-ice. WARNING allocated after call to ice_init
473#endif
474      !                                                        ! surface ocean fluxes computed with CLIO bulk formulea
475      !------------------------------------!
476      !   momentum fluxes  (utau, vtau )   !
477      !------------------------------------!
478
479      SELECT CASE( cd_grid )
480      CASE( 'C' )                          ! C-grid ice dynamics
481         zcoef  = cai / cao                         ! Change from air-sea stress to air-ice stress
482         p_taui(:,:) = zcoef * utau(:,:)
483         p_tauj(:,:) = zcoef * vtau(:,:)
484      CASE( 'I' )                          ! I-grid ice dynamics:  I-point (i.e. F-point lower-left corner)
485         zcoef  = 0.5_wp * cai / cao                ! Change from air-sea stress to air-ice stress
486         DO jj = 2, jpj         ! stress from ocean U- and V-points to ice U,V point
487            DO ji = 2, jpi   ! I-grid : no vector opt.
488               p_taui(ji,jj) = zcoef * ( utau(ji-1,jj  ) + utau(ji-1,jj-1) )
489               p_tauj(ji,jj) = zcoef * ( vtau(ji  ,jj-1) + vtau(ji-1,jj-1) )
490            END DO
491         END DO
492         CALL lbc_lnk( p_taui(:,:), 'I', -1. )   ;   CALL lbc_lnk( p_tauj(:,:), 'I', -1. )   ! I-point
493      END SELECT
494
495
496      !  Determine cloud optical depths as a function of latitude (Chou et al., 1981).
497      !  and the correction factor for taking into account  the effect of clouds
498      !------------------------------------------------------
499!CDIR NOVERRCHK
500!CDIR COLLAPSE
501      DO jj = 1, jpj
502!CDIR NOVERRCHK
503         DO ji = 1, jpi
504            ztatm (ji,jj) = sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1)                ! air temperature in Kelvins
505     
506            zrhoa(ji,jj) = zpatm / ( 287.04 * ztatm(ji,jj) )         ! air density (equation of state for dry air)
507     
508            ztamr = ztatm(ji,jj) - rtt                               ! Saturation water vapour
509            zmt1  = SIGN( 17.269,  ztamr )
510            zmt2  = SIGN( 21.875,  ztamr )
511            zmt3  = SIGN( 28.200, -ztamr )
512            zes   = 611.0 * EXP(  ABS( ztamr ) * MIN ( zmt1, zmt2 )   &
513               &                / ( ztatm(ji,jj) - 35.86  + MAX( 0.e0, zmt3 ) )  )
514
515            zev = sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1) * zes                    ! vapour pressure 
516            zevsqr(ji,jj) = SQRT( zev * 0.01 )                       ! square-root of vapour pressure
517            zqatm(ji,jj) = 0.622 * zev / ( zpatm - 0.378 * zev )     ! specific humidity
518
519            !----------------------------------------------------
520            !   Computation of snow precipitation (Ledley, 1985) |
521            !----------------------------------------------------
522            zmt1  =   253.0 - ztatm(ji,jj)            ;   zind1 = MAX( 0.e0, SIGN( 1.e0, zmt1 ) )
523            zmt2  = ( 272.0 - ztatm(ji,jj) ) / 38.0   ;   zind2 = MAX( 0.e0, SIGN( 1.e0, zmt2 ) )
524            zmt3  = ( 281.0 - ztatm(ji,jj) ) / 18.0   ;   zind3 = MAX( 0.e0, SIGN( 1.e0, zmt3 ) )
525            p_spr(ji,jj) = sf(jp_prec)%fnow(ji,jj,1) / rday   &      ! rday = converte mm/day to kg/m2/s
526               &         * (          zind1      &                   ! solid  (snow) precipitation [kg/m2/s]
527               &            + ( 1.0 - zind1 ) * (          zind2   * ( 0.5 + zmt2 )   &
528               &                                 + ( 1.0 - zind2 ) *  zind3 * zmt3  )   ) 
529
530            !----------------------------------------------------!
531            !  fraction of net penetrative shortwave radiation   !
532            !----------------------------------------------------!
533            ! fraction of qsr_ice which is NOT absorbed in the thin surface layer
534            ! and thus which penetrates inside the ice cover ( Maykut and Untersteiner, 1971 ; Elbert anbd Curry, 1993 )
535            p_fr1(ji,jj) = 0.18  * ( 1.e0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) ) + 0.35 * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) 
536            p_fr2(ji,jj) = 0.82  * ( 1.e0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) ) + 0.65 * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)
537         END DO
538      END DO
539      CALL iom_put( 'snowpre', p_spr )   ! Snow precipitation
540     
541      !-----------------------------------------------------------!
542      !  snow/ice Shortwave radiation   (abedo already computed)  !
543      !-----------------------------------------------------------!
544      CALL blk_clio_qsr_ice( palb_cs, palb_os, p_qsr )
545     
546      DO jl = 1, jpl
547         palb(:,:,jl) = ( palb_cs(:,:,jl) * ( 1.e0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) )   &
548            &         +   palb_os(:,:,jl) * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) )
549      END DO
550
551      !                                     ! ========================== !
552      DO jl = 1, ijpl                       !  Loop over ice categories  !
553         !                                  ! ========================== !
554!CDIR NOVERRCHK
555!CDIR COLLAPSE
556         DO jj = 1 , jpj
557!CDIR NOVERRCHK
558            DO ji = 1, jpi
559               !-------------------------------------------!
560               !  long-wave radiation over ice categories  !  ( Berliand 1952 ; all latitudes )
561               !-------------------------------------------!
562               ztatm3  = ztatm(ji,jj) * ztatm(ji,jj) * ztatm(ji,jj)
563               zcldeff = 1.0 - sbudyko(ji,jj) * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   
564               ztaevbk = ztatm3 * ztatm(ji,jj) * zcldeff * ( 0.39 - 0.05 * zevsqr(ji,jj) ) 
565               !
566               z_qlw(ji,jj,jl) = - emic * stefan * ( ztaevbk + 4. * ztatm3 * ( pst(ji,jj,jl) - ztatm(ji,jj) ) ) 
567
568               !----------------------------------------
569               !  Turbulent heat fluxes over snow/ice     ( Latent and sensible )
570               !----------------------------------------       
571
572               ! vapour pressure at saturation of ice (tmask to avoid overflow in the exponential)
573               zesi =  611.0 * EXP( 21.8745587 * tmask(ji,jj,1) * ( pst(ji,jj,jl) - rtt )/ ( pst(ji,jj,jl) - 7.66 ) )
574               ! humidity close to the ice surface (at saturation)
575               zqsati   = ( 0.622 * zesi ) / ( zpatm - 0.378 * zesi )
576               
577               !  computation of intermediate values
578               zticemb  = pst(ji,jj,jl) - 7.66
579               zticemb2 = zticemb * zticemb 
580               ztice3   = pst(ji,jj,jl) * pst(ji,jj,jl) * pst(ji,jj,jl)
581               zdesidt  = zesi * ( 9.5 * LOG( 10.0 ) * ( rtt - 7.66 )  / zticemb2 )
582               
583               !  Transfer cofficients assumed to be constant (Parkinson 1979 ; Maykut 1982)
584               zcshi    = 1.75e-03
585               zclei    = zcshi
586               
587               !  sensible and latent fluxes over ice
588               zrhova     = zrhoa(ji,jj) * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1)      ! computation of intermediate values
589               zrhovaclei = zrhova * zcshi * 2.834e+06
590               zrhovacshi = zrhova * zclei * 1004.0
591           
592               !  sensible heat flux
593               z_qsb(ji,jj,jl) = zrhovacshi * ( pst(ji,jj,jl) - ztatm(ji,jj) )
594           
595               !  latent heat flux
596               p_qla(ji,jj,jl) = MAX(  0.e0, zrhovaclei * ( zqsati - zqatm(ji,jj) )  )
597             
598               !  sensitivity of non solar fluxes (dQ/dT) (long-wave, sensible and latent fluxes)
599               zdqlw = 4.0 * emic * stefan * ztice3
600               zdqsb = zrhovacshi
601               zdqla = zrhovaclei * ( zdesidt * ( zqsati * zqsati / ( zesi * zesi ) ) * ( zpatm / 0.622 ) )   
602               !
603               p_dqla(ji,jj,jl) = zdqla                           ! latent flux sensitivity
604               p_dqns(ji,jj,jl) = -( zdqlw + zdqsb + zdqla )      !  total non solar sensitivity
605            END DO
606            !
607         END DO
608         !
609      END DO
610      !
611      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
612      !    Total FLUXES                                                               !
613      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
614      !
615!CDIR COLLAPSE
616      p_qns(:,:,:) = z_qlw (:,:,:) - z_qsb (:,:,:) - p_qla (:,:,:)      ! Downward Non Solar flux
617!CDIR COLLAPSE
618      p_tpr(:,:)   = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) / rday                     ! total precipitation [kg/m2/s]
619      !
620      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
621      !    Correct the OCEAN non solar flux with the existence of solid precipitation !
622      ! ---------------=====--------------------------------------------------------- !
623!CDIR COLLAPSE
624      qns(:,:) = qns(:,:)                                                           &   ! update the non-solar heat flux with:
625         &     - p_spr(:,:) * lfus                                                  &   ! remove melting solid precip
626         &     + p_spr(:,:) * MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0_snow - rt0 ) * cpic &   ! add solid P at least below melting
627         &     - p_spr(:,:) * sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)                        * rcp      ! remove solid precip. at Tair
628      !
629!!gm : not necessary as all input data are lbc_lnk...
630      CALL lbc_lnk( p_fr1  (:,:) , 'T', 1. )
631      CALL lbc_lnk( p_fr2  (:,:) , 'T', 1. )
632      DO jl = 1, ijpl
633         CALL lbc_lnk( p_qns (:,:,jl) , 'T', 1. )
634         CALL lbc_lnk( p_dqns(:,:,jl) , 'T', 1. )
635         CALL lbc_lnk( p_qla (:,:,jl) , 'T', 1. )
636         CALL lbc_lnk( p_dqla(:,:,jl) , 'T', 1. )
637      END DO
638
639!!gm : mask is not required on forcing
640      DO jl = 1, ijpl
641         p_qns (:,:,jl) = p_qns (:,:,jl) * tmask(:,:,1)
642         p_qla (:,:,jl) = p_qla (:,:,jl) * tmask(:,:,1)
643         p_dqns(:,:,jl) = p_dqns(:,:,jl) * tmask(:,:,1)
644         p_dqla(:,:,jl) = p_dqla(:,:,jl) * tmask(:,:,1)
645      END DO
646
647      IF(ln_ctl) THEN
648         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_qsb  , clinfo1=' blk_ice_clio: z_qsb  : ', tab3d_2=z_qlw  , clinfo2=' z_qlw  : ', kdim=ijpl)
649         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_qla  , clinfo1=' blk_ice_clio: z_qla  : ', tab3d_2=p_qsr  , clinfo2=' p_qsr  : ', kdim=ijpl)
650         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_dqns , clinfo1=' blk_ice_clio: p_dqns : ', tab3d_2=p_qns  , clinfo2=' p_qns  : ', kdim=ijpl)
651         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_dqla , clinfo1=' blk_ice_clio: p_dqla : ', tab3d_2=pst    , clinfo2=' pst    : ', kdim=ijpl)
652         CALL prt_ctl(tab2d_1=p_tpr  , clinfo1=' blk_ice_clio: p_tpr  : ', tab2d_2=p_spr  , clinfo2=' p_spr  : ')
653         CALL prt_ctl(tab2d_1=p_taui , clinfo1=' blk_ice_clio: p_taui : ', tab2d_2=p_tauj , clinfo2=' p_tauj : ')
654      ENDIF
655
656      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, ztatm, zqatm, zevsqr, zrhoa )
657      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,pdim, z_qlw, z_qsb )
658      !
659      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_ice_clio')
660      !
661   END SUBROUTINE blk_ice_clio
662
663
664   SUBROUTINE blk_clio_qsr_oce( pqsr_oce )
665      !!---------------------------------------------------------------------------
666      !!                     ***  ROUTINE blk_clio_qsr_oce  ***
667      !!                 
668      !!  ** Purpose :   Computation of the shortwave radiation at the ocean and the
669      !!               snow/ice surfaces.
670      !!         
671      !!  ** Method  : - computed qsr from the cloud cover for both ice and ocean
672      !!               - also initialise sbudyko and stauc once for all
673      !!----------------------------------------------------------------------
674      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   pqsr_oce    ! shortwave radiation  over the ocean
675      !!
676      INTEGER, PARAMETER  ::   jp24 = 24   ! sampling of the daylight period (sunrise to sunset) into 24 equal parts
677      !!     
678      INTEGER  ::   ji, jj, jt    ! dummy loop indices
679      INTEGER  ::   indaet            !  = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
680      INTEGER  ::   iday              ! integer part of day
681      INTEGER  ::   indxb, indxc      ! index for cloud depth coefficient
682
683      REAL(wp)  ::   zalat , zclat, zcmue, zcmue2    ! local scalars
684      REAL(wp)  ::   zmt1, zmt2, zmt3                !
685      REAL(wp)  ::   zdecl, zsdecl , zcdecl          !
686      REAL(wp)  ::   za_oce, ztamr                   !
687
688      REAL(wp) ::   zdl, zlha                        ! local scalars
689      REAL(wp) ::   zlmunoon, zcldcor, zdaycor       !   
690      REAL(wp) ::   zxday, zdist, zcoef, zcoef1      !
691      REAL(wp) ::   zes
692     
693      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zev          ! vapour pressure
694      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zdlha, zlsrise, zlsset     ! 2D workspace
695      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zps, zpc   ! sine (cosine) of latitude per sine (cosine) of solar declination
696      !!---------------------------------------------------------------------
697      !
698      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_clio_qsr_oce')
699      !
700      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zev, zdlha, zlsrise, zlsset, zps, zpc )
701
702      IF( lbulk_init ) THEN             !   Initilization at first time step only
703         rdtbs2 = nn_fsbc * rdt * 0.5
704         ! cloud optical depths as a function of latitude (Chou et al., 1981).
705         ! and the correction factor for taking into account  the effect of clouds
706         DO jj = 1, jpj
707            DO ji = 1 , jpi
708               zalat          = ( 90.e0 - ABS( gphit(ji,jj) ) ) /  5.e0
709               zclat          = ( 95.e0 -      gphit(ji,jj)   ) / 10.e0
710               indxb          = 1 + INT( zalat )
711               indxc          = 1 + INT( zclat )
712               zdl            = zclat - INT( zclat )
713               !  correction factor to account for the effect of clouds
714               sbudyko(ji,jj) = budyko(indxb)
715               stauc  (ji,jj) = ( 1.e0 - zdl ) * tauco( indxc ) + zdl * tauco( indxc + 1 )
716            END DO
717         END DO
718         lbulk_init = .FALSE.
719      ENDIF
720
721
722      ! Saturated water vapour and vapour pressure
723      ! ------------------------------------------
724!CDIR NOVERRCHK
725!CDIR COLLAPSE
726      DO jj = 1, jpj
727!CDIR NOVERRCHK
728         DO ji = 1, jpi
729            ztamr = sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) - rtt
730            zmt1  = SIGN( 17.269,  ztamr )
731            zmt2  = SIGN( 21.875,  ztamr )
732            zmt3  = SIGN( 28.200, -ztamr )
733            zes = 611.0 * EXP(  ABS( ztamr ) * MIN ( zmt1, zmt2 )   &              ! Saturation water vapour
734               &                     / ( sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) - 35.86  + MAX( 0.e0, zmt3 ) )  )
735            zev(ji,jj) = sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1) * zes * 1.0e-05                 ! vapour pressure 
736         END DO
737      END DO
738
739      !-----------------------------------!
740      !  Computation of solar irradiance  !
741      !-----------------------------------!
742!!gm : hard coded  leap year ???
743      indaet   = 1                                    ! = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
744      zxday = nday_year + rdtbs2 / rday               ! day of the year at which the fluxes are calculated
745      iday  = INT( zxday )                            ! (centred at the middle of the ice time step)
746      CALL flx_blk_declin( indaet, iday, zdecl )      ! solar declination of the current day
747      zsdecl = SIN( zdecl * rad )                     ! its sine
748      zcdecl = COS( zdecl * rad )                     ! its cosine
749
750
751      !  correction factor added for computation of shortwave flux to take into account the variation of
752      !  the distance between the sun and the earth during the year (Oberhuber 1988)
753      zdist    = zxday * 2. * rpi / REAL(nyear_len(1), wp)
754      zdaycor  = 1.0 + 0.0013 * SIN( zdist ) + 0.0342 * COS( zdist )
755
756!CDIR NOVERRCHK
757      DO jj = 1, jpj
758!CDIR NOVERRCHK
759         DO ji = 1, jpi
760            !  product of sine (cosine) of latitude and sine (cosine) of solar declination
761            zps(ji,jj) = SIN( gphit(ji,jj) * rad ) * zsdecl
762            zpc(ji,jj) = COS( gphit(ji,jj) * rad ) * zcdecl
763            !  computation of the both local time of sunrise and sunset
764            zlsrise(ji,jj) = ACOS( - SIGN( 1.e0, zps(ji,jj) )    &
765               &                   * MIN(  1.e0, SIGN( 1.e0, zps(ji,jj) ) * ( zps(ji,jj) / zpc(ji,jj) )  )   )
766            zlsset (ji,jj) = - zlsrise(ji,jj)
767            !  dividing the solar day into jp24 segments of length zdlha
768            zdlha  (ji,jj) = ( zlsrise(ji,jj) - zlsset(ji,jj) ) / REAL( jp24, wp )
769         END DO
770      END DO
771
772
773      !---------------------------------------------!
774      !  shortwave radiation absorbed by the ocean  !
775      !---------------------------------------------!
776      pqsr_oce(:,:)   = 0.e0      ! set ocean qsr to zero     
777
778      ! compute and sum ocean qsr over the daylight (i.e. between sunrise and sunset)
779!CDIR NOVERRCHK   
780      DO jt = 1, jp24
781         zcoef = FLOAT( jt ) - 0.5
782!CDIR NOVERRCHK     
783!CDIR COLLAPSE
784         DO jj = 1, jpj
785!CDIR NOVERRCHK
786            DO ji = 1, jpi
787               zlha = COS(  zlsrise(ji,jj) - zcoef * zdlha(ji,jj)  )                  ! local hour angle
788               zcmue              = MAX( 0.e0 ,   zps(ji,jj) + zpc(ji,jj) * zlha  )   ! cos of local solar altitude
789               zcmue2             = 1368.0 * zcmue * zcmue
790
791               ! ocean albedo depending on the cloud cover (Payne, 1972)
792               za_oce     = ( 1.0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) ) * 0.05 / ( 1.1 * zcmue**1.4 + 0.15 )   &   ! clear sky
793                  &       +         sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   * 0.06                                     ! overcast
794
795                  ! solar heat flux absorbed by the ocean (Zillman, 1972)
796               pqsr_oce(ji,jj) = pqsr_oce(ji,jj)                                         &
797                  &            + ( 1.0 - za_oce ) * zdlha(ji,jj) * zcmue2                &
798                  &            / ( ( zcmue + 2.7 ) * zev(ji,jj) + 1.085 * zcmue +  0.10 )
799            END DO
800         END DO
801      END DO
802      ! Taking into account the ellipsity of the earth orbit, the clouds AND masked if sea-ice cover > 0%
803      zcoef1 = srgamma * zdaycor / ( 2. * rpi )
804!CDIR COLLAPSE
805      DO jj = 1, jpj
806         DO ji = 1, jpi
807            zlmunoon = ASIN( zps(ji,jj) + zpc(ji,jj) ) / rad                         ! local noon solar altitude
808            zcldcor  = MIN(  1.e0, ( 1.e0 - 0.62 * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   &     ! cloud correction (Reed 1977)
809               &                          + 0.0019 * zlmunoon )                 )
810            pqsr_oce(ji,jj) = zcoef1 * zcldcor * pqsr_oce(ji,jj) * tmask(ji,jj,1)    ! and zcoef1: ellipsity
811         END DO
812      END DO
813
814      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zev, zdlha, zlsrise, zlsset, zps, zpc )
815      !
816      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_clio_qsr_oce')
817      !
818   END SUBROUTINE blk_clio_qsr_oce
819
820
821   SUBROUTINE blk_clio_qsr_ice( pa_ice_cs, pa_ice_os, pqsr_ice )
822      !!---------------------------------------------------------------------------
823      !!                     ***  ROUTINE blk_clio_qsr_ice  ***
824      !!                 
825      !!  ** Purpose :   Computation of the shortwave radiation at the ocean and the
826      !!               snow/ice surfaces.
827      !!         
828      !!  ** Method  : - computed qsr from the cloud cover for both ice and ocean
829      !!               - also initialise sbudyko and stauc once for all
830      !!----------------------------------------------------------------------
831      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pa_ice_cs   ! albedo of ice under clear sky
832      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pa_ice_os   ! albedo of ice under overcast sky
833      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:) ::   pqsr_ice    ! shortwave radiation over the ice/snow
834      !!
835      INTEGER, PARAMETER  ::   jp24 = 24   ! sampling of the daylight period (sunrise to sunset) into 24 equal parts
836      !!
837      INTEGER  ::   ji, jj, jl, jt    ! dummy loop indices
838      INTEGER  ::   ijpl              ! number of ice categories (3rd dim of pqsr_ice)
839      INTEGER  ::   indaet            !  = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
840      INTEGER  ::   iday              ! integer part of day
841      !!
842      REAL(wp) ::   zcmue, zcmue2, ztamr          ! temporary scalars
843      REAL(wp) ::   zmt1, zmt2, zmt3              !    -         -
844      REAL(wp) ::   zdecl, zsdecl, zcdecl         !    -         -
845      REAL(wp) ::   zlha, zdaycor, zes            !    -         -
846      REAL(wp) ::   zxday, zdist, zcoef, zcoef1   !    -         -
847      REAL(wp) ::   zqsr_ice_cs, zqsr_ice_os      !    -         -
848
849      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zev                      ! vapour pressure
850      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zdlha, zlsrise, zlsset   ! 2D workspace
851      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zps, zpc   ! sine (cosine) of latitude per sine (cosine) of solar declination
852      !!---------------------------------------------------------------------
853      !
854      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_clio_qsr_ice')
855      !
856      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zev, zdlha, zlsrise, zlsset, zps, zpc )
857
858      ijpl = SIZE(pqsr_ice, 3 )      ! number of ice categories
859     
860      ! Saturated water vapour and vapour pressure
861      ! ------------------------------------------
862!CDIR NOVERRCHK
863!CDIR COLLAPSE
864      DO jj = 1, jpj
865!CDIR NOVERRCHK
866         DO ji = 1, jpi           
867            ztamr = sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) - rtt           
868            zmt1  = SIGN( 17.269,  ztamr )
869            zmt2  = SIGN( 21.875,  ztamr )
870            zmt3  = SIGN( 28.200, -ztamr )
871            zes = 611.0 * EXP(  ABS( ztamr ) * MIN ( zmt1, zmt2 )   &              ! Saturation water vapour
872               &                     / ( sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) - 35.86  + MAX( 0.e0, zmt3 ) )  )
873            zev(ji,jj) = sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1) * zes * 1.0e-05                 ! vapour pressure 
874         END DO
875      END DO
876
877      !-----------------------------------!
878      !  Computation of solar irradiance  !
879      !-----------------------------------!
880!!gm : hard coded  leap year ???
881      indaet   = 1                                    ! = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
882      zxday = nday_year + rdtbs2 / rday               ! day of the year at which the fluxes are calculated
883      iday  = INT( zxday )                            ! (centred at the middle of the ice time step)
884      CALL flx_blk_declin( indaet, iday, zdecl )      ! solar declination of the current day
885      zsdecl = SIN( zdecl * rad )                     ! its sine
886      zcdecl = COS( zdecl * rad )                     ! its cosine
887
888     
889      !  correction factor added for computation of shortwave flux to take into account the variation of
890      !  the distance between the sun and the earth during the year (Oberhuber 1988)
891      zdist    = zxday * 2. * rpi / REAL(nyear_len(1), wp)
892      zdaycor  = 1.0 + 0.0013 * SIN( zdist ) + 0.0342 * COS( zdist )
893
894!CDIR NOVERRCHK
895      DO jj = 1, jpj
896!CDIR NOVERRCHK
897         DO ji = 1, jpi
898            !  product of sine (cosine) of latitude and sine (cosine) of solar declination
899            zps(ji,jj) = SIN( gphit(ji,jj) * rad ) * zsdecl
900            zpc(ji,jj) = COS( gphit(ji,jj) * rad ) * zcdecl
901            !  computation of the both local time of sunrise and sunset
902            zlsrise(ji,jj) = ACOS( - SIGN( 1.e0, zps(ji,jj) )    &
903               &                   * MIN(  1.e0, SIGN( 1.e0, zps(ji,jj) ) * ( zps(ji,jj) / zpc(ji,jj) )  )   ) 
904            zlsset (ji,jj) = - zlsrise(ji,jj)
905            !  dividing the solar day into jp24 segments of length zdlha
906            zdlha  (ji,jj) = ( zlsrise(ji,jj) - zlsset(ji,jj) ) / REAL( jp24, wp )
907         END DO
908      END DO
909
910
911      !---------------------------------------------!
912      !  shortwave radiation absorbed by the ice    !
913      !---------------------------------------------!
914      ! compute and sum ice qsr over the daylight for each ice categories
915      pqsr_ice(:,:,:) = 0.e0
916      zcoef1 = zdaycor / ( 2. * rpi )       ! Correction for the ellipsity of the earth orbit
917     
918      !                    !----------------------------!
919      DO jl = 1, ijpl      !  loop over ice categories  !
920         !                 !----------------------------!
921!CDIR NOVERRCHK   
922         DO jt = 1, jp24   
923            zcoef = FLOAT( jt ) - 0.5
924!CDIR NOVERRCHK     
925!CDIR COLLAPSE
926            DO jj = 1, jpj
927!CDIR NOVERRCHK
928               DO ji = 1, jpi
929                  zlha = COS(  zlsrise(ji,jj) - zcoef * zdlha(ji,jj)  )                  ! local hour angle
930                  zcmue              = MAX( 0.e0 ,   zps(ji,jj) + zpc(ji,jj) * zlha  )   ! cos of local solar altitude
931                  zcmue2             = 1368.0 * zcmue * zcmue
932                 
933                  !  solar heat flux absorbed by the ice/snow system (Shine and Crane 1984 adapted to high albedo)
934                  zqsr_ice_cs =  ( 1.0 - pa_ice_cs(ji,jj,jl) ) * zdlha(ji,jj) * zcmue2        &   ! clear sky
935                     &        / ( ( 1.0 + zcmue ) * zev(ji,jj) + 1.2 * zcmue + 0.0455 )
936                  zqsr_ice_os = zdlha(ji,jj) * SQRT( zcmue )                                  &   ! overcast sky
937                     &        * ( 53.5 + 1274.5 * zcmue )      * ( 1.0 - 0.996  * pa_ice_os(ji,jj,jl) )    &
938                     &        / (  1.0 + 0.139  * stauc(ji,jj) * ( 1.0 - 0.9435 * pa_ice_os(ji,jj,jl) ) )       
939             
940                  pqsr_ice(ji,jj,jl) = pqsr_ice(ji,jj,jl) + (  ( 1.0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) ) * zqsr_ice_cs    &
941                     &                                       +         sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   * zqsr_ice_os  )
942               END DO
943            END DO
944         END DO
945         !
946         ! Correction : Taking into account the ellipsity of the earth orbit
947         pqsr_ice(:,:,jl) = pqsr_ice(:,:,jl) * zcoef1 * tmask(:,:,1)
948         !
949         !                 !--------------------------------!
950      END DO               !  end loop over ice categories  !
951      !                    !--------------------------------!
952
953
954!!gm  : this should be suppress as input data have been passed through lbc_lnk
955      DO jl = 1, ijpl
956         CALL lbc_lnk( pqsr_ice(:,:,jl) , 'T', 1. )
957      END DO
958      !
959      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zev, zdlha, zlsrise, zlsset, zps, zpc )
960      !
961      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_clio_qsr_ice')
962      !
963   END SUBROUTINE blk_clio_qsr_ice
964
965
966   SUBROUTINE flx_blk_declin( ky, kday, pdecl )
967      !!---------------------------------------------------------------------------
968      !!               ***  ROUTINE flx_blk_declin  ***
969      !!         
970      !! ** Purpose :   Computation of the solar declination for the day
971      !!       
972      !! ** Method  :   ???
973      !!---------------------------------------------------------------------
974      INTEGER , INTENT(in   ) ::   ky      ! = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
975      INTEGER , INTENT(in   ) ::   kday    ! day of the year ( kday = 1 on january 1)
976      REAL(wp), INTENT(  out) ::   pdecl   ! solar declination
977      !!
978      REAL(wp) ::   a0  =  0.39507671      ! coefficients for solar declinaison computation
979      REAL(wp) ::   a1  = 22.85684301      !     "              ""                 "
980      REAL(wp) ::   a2  = -0.38637317      !     "              ""                 "
981      REAL(wp) ::   a3  =  0.15096535      !     "              ""                 "
982      REAL(wp) ::   a4  = -0.00961411      !     "              ""                 "
983      REAL(wp) ::   b1  = -4.29692073      !     "              ""                 "
984      REAL(wp) ::   b2  =  0.05702074      !     "              ""                 "
985      REAL(wp) ::   b3  = -0.09028607      !     "              ""                 "
986      REAL(wp) ::   b4  =  0.00592797
987      !!
988      REAL(wp) ::   zday   ! corresponding day of type year (cf. ky)
989      REAL(wp) ::   zp     ! temporary scalars
990      !!---------------------------------------------------------------------
991           
992      IF    ( ky == 1 )  THEN   ;   zday = REAL( kday, wp ) - 0.5
993      ELSEIF( ky == 3 )  THEN   ;   zday = REAL( kday, wp ) - 1.
994      ELSE                      ;   zday = REAL( kday, wp )
995      ENDIF
996     
997      zp = rpi * ( 2.0 * zday - 367.0 ) / REAL(nyear_len(1), wp)
998     
999      pdecl  = a0                                                                      &
1000         &   + a1 * COS( zp ) + a2 * COS( 2. * zp ) + a3 * COS( 3. * zp ) + a4 * COS( 4. * zp )   &
1001         &   + b1 * SIN( zp ) + b2 * SIN( 2. * zp ) + b3 * SIN( 3. * zp ) + b4 * SIN( 4. * zp )
1002      !
1003   END SUBROUTINE flx_blk_declin
1004
1005   !!======================================================================
1006END MODULE sbcblk_clio
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.