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sbcblk.F90 in branches/2016/dev_r6711_SIMPLIF_6_aerobulk/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC – NEMO

source: branches/2016/dev_r6711_SIMPLIF_6_aerobulk/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/sbcblk.F90 @ 7163

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#1751 - branch SIMPLIF_6_aerobulk: update option control in sbcmod + uniformization of print in ocean_output (many module involved)

File size: 51.7 KB
Line 
1MODULE sbcblk
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  sbcblk  ***
4   !! Ocean forcing:  momentum, heat and freshwater flux formulation
5   !!                         Aerodynamic Bulk Formulas
6   !!                        SUCCESSOR OF "sbcblk_core"
7   !!=====================================================================
8   !! History :  1.0  !  2004-08  (U. Schweckendiek)  Original CORE code
9   !!            2.0  !  2005-04  (L. Brodeau, A.M. Treguier)  improved CORE bulk and its user interface
10   !!            3.0  !  2006-06  (G. Madec)  sbc rewritting
11   !!             -   !  2006-12  (L. Brodeau)  Original code for turb_core
12   !!            3.2  !  2009-04  (B. Lemaire)  Introduce iom_put
13   !!            3.3  !  2010-10  (S. Masson)  add diurnal cycle
14   !!            3.4  !  2011-11  (C. Harris)  Fill arrays required by CICE
15   !!            3.7  !  2014-06  (L. Brodeau)  simplification and optimization of CORE bulk
16   !!            4.0  !  2016-06  (L. Brodeau)  sbcblk_core becomes sbcblk and is not restricted to the CORE algorithm anymore
17   !!                                          ==> based on AeroBulk (http://aerobulk.sourceforge.net/)
18   !!            4.0  !  2016-10  (G. Madec)  introduce a sbc_blk_init routine
19   !!----------------------------------------------------------------------
20
21   !!----------------------------------------------------------------------
22   !!   sbc_blk_init  : initialisation of the chosen bulk formulation as ocean surface boundary condition
23   !!   sbc_blk       : bulk formulation as ocean surface boundary condition
24   !!   blk_oce       : computes momentum, heat and freshwater fluxes over ocean
25   !!   blk_ice       : computes momentum, heat and freshwater fluxes over sea ice
26   !!   rho_air       : density of (moist) air (depends on T_air, q_air and SLP
27   !!   cp_air        : specific heat of (moist) air (depends spec. hum. q_air)
28   !!   q_sat         : saturation humidity as a function of SLP and temperature
29   !!   L_vap         : latent heat of vaporization of water as a function of temperature
30   !!----------------------------------------------------------------------
31   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
32   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
33   USE phycst         ! physical constants
34   USE fldread        ! read input fields
35   USE sbc_oce        ! Surface boundary condition: ocean fields
36   USE cyclone        ! Cyclone 10m wind form trac of cyclone centres
37   USE sbcdcy         ! surface boundary condition: diurnal cycle
38   USE sbcwave , ONLY :   cdn_wave ! wave module
39   USE sbc_ice        ! Surface boundary condition: ice fields
40   USE lib_fortran    ! to use key_nosignedzero
41#if defined key_lim3
42   USE ice     , ONLY :   u_ice, v_ice, jpl, pfrld, a_i_b
43   USE limthd_dh      ! for CALL lim_thd_snwblow
44#elif defined key_lim2
45   USE ice_2   , ONLY :   u_ice, v_ice
46   USE par_ice_2      ! LIM-2 parameters
47#endif
48   USE sbcblk_algo_ncar     ! => turb_ncar     : NCAR - CORE (Large & Yeager, 2009)
49   USE sbcblk_algo_coare    ! => turb_coare    : COAREv3.0 (Fairall et al. 2003)
50   USE sbcblk_algo_coare3p5 ! => turb_coare3p5 : COAREv3.5 (Edson et al. 2013)
51   USE sbcblk_algo_ecmwf    ! => turb_ecmwf    : ECMWF (IFS cycle 31)
52   !
53   USE iom            ! I/O manager library
54   USE in_out_manager ! I/O manager
55   USE lib_mpp        ! distribued memory computing library
56   USE wrk_nemo       ! work arrays
57   USE timing         ! Timing
58   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
59   USE prtctl         ! Print control
60
61   IMPLICIT NONE
62   PRIVATE
63
64   PUBLIC   sbc_blk_init  ! called in sbcmod
65   PUBLIC   sbc_blk       ! called in sbcmod
66#if defined key_lim2 || defined key_lim3
67   PUBLIC   blk_ice_tau   ! routine called in sbc_ice_lim module
68   PUBLIC   blk_ice_flx   ! routine called in sbc_ice_lim module
69#endif
70
71!!Lolo: should ultimately be moved in the module with all physical constants ?
72!!gm  : In principle, yes.
73   REAL(wp), PARAMETER ::   Cp_dry = 1005.0       !: Specic heat of dry air, constant pressure      [J/K/kg]
74   REAL(wp), PARAMETER ::   Cp_vap = 1860.0       !: Specic heat of water vapor, constant pressure  [J/K/kg]
75   REAL(wp), PARAMETER ::   R_dry = 287.05_wp     !: Specific gas constant for dry air              [J/K/kg]
76   REAL(wp), PARAMETER ::   R_vap = 461.495_wp    !: Specific gas constant for water vapor          [J/K/kg]
77   REAL(wp), PARAMETER ::   reps0 = R_dry/R_vap   !: ratio of gas constant for dry air and water vapor => ~ 0.622
78   REAL(wp), PARAMETER ::   rctv0 = R_vap/R_dry   !: for virtual temperature (== (1-eps)/eps) => ~ 0.608
79
80   INTEGER , PARAMETER ::   jpfld   =10           ! maximum number of files to read
81   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndi = 1           ! index of 10m wind velocity (i-component) (m/s)    at T-point
82   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndj = 2           ! index of 10m wind velocity (j-component) (m/s)    at T-point
83   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tair = 3           ! index of 10m air temperature             (Kelvin)
84   INTEGER , PARAMETER ::   jp_humi = 4           ! index of specific humidity               ( % )
85   INTEGER , PARAMETER ::   jp_qsr  = 5           ! index of solar heat                      (W/m2)
86   INTEGER , PARAMETER ::   jp_qlw  = 6           ! index of Long wave                       (W/m2)
87   INTEGER , PARAMETER ::   jp_prec = 7           ! index of total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
88   INTEGER , PARAMETER ::   jp_snow = 8           ! index of snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
89   INTEGER , PARAMETER ::   jp_slp  = 9           ! index of snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
90   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tdif =10           ! index of tau diff associated to HF tau   (N/m2)   at T-point
91
92   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   sf   ! structure of input fields (file informations, fields read)
93
94   !                                             !!! Bulk parameters
95   REAL(wp), PARAMETER ::   cpa  = 1000.5         ! specific heat of air (only used for ice fluxes now...)
96   REAL(wp), PARAMETER ::   Ls   =    2.839e6     ! latent heat of sublimation
97   REAL(wp), PARAMETER ::   Stef =    5.67e-8     ! Stefan Boltzmann constant
98   REAL(wp), PARAMETER ::   Cice =    1.4e-3      ! iovi 1.63e-3     ! transfer coefficient over ice
99   REAL(wp), PARAMETER ::   albo =    0.066       ! ocean albedo assumed to be constant
100   !
101   !                           !!* Namelist namsbc_blk : bulk parameters
102   LOGICAL  ::   ln_NCAR        ! "NCAR"      algorithm   (Large and Yeager 2008)
103   LOGICAL  ::   ln_COARE_3p0   ! "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)
104   LOGICAL  ::   ln_COARE_3p5   ! "COARE 3.5" algorithm   (Edson et al. 2013)
105   LOGICAL  ::   ln_ECMWF       ! "ECMWF"     algorithm   (IFS cycle 31)
106   !
107   LOGICAL  ::   ln_taudif      ! logical flag to use the "mean of stress module - module of mean stress" data
108   REAL(wp) ::   rn_pfac        ! multiplication factor for precipitation
109   REAL(wp) ::   rn_efac        ! multiplication factor for evaporation (clem)
110   REAL(wp) ::   rn_vfac        ! multiplication factor for ice/ocean velocity in the calculation of wind stress (clem)
111   REAL(wp) ::   rn_zqt         ! z(q,t) : height of humidity and temperature measurements
112   REAL(wp) ::   rn_zu          ! z(u)   : height of wind measurements
113
114   INTEGER  ::   nblk           ! choice of the bulk algorithm
115   !                            ! associated indices:
116   INTEGER, PARAMETER ::   np_NCAR      = 1   ! "NCAR" algorithm        (Large and Yeager 2008)
117   INTEGER, PARAMETER ::   np_COARE_3p0 = 2   ! "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)
118   INTEGER, PARAMETER ::   np_COARE_3p5 = 3   ! "COARE 3.5" algorithm   (Edson et al. 2013)
119   INTEGER, PARAMETER ::   np_ECMWF     = 4   ! "ECMWF" algorithm       (IFS cycle 31)
120
121   !! * Substitutions
122#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
123   !!----------------------------------------------------------------------
124   !! NEMO/OPA 3.7 , NEMO-consortium (2014)
125   !! $Id: sbcblk.F90 6416 2016-04-01 12:22:17Z clem $
126   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
127   !!----------------------------------------------------------------------
128CONTAINS
129
130   SUBROUTINE sbc_blk_init
131      !!---------------------------------------------------------------------
132      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk_init  ***
133      !!
134      !! ** Purpose :   choose and initialize a bulk formulae formulation
135      !!
136      !! ** Method  :
137      !!
138      !!      C A U T I O N : never mask the surface stress fields
139      !!                      the stress is assumed to be in the (i,j) mesh referential
140      !!
141      !! ** Action  :   
142      !!
143      !!----------------------------------------------------------------------
144      INTEGER  ::   ifpr, jfld            ! dummy loop indice and argument
145      INTEGER  ::   ios, ierror, ioptio   ! Local integer
146      !!
147      CHARACTER(len=100)            ::   cn_dir                ! Root directory for location of atmospheric forcing files
148      TYPE(FLD_N), DIMENSION(jpfld) ::   slf_i                 ! array of namelist informations on the fields to read
149      TYPE(FLD_N) ::   sn_wndi, sn_wndj, sn_humi, sn_qsr       ! informations about the fields to be read
150      TYPE(FLD_N) ::   sn_qlw , sn_tair, sn_prec, sn_snow      !       "                        "
151      TYPE(FLD_N) ::   sn_slp , sn_tdif                        !       "                        "
152      NAMELIST/namsbc_blk/ sn_wndi, sn_wndj, sn_humi, sn_qsr, sn_qlw ,                &   ! input fields
153         &                 sn_tair, sn_prec, sn_snow, sn_slp, sn_tdif,                &
154         &                 ln_NCAR, ln_COARE_3p0, ln_COARE_3p5, ln_ECMWF,             &   ! bulk algorithm
155         &                 cn_dir , ln_taudif, rn_zqt, rn_zu, rn_pfac, rn_efac, rn_vfac
156      !!---------------------------------------------------------------------
157      !
158      !                             !** read bulk namelist 
159      REWIND( numnam_ref )                !* Namelist namsbc_blk in reference namelist : bulk parameters
160      READ  ( numnam_ref, namsbc_blk, IOSTAT = ios, ERR = 901)
161901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_blk in reference namelist', lwp )
162      !
163      REWIND( numnam_cfg )                !* Namelist namsbc_blk in configuration namelist : bulk parameters
164      READ  ( numnam_cfg, namsbc_blk, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
165902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_blk in configuration namelist', lwp )
166      !
167      IF(lwm) WRITE( numond, namsbc_blk )
168      !
169      !                             !** initialization of the chosen bulk formulae (+ check)
170      !                                   !* select the bulk chosen in the namelist and check the choice
171      ;                                                        ioptio = 0
172      IF( ln_NCAR      ) THEN   ;   nblk =  np_NCAR        ;   ioptio = ioptio + 1   ;   ENDIF
173      IF( ln_COARE_3p0 ) THEN   ;   nblk =  np_COARE_3p0   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   ENDIF
174      IF( ln_COARE_3p5 ) THEN   ;   nblk =  np_COARE_3p5   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   ENDIF
175      IF( ln_ECMWF     ) THEN   ;   nblk =  np_ECMWF       ;   ioptio = ioptio + 1   ;   ENDIF
176      !
177      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: Choose one and only one bulk algorithm' )
178      !
179      IF( ln_dm2dc ) THEN                 !* check: diurnal cycle on Qsr
180         IF( sn_qsr%nfreqh /= 24 )   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_init: ln_dm2dc=T only with daily short-wave input' )
181         IF( sn_qsr%ln_tint ) THEN
182            CALL ctl_warn( 'sbc_blk_init: ln_dm2dc=T daily qsr time interpolation done by sbcdcy module',   &
183               &           '              ==> We force time interpolation = .false. for qsr' )
184            sn_qsr%ln_tint = .false.
185         ENDIF
186      ENDIF
187      !                                   !* set the bulk structure
188      !                                      !- store namelist information in an array
189      slf_i(jp_wndi) = sn_wndi   ;   slf_i(jp_wndj) = sn_wndj
190      slf_i(jp_qsr ) = sn_qsr    ;   slf_i(jp_qlw ) = sn_qlw
191      slf_i(jp_tair) = sn_tair   ;   slf_i(jp_humi) = sn_humi
192      slf_i(jp_prec) = sn_prec   ;   slf_i(jp_snow) = sn_snow
193      slf_i(jp_slp)  = sn_slp    ;   slf_i(jp_tdif) = sn_tdif
194      !
195      lhftau = ln_taudif                     !- add an extra field if HF stress is used
196      jfld = jpfld - COUNT( (/.NOT.lhftau/) )
197      !
198      !                                      !- allocate the bulk structure
199      ALLOCATE( sf(jfld), STAT=ierror )
200      IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_init: unable to allocate sf structure' )
201      DO ifpr= 1, jfld
202         ALLOCATE( sf(ifpr)%fnow(jpi,jpj,1) )
203         IF( slf_i(ifpr)%ln_tint )   ALLOCATE( sf(ifpr)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
204      END DO
205      !                                      !- fill the bulk structure with namelist informations
206      CALL fld_fill( sf, slf_i, cn_dir, 'sbc_blk_init', 'surface boundary condition -- bulk formulae', 'namsbc_blk' )
207      !
208      !           
209      IF(lwp) THEN                     !** Control print
210         !
211         WRITE(numout,*)                  !* namelist
212         WRITE(numout,*) '   Namelist namsbc_blk (other than data information):'
213         WRITE(numout,*) '      "NCAR"      algorithm   (Large and Yeager 2008)     ln_NCAR      = ', ln_NCAR
214         WRITE(numout,*) '      "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)       ln_COARE_3p0 = ', ln_COARE_3p0
215         WRITE(numout,*) '      "COARE 3.5" algorithm   (Edson et al. 2013)         ln_COARE_3p5 = ', ln_COARE_3p0
216         WRITE(numout,*) '      "ECMWF"     algorithm   (IFS cycle 31)              ln_ECMWF     = ', ln_ECMWF
217         WRITE(numout,*) '      add High freq.contribution to the stress module     ln_taudif    = ', ln_taudif
218         WRITE(numout,*) '      Air temperature and humidity reference height (m)   rn_zqt       = ', rn_zqt
219         WRITE(numout,*) '      Wind vector reference height (m)                    rn_zu        = ', rn_zu
220         WRITE(numout,*) '      factor applied on precipitation (total & snow)      rn_pfac      = ', rn_pfac
221         WRITE(numout,*) '      factor applied on evaporation                       rn_efac      = ', rn_efac
222         WRITE(numout,*) '      factor applied on ocean/ice velocity                rn_vfac      = ', rn_vfac
223         WRITE(numout,*) '         (form absolute (=0) to relative winds(=1))'
224         !
225         WRITE(numout,*)
226         SELECT CASE( nblk )              !* Print the choice of bulk algorithm
227         CASE( np_NCAR      )   ;   WRITE(numout,*) '      ===>>   "NCAR" algorithm        (Large and Yeager 2008)'
228         CASE( np_COARE_3p0 )   ;   WRITE(numout,*) '      ===>>   "COARE 3.0" algorithm   (Fairall et al. 2003)'
229         CASE( np_COARE_3p5 )   ;   WRITE(numout,*) '      ===>>   "COARE 3.5" algorithm   (Edson et al. 2013)'
230         CASE( np_ECMWF     )   ;   WRITE(numout,*) '      ===>>   "ECMWF" algorithm       (IFS cycle 31)'
231         END SELECT
232         !
233      ENDIF
234      !
235   END SUBROUTINE sbc_blk_init
236
237
238   SUBROUTINE sbc_blk( kt )
239      !!---------------------------------------------------------------------
240      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk  ***
241      !!
242      !! ** Purpose :   provide at each time step the surface ocean fluxes
243      !!      (momentum, heat, freshwater and runoff)
244      !!
245      !! ** Method  : (1) READ each fluxes in NetCDF files:
246      !!      the 10m wind velocity (i-component) (m/s)    at T-point
247      !!      the 10m wind velocity (j-component) (m/s)    at T-point
248      !!      the 10m or 2m specific humidity     ( % )
249      !!      the solar heat                      (W/m2)
250      !!      the Long wave                       (W/m2)
251      !!      the 10m or 2m air temperature       (Kelvin)
252      !!      the total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
253      !!      the snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
254      !!      the tau diff associated to HF tau   (N/m2)   at T-point   (ln_taudif=T)
255      !!              (2) CALL blk_oce
256      !!
257      !!      C A U T I O N : never mask the surface stress fields
258      !!                      the stress is assumed to be in the (i,j) mesh referential
259      !!
260      !! ** Action  :   defined at each time-step at the air-sea interface
261      !!              - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
262      !!              - taum        wind stress module at T-point
263      !!              - wndm        wind speed  module at T-point over free ocean or leads in presence of sea-ice
264      !!              - qns, qsr    non-solar and solar heat fluxes
265      !!              - emp         upward mass flux (evapo. - precip.)
266      !!              - sfx         salt flux due to freezing/melting (non-zero only if ice is present)
267      !!                            (set in limsbc(_2).F90)
268      !!
269      !! ** References :   Large & Yeager, 2004 / Large & Yeager, 2008
270      !!                   Brodeau et al. Ocean Modelling 2010
271      !!----------------------------------------------------------------------
272      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
273      !!---------------------------------------------------------------------
274      !
275      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )             ! input fields provided at the current time-step
276      !
277      !                                            ! compute the surface ocean fluxes using bulk formulea
278      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   CALL blk_oce( kt, sf, sst_m, ssu_m, ssv_m )
279
280#if defined key_cice
281      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   THEN
282         qlw_ice(:,:,1)   = sf(jp_qlw )%fnow(:,:,1)
283         qsr_ice(:,:,1)   = sf(jp_qsr )%fnow(:,:,1)
284         tatm_ice(:,:)    = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)
285         qatm_ice(:,:)    = sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)
286         tprecip(:,:)     = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
287         sprecip(:,:)     = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
288         wndi_ice(:,:)    = sf(jp_wndi)%fnow(:,:,1)
289         wndj_ice(:,:)    = sf(jp_wndj)%fnow(:,:,1)
290      ENDIF
291#endif
292      !
293   END SUBROUTINE sbc_blk
294
295
296   SUBROUTINE blk_oce( kt, sf, pst, pu, pv )
297      !!---------------------------------------------------------------------
298      !!                     ***  ROUTINE blk_oce  ***
299      !!
300      !! ** Purpose :   provide the momentum, heat and freshwater fluxes at
301      !!      the ocean surface at each time step
302      !!
303      !! ** Method  :   bulk formulea for the ocean using atmospheric
304      !!      fields read in sbc_read
305      !!
306      !! ** Outputs : - utau    : i-component of the stress at U-point  (N/m2)
307      !!              - vtau    : j-component of the stress at V-point  (N/m2)
308      !!              - taum    : Wind stress module at T-point         (N/m2)
309      !!              - wndm    : Wind speed module at T-point          (m/s)
310      !!              - qsr     : Solar heat flux over the ocean        (W/m2)
311      !!              - qns     : Non Solar heat flux over the ocean    (W/m2)
312      !!              - emp     : evaporation minus precipitation       (kg/m2/s)
313      !!
314      !!  ** Nota  :   sf has to be a dummy argument for AGRIF on NEC
315      !!---------------------------------------------------------------------
316      INTEGER  , INTENT(in   )                 ::   kt    ! time step index
317      TYPE(fld), INTENT(inout), DIMENSION(:)   ::   sf    ! input data
318      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pst   ! surface temperature                      [Celcius]
319      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pu    ! surface current at U-point (i-component) [m/s]
320      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pv    ! surface current at V-point (j-component) [m/s]
321      !
322      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
323      REAL(wp) ::   zztmp                ! local variable
324      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zwnd_i, zwnd_j    ! wind speed components at T-point
325      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zsq               ! specific humidity at pst
326      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zqlw, zqsb        ! long wave and sensible heat fluxes
327      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zqla, zevap       ! latent heat fluxes and evaporation
328      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Cd                ! transfer coefficient for momentum      (tau)
329      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ch                ! transfer coefficient for sensible heat (Q_sens)
330      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ce                ! tansfert coefficient for evaporation   (Q_lat)
331      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zst               ! surface temperature in Kelvin
332      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zt_zu             ! air temperature at wind speed height
333      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zq_zu             ! air spec. hum.  at wind speed height
334      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zU_zu             ! bulk wind speed at height zu  [m/s]
335      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   ztpot             ! potential temperature of air at z=rn_zqt [K]
336      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zrhoa             ! density of air   [kg/m^3]
337      !!---------------------------------------------------------------------
338      !
339      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_oce')
340      !
341      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,   zwnd_i, zwnd_j, zsq, zqlw, zqsb, zqla, zevap )
342      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,   Cd, Ch, Ce, zst, zt_zu, zq_zu )
343      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,   zU_zu, ztpot, zrhoa )
344      !
345
346      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
347      zst(:,:) = pst(:,:) + rt0      ! convert SST from Celcius to Kelvin (and set minimum value far above 0 K)
348
349      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
350      !      0   Wind components and module at T-point relative to the moving ocean   !
351      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
352
353      ! ... components ( U10m - U_oce ) at T-point (unmasked)
354!!gm    move zwnd_i (_j) set to zero  inside the key_cyclone ???
355      zwnd_i(:,:) = 0._wp
356      zwnd_j(:,:) = 0._wp
357#if defined key_cyclone
358      CALL wnd_cyc( kt, zwnd_i, zwnd_j )    ! add analytical tropical cyclone (Vincent et al. JGR 2012)
359      DO jj = 2, jpjm1
360         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
361            sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) = sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) + zwnd_i(ji,jj)
362            sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) = sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) + zwnd_j(ji,jj)
363         END DO
364      END DO
365#endif
366      DO jj = 2, jpjm1
367         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
368            zwnd_i(ji,jj) = (  sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pu(ji-1,jj  ) + pu(ji,jj) )  )
369            zwnd_j(ji,jj) = (  sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pv(ji  ,jj-1) + pv(ji,jj) )  )
370         END DO
371      END DO
372      CALL lbc_lnk( zwnd_i(:,:) , 'T', -1. )
373      CALL lbc_lnk( zwnd_j(:,:) , 'T', -1. )
374      ! ... scalar wind ( = | U10m - U_oce | ) at T-point (masked)
375      wndm(:,:) = SQRT(  zwnd_i(:,:) * zwnd_i(:,:)   &
376         &             + zwnd_j(:,:) * zwnd_j(:,:)  ) * tmask(:,:,1)
377
378      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
379      !      I   Radiative FLUXES                                                     !
380      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
381
382      ! ocean albedo assumed to be constant + modify now Qsr to include the diurnal cycle                    ! Short Wave
383      zztmp = 1. - albo
384      IF( ln_dm2dc ) THEN   ;   qsr(:,:) = zztmp * sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) ) * tmask(:,:,1)
385      ELSE                  ;   qsr(:,:) = zztmp *          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)   * tmask(:,:,1)
386      ENDIF
387
388      zqlw(:,:) = (  sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1) - Stef * zst(:,:)*zst(:,:)*zst(:,:)*zst(:,:)  ) * tmask(:,:,1)   ! Long  Wave
389
390
391
392      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
393      !     II    Turbulent FLUXES                                                    !
394      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
395
396      ! ... specific humidity at SST and IST tmask(
397      zsq(:,:) = 0.98 * q_sat( zst(:,:), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
398      !!
399      !! Estimate of potential temperature at z=rn_zqt, based on adiabatic lapse-rate
400      !!    (see Josey, Gulev & Yu, 2013) / doi=10.1016/B978-0-12-391851-2.00005-2
401      !!    (since reanalysis products provide T at z, not theta !)
402      ztpot = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) + gamma_moist( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), sf(jp_humi)%fnow(:,:,1) ) * rn_zqt
403
404      SELECT CASE( nblk )        !==  transfer coefficients  ==!   Cd, Ch, Ce at T-point
405      !
406      CASE( np_NCAR      )   ;   CALL turb_ncar    ( rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, sf(jp_humi)%fnow, wndm,   &  ! NCAR-COREv2
407         &                                               Cd, Ch, Ce, zt_zu, zq_zu, zU_zu )
408      CASE( np_COARE_3p0 )   ;   CALL turb_coare   ( rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, sf(jp_humi)%fnow, wndm,   &  ! COARE v3.0
409         &                                               Cd, Ch, Ce, zt_zu, zq_zu, zU_zu )
410      CASE( np_COARE_3p5 )   ;   CALL turb_coare3p5( rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, sf(jp_humi)%fnow, wndm,   &  ! COARE v3.5
411         &                                               Cd, Ch, Ce, zt_zu, zq_zu, zU_zu )
412      CASE( np_ECMWF     )   ;   CALL turb_ecmwf   ( rn_zqt, rn_zu, zst, ztpot, zsq, sf(jp_humi)%fnow, wndm,   &  ! ECMWF
413         &                                               Cd, Ch, Ce, zt_zu, zq_zu, zU_zu )
414      CASE DEFAULT
415         CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_oce: non-existing bulk formula selected' )
416      END SELECT
417
418      !                          ! Compute true air density :
419      IF( ABS(rn_zu - rn_zqt) > 0.01 ) THEN     ! At zu: (probably useless to remove zrho*grav*rn_zu from SLP...)
420         zrhoa(:,:) = rho_air( zt_zu(:,:)             , zq_zu(:,:)             , sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
421      ELSE                                      ! At zt:
422         zrhoa(:,:) = rho_air( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
423      END IF
424
425      DO jj = 1, jpj             ! tau module, i and j component
426         DO ji = 1, jpi
427            zztmp = zrhoa(ji,jj)  * zU_zu(ji,jj) * Cd(ji,jj)   ! using bulk wind speed
428            taum  (ji,jj) = zztmp * wndm  (ji,jj)
429            zwnd_i(ji,jj) = zztmp * zwnd_i(ji,jj)
430            zwnd_j(ji,jj) = zztmp * zwnd_j(ji,jj)
431         END DO
432      END DO
433
434      !                          ! add the HF tau contribution to the wind stress module
435      IF( lhftau )   taum(:,:) = taum(:,:) + sf(jp_tdif)%fnow(:,:,1)
436
437      CALL iom_put( "taum_oce", taum )   ! output wind stress module
438
439      ! ... utau, vtau at U- and V_points, resp.
440      !     Note the use of 0.5*(2-umask) in order to unmask the stress along coastlines
441      !     Note the use of MAX(tmask(i,j),tmask(i+1,j) is to mask tau over ice shelves
442      DO jj = 1, jpjm1
443         DO ji = 1, fs_jpim1
444            utau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_i(ji,jj) + zwnd_i(ji+1,jj  ) ) &
445               &          * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji+1,jj,1))
446            vtau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_j(ji,jj) + zwnd_j(ji  ,jj+1) ) &
447               &          * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji,jj+1,1))
448         END DO
449      END DO
450      CALL lbc_lnk( utau(:,:), 'U', -1. )
451      CALL lbc_lnk( vtau(:,:), 'V', -1. )
452
453
454      !  Turbulent fluxes over ocean
455      ! -----------------------------
456
457      ! zqla used as temporary array, for rho*U (common term of bulk formulae):
458      zqla(:,:) = zrhoa(:,:) * zU_zu(:,:)
459
460      IF( ABS( rn_zu - rn_zqt) < 0.01_wp ) THEN
461         !! q_air and t_air are given at 10m (wind reference height)
462         zevap(:,:) = rn_efac*MAX( 0._wp,             zqla(:,:)*Ce(:,:)*(zsq(:,:) - sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)) ) ! Evaporation, using bulk wind speed
463         zqsb (:,:) = cp_air(sf(jp_humi)%fnow(:,:,1))*zqla(:,:)*Ch(:,:)*(zst(:,:) - ztpot(:,:)             )   ! Sensible Heat, using bulk wind speed
464      ELSE
465         !! q_air and t_air are not given at 10m (wind reference height)
466         ! Values of temp. and hum. adjusted to height of wind during bulk algorithm iteration must be used!!!
467         zevap(:,:) = rn_efac*MAX( 0._wp,             zqla(:,:)*Ce(:,:)*(zsq(:,:) - zq_zu(:,:) ) ) ! Evaporation ! using bulk wind speed
468         zqsb (:,:) = cp_air(sf(jp_humi)%fnow(:,:,1))*zqla(:,:)*Ch(:,:)*(zst(:,:) - zt_zu(:,:) )   ! Sensible Heat ! using bulk wind speed
469      ENDIF
470
471      zqla(:,:) = L_vap(zst(:,:)) * zevap(:,:)     ! Latent Heat flux
472
473
474      IF(ln_ctl) THEN
475         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqla  , clinfo1=' blk_oce: zqla   : ', tab2d_2=Ce , clinfo2=' Ce  : ' )
476         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqsb  , clinfo1=' blk_oce: zqsb   : ', tab2d_2=Ch , clinfo2=' Ch  : ' )
477         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqlw  , clinfo1=' blk_oce: zqlw   : ', tab2d_2=qsr, clinfo2=' qsr : ' )
478         CALL prt_ctl( tab2d_1=zsq   , clinfo1=' blk_oce: zsq    : ', tab2d_2=zst, clinfo2=' zst : ' )
479         CALL prt_ctl( tab2d_1=utau  , clinfo1=' blk_oce: utau   : ', mask1=umask,   &
480            &          tab2d_2=vtau  , clinfo2=           ' vtau : ', mask2=vmask )
481         CALL prt_ctl( tab2d_1=wndm  , clinfo1=' blk_oce: wndm   : ')
482         CALL prt_ctl( tab2d_1=zst   , clinfo1=' blk_oce: zst    : ')
483      ENDIF
484
485      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
486      !     III    Total FLUXES                                                       !
487      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
488      !
489      emp (:,:) = (  zevap(:,:)                                          &   ! mass flux (evap. - precip.)
490         &         - sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac  ) * tmask(:,:,1)
491      !
492      qns(:,:) = zqlw(:,:) - zqsb(:,:) - zqla(:,:)                                &   ! Downward Non Solar
493         &     - sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * lfus                         &   ! remove latent melting heat for solid precip
494         &     - zevap(:,:) * pst(:,:) * rcp                                      &   ! remove evap heat content at SST
495         &     + ( sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) - sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) ) * rn_pfac  &   ! add liquid precip heat content at Tair
496         &     * ( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) - rt0 ) * rcp                          &
497         &     + sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac                                &   ! add solid  precip heat content at min(Tair,Tsnow)
498         &     * ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0_snow ) - rt0 ) * cpic * tmask(:,:,1)
499      !
500#if defined key_lim3
501      qns_oce(:,:) = zqlw(:,:) - zqsb(:,:) - zqla(:,:)                                ! non solar without emp (only needed by LIM3)
502      qsr_oce(:,:) = qsr(:,:)
503#endif
504      !
505      IF ( nn_ice == 0 ) THEN
506         CALL iom_put( "qlw_oce" ,   zqlw )                 ! output downward longwave heat over the ocean
507         CALL iom_put( "qsb_oce" , - zqsb )                 ! output downward sensible heat over the ocean
508         CALL iom_put( "qla_oce" , - zqla )                 ! output downward latent   heat over the ocean
509         CALL iom_put( "qemp_oce",   qns-zqlw+zqsb+zqla )   ! output downward heat content of E-P over the ocean
510         CALL iom_put( "qns_oce" ,   qns  )                 ! output downward non solar heat over the ocean
511         CALL iom_put( "qsr_oce" ,   qsr  )                 ! output downward solar heat over the ocean
512         CALL iom_put( "qt_oce"  ,   qns+qsr )              ! output total downward heat over the ocean
513         tprecip(:,:) = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac   ! output total precipitation [kg/m2/s]
514         sprecip(:,:) = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac   ! output solid precipitation [kg/m2/s]
515         CALL iom_put( 'snowpre', sprecip * 86400. )        ! Snow
516         CALL iom_put( 'precip' , tprecip * 86400. )        ! Total precipitation
517      ENDIF
518      !
519      IF(ln_ctl) THEN
520         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqsb , clinfo1=' blk_oce: zqsb   : ', tab2d_2=zqlw , clinfo2=' zqlw  : ')
521         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqla , clinfo1=' blk_oce: zqla   : ', tab2d_2=qsr  , clinfo2=' qsr   : ')
522         CALL prt_ctl(tab2d_1=pst  , clinfo1=' blk_oce: pst    : ', tab2d_2=emp  , clinfo2=' emp   : ')
523         CALL prt_ctl(tab2d_1=utau , clinfo1=' blk_oce: utau   : ', mask1=umask,   &
524            &         tab2d_2=vtau , clinfo2=              ' vtau  : ' , mask2=vmask )
525      ENDIF
526      !
527      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,   zwnd_i, zwnd_j, zsq, zqlw, zqsb, zqla, zevap )
528      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,   Cd, Ch, Ce, zst, zt_zu, zq_zu )
529      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,   zU_zu, ztpot, zrhoa )
530      !
531      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_oce')
532      !
533   END SUBROUTINE blk_oce
534
535#if defined key_lim2 || defined key_lim3
536
537   SUBROUTINE blk_ice_tau
538      !!---------------------------------------------------------------------
539      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_tau  ***
540      !!
541      !! ** Purpose :   provide the surface boundary condition over sea-ice
542      !!
543      !! ** Method  :   compute momentum using bulk formulation
544      !!                formulea, ice variables and read atmospheric fields.
545      !!                NB: ice drag coefficient is assumed to be a constant
546      !!---------------------------------------------------------------------
547      INTEGER  ::   ji, jj    ! dummy loop indices
548      !
549      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER :: zcoef_wnorm
550      !
551      REAL(wp) ::   zwnorm_f, zwndi_f , zwndj_f               ! relative wind module and components at F-point
552      REAL(wp) ::             zwndi_t , zwndj_t               ! relative wind components at T-point
553      !!---------------------------------------------------------------------
554      !
555      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_ice_tau')
556      !
557      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,   zcoef_wnorm )
558
559      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
560      ! Computing density of air! Way denser that 1.2 over sea-ice !!!
561      !!
562      zcoef_wnorm (:,:) =  rho_air(sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1))
563      zcoef_wnorm (:,:) =  Cice * zcoef_wnorm (:,:)
564
565      !!gm brutal....
566      utau_ice  (:,:) = 0._wp
567      vtau_ice  (:,:) = 0._wp
568      wndm_ice  (:,:) = 0._wp
569      !!gm end
570
571      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
572      !    Wind components and module relative to the moving ocean ( U10m - U_ice )   !
573      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
574      SELECT CASE( cp_ice_msh )
575      CASE( 'I' )                  ! B-grid ice dynamics :   I-point (i.e. F-point with sea-ice indexation)
576         !                           and scalar wind at T-point ( = | U10m - U_ice | ) (masked)
577         DO jj = 2, jpjm1
578            DO ji = 2, jpim1   ! B grid : NO vector opt
579               ! ... scalar wind at I-point (fld being at T-point)
580               zwndi_f = 0.25 * (  sf(jp_wndi)%fnow(ji-1,jj  ,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji  ,jj  ,1)   &
581                  &              + sf(jp_wndi)%fnow(ji-1,jj-1,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji  ,jj-1,1)  ) - rn_vfac * u_ice(ji,jj)
582               zwndj_f = 0.25 * (  sf(jp_wndj)%fnow(ji-1,jj  ,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji  ,jj  ,1)   &
583                  &              + sf(jp_wndj)%fnow(ji-1,jj-1,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji  ,jj-1,1)  ) - rn_vfac * v_ice(ji,jj)
584               zwnorm_f = zcoef_wnorm(ji,jj) * SQRT( zwndi_f * zwndi_f + zwndj_f * zwndj_f )
585               ! ... ice stress at I-point
586               utau_ice(ji,jj) = zwnorm_f * zwndi_f
587               vtau_ice(ji,jj) = zwnorm_f * zwndj_f
588               ! ... scalar wind at T-point (fld being at T-point)
589               zwndi_t = sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.25 * (  u_ice(ji,jj+1) + u_ice(ji+1,jj+1)   &
590                  &                                                    + u_ice(ji,jj  ) + u_ice(ji+1,jj  )  )
591               zwndj_t = sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.25 * (  v_ice(ji,jj+1) + v_ice(ji+1,jj+1)   &
592                  &                                                    + v_ice(ji,jj  ) + v_ice(ji+1,jj  )  )
593               wndm_ice(ji,jj)  = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
594            END DO
595         END DO
596         CALL lbc_lnk( utau_ice, 'I', -1. )
597         CALL lbc_lnk( vtau_ice, 'I', -1. )
598         CALL lbc_lnk( wndm_ice, 'T',  1. )
599         !
600      CASE( 'C' )                  ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
601         DO jj = 2, jpj
602            DO ji = fs_2, jpi   ! vect. opt.
603               zwndi_t = (  sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( u_ice(ji-1,jj  ) + u_ice(ji,jj) )  )
604               zwndj_t = (  sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( v_ice(ji  ,jj-1) + v_ice(ji,jj) )  )
605               wndm_ice(ji,jj) = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
606            END DO
607         END DO
608         DO jj = 2, jpjm1
609            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
610               utau_ice(ji,jj) = 0.5*zcoef_wnorm(ji,jj) * ( wndm_ice(ji+1,jj  ) + wndm_ice(ji,jj) )                          &
611                  &          * ( 0.5 * (sf(jp_wndi)%fnow(ji+1,jj,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) ) - rn_vfac * u_ice(ji,jj) )
612               vtau_ice(ji,jj) = 0.5*zcoef_wnorm(ji,jj) * ( wndm_ice(ji,jj+1  ) + wndm_ice(ji,jj) )                          &
613                  &          * ( 0.5 * (sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj+1,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) ) - rn_vfac * v_ice(ji,jj) )
614            END DO
615         END DO
616         CALL lbc_lnk( utau_ice, 'U', -1. )
617         CALL lbc_lnk( vtau_ice, 'V', -1. )
618         CALL lbc_lnk( wndm_ice, 'T',  1. )
619         !
620      END SELECT
621
622      IF(ln_ctl) THEN
623         CALL prt_ctl(tab2d_1=utau_ice  , clinfo1=' blk_ice: utau_ice : ', tab2d_2=vtau_ice  , clinfo2=' vtau_ice : ')
624         CALL prt_ctl(tab2d_1=wndm_ice  , clinfo1=' blk_ice: wndm_ice : ')
625      ENDIF
626
627      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,   zcoef_wnorm )
628
629      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_ice_tau')
630
631   END SUBROUTINE blk_ice_tau
632
633
634   SUBROUTINE blk_ice_flx( ptsu, palb )
635      !!---------------------------------------------------------------------
636      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_flx  ***
637      !!
638      !! ** Purpose :   provide the surface boundary condition over sea-ice
639      !!
640      !! ** Method  :   compute heat and freshwater exchanged
641      !!                between atmosphere and sea-ice using bulk formulation
642      !!                formulea, ice variables and read atmmospheric fields.
643      !!
644      !! caution : the net upward water flux has with mm/day unit
645      !!---------------------------------------------------------------------
646      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   ptsu   ! sea ice surface temperature
647      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  ::   palb   ! ice albedo (all skies)
648      !!
649      INTEGER  ::   ji, jj, jl               ! dummy loop indices
650      REAL(wp) ::   zst2, zst3               ! local variable
651      REAL(wp) ::   zcoef_dqlw, zcoef_dqla   !   -      -
652      REAL(wp) ::   zztmp, z1_lsub           !   -      -
653      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_qlw         ! long wave heat flux over ice
654      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_qsb         ! sensible  heat flux over ice
655      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_dqlw        ! long wave heat sensitivity over ice
656      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_dqsb        ! sensible  heat sensitivity over ice
657      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   zevap, zsnw   ! evaporation and snw distribution after wind blowing (LIM3)
658      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   zrhoa
659      !!---------------------------------------------------------------------
660      !
661      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_ice_flx')
662      !
663      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpl,   z_qlw, z_qsb, z_dqlw, z_dqsb )
664      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,       zrhoa)
665      !
666      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
667      zcoef_dqlw   = 4.0 * 0.95 * Stef
668      zcoef_dqla   = -Ls * Cice * 11637800. * (-5897.8)
669      !
670      zrhoa(:,:) = rho_air( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), sf(jp_humi)%fnow(:,:,1), sf(jp_slp)%fnow(:,:,1) )
671      !
672      zztmp = 1. / ( 1. - albo )
673      !                                     ! ========================== !
674      DO jl = 1, jpl                        !  Loop over ice categories  !
675         !                                  ! ========================== !
676         DO jj = 1 , jpj
677            DO ji = 1, jpi
678               ! ----------------------------!
679               !      I   Radiative FLUXES   !
680               ! ----------------------------!
681               zst2 = ptsu(ji,jj,jl) * ptsu(ji,jj,jl)
682               zst3 = ptsu(ji,jj,jl) * zst2
683               ! Short Wave (sw)
684               qsr_ice(ji,jj,jl) = zztmp * ( 1. - palb(ji,jj,jl) ) * qsr(ji,jj)
685               ! Long  Wave (lw)
686               z_qlw(ji,jj,jl) = 0.95 * ( sf(jp_qlw)%fnow(ji,jj,1) - Stef * ptsu(ji,jj,jl) * zst3 ) * tmask(ji,jj,1)
687               ! lw sensitivity
688               z_dqlw(ji,jj,jl) = zcoef_dqlw * zst3
689
690               ! ----------------------------!
691               !     II    Turbulent FLUXES  !
692               ! ----------------------------!
693
694               ! ... turbulent heat fluxes
695               ! Sensible Heat
696               z_qsb(ji,jj,jl) = zrhoa(ji,jj) * cpa * Cice * wndm_ice(ji,jj) * ( ptsu(ji,jj,jl) - sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) )
697               ! Latent Heat
698               qla_ice(ji,jj,jl) = rn_efac * MAX( 0.e0, zrhoa(ji,jj) * Ls  * Cice * wndm_ice(ji,jj)   &
699                  &                         * (  11637800. * EXP( -5897.8 / ptsu(ji,jj,jl) ) / zrhoa(ji,jj) - sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1)  ) )
700               ! Latent heat sensitivity for ice (Dqla/Dt)
701               IF( qla_ice(ji,jj,jl) > 0._wp ) THEN
702                  dqla_ice(ji,jj,jl) = rn_efac * zcoef_dqla * wndm_ice(ji,jj) / ( zst2 ) * EXP( -5897.8 / ptsu(ji,jj,jl) )
703               ELSE
704                  dqla_ice(ji,jj,jl) = 0._wp
705               ENDIF
706
707               ! Sensible heat sensitivity (Dqsb_ice/Dtn_ice)
708               z_dqsb(ji,jj,jl) = zrhoa(ji,jj)*cpa*Cice * wndm_ice(ji,jj)
709
710               ! ----------------------------!
711               !     III    Total FLUXES     !
712               ! ----------------------------!
713               ! Downward Non Solar flux
714               qns_ice (ji,jj,jl) =     z_qlw (ji,jj,jl) - z_qsb (ji,jj,jl) - qla_ice (ji,jj,jl)
715               ! Total non solar heat flux sensitivity for ice
716               dqns_ice(ji,jj,jl) = - ( z_dqlw(ji,jj,jl) + z_dqsb(ji,jj,jl) + dqla_ice(ji,jj,jl) )
717            END DO
718            !
719         END DO
720         !
721      END DO
722      !
723      tprecip(:,:) = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac      ! total precipitation [kg/m2/s]
724      sprecip(:,:) = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac      ! solid precipitation [kg/m2/s]
725      CALL iom_put( 'snowpre', sprecip * 86400. )                  ! Snow precipitation
726      CALL iom_put( 'precip' , tprecip * 86400. )                  ! Total precipitation
727
728#if defined  key_lim3
729      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,   zevap, zsnw )
730
731      ! --- evaporation --- !
732      z1_lsub = 1._wp / Lsub
733      evap_ice (:,:,:) = rn_efac * qla_ice (:,:,:) * z1_lsub    ! sublimation
734      devap_ice(:,:,:) = rn_efac * dqla_ice(:,:,:) * z1_lsub    ! d(sublimation)/dT
735      zevap    (:,:)   = rn_efac * ( emp(:,:) + tprecip(:,:) )  ! evaporation over ocean
736
737      ! --- evaporation minus precipitation --- !
738      zsnw(:,:) = 0._wp
739      CALL lim_thd_snwblow( pfrld, zsnw )  ! snow distribution over ice after wind blowing
740      emp_oce(:,:) = pfrld(:,:) * zevap(:,:) - ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) - sprecip(:,:) * (1._wp - zsnw )
741      emp_ice(:,:) = SUM( a_i_b(:,:,:) * evap_ice(:,:,:), dim=3 ) - sprecip(:,:) * zsnw
742      emp_tot(:,:) = emp_oce(:,:) + emp_ice(:,:)
743
744      ! --- heat flux associated with emp --- !
745      qemp_oce(:,:) = - pfrld(:,:) * zevap(:,:) * sst_m(:,:) * rcp                               & ! evap at sst
746         &          + ( tprecip(:,:) - sprecip(:,:) ) * ( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) - rt0 ) * rcp  & ! liquid precip at Tair
747         &          +   sprecip(:,:) * ( 1._wp - zsnw ) *                                        & ! solid precip at min(Tair,Tsnow)
748         &              ( ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0_snow ) - rt0 ) * cpic * tmask(:,:,1) - lfus )
749      qemp_ice(:,:) =   sprecip(:,:) * zsnw *                                                    & ! solid precip (only)
750         &              ( ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0_snow ) - rt0 ) * cpic * tmask(:,:,1) - lfus )
751
752      ! --- total solar and non solar fluxes --- !
753      qns_tot(:,:) = pfrld(:,:) * qns_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qns_ice(:,:,:), dim=3 ) + qemp_ice(:,:) + qemp_oce(:,:)
754      qsr_tot(:,:) = pfrld(:,:) * qsr_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qsr_ice(:,:,:), dim=3 )
755
756      ! --- heat content of precip over ice in J/m3 (to be used in 1D-thermo) --- !
757      qprec_ice(:,:) = rhosn * ( ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0_snow ) - rt0 ) * cpic * tmask(:,:,1) - lfus )
758
759      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,   zevap, zsnw )
760#endif
761
762      !--------------------------------------------------------------------
763      ! FRACTIONs of net shortwave radiation which is not absorbed in the
764      ! thin surface layer and penetrates inside the ice cover
765      ! ( Maykut and Untersteiner, 1971 ; Ebert and Curry, 1993 )
766      !
767      fr1_i0(:,:) = ( 0.18 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.35 * cldf_ice )
768      fr2_i0(:,:) = ( 0.82 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.65 * cldf_ice )
769      !
770      !
771      IF(ln_ctl) THEN
772         CALL prt_ctl(tab3d_1=qla_ice , clinfo1=' blk_ice: qla_ice  : ', tab3d_2=z_qsb   , clinfo2=' z_qsb    : ', kdim=jpl)
773         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_qlw   , clinfo1=' blk_ice: z_qlw    : ', tab3d_2=dqla_ice, clinfo2=' dqla_ice : ', kdim=jpl)
774         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_dqsb  , clinfo1=' blk_ice: z_dqsb   : ', tab3d_2=z_dqlw  , clinfo2=' z_dqlw   : ', kdim=jpl)
775         CALL prt_ctl(tab3d_1=dqns_ice, clinfo1=' blk_ice: dqns_ice : ', tab3d_2=qsr_ice , clinfo2=' qsr_ice  : ', kdim=jpl)
776         CALL prt_ctl(tab3d_1=ptsu    , clinfo1=' blk_ice: ptsu     : ', tab3d_2=qns_ice , clinfo2=' qns_ice  : ', kdim=jpl)
777         CALL prt_ctl(tab2d_1=tprecip , clinfo1=' blk_ice: tprecip  : ', tab2d_2=sprecip , clinfo2=' sprecip  : ')
778      ENDIF
779
780      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpl,   z_qlw, z_qsb, z_dqlw, z_dqsb )
781      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,       zrhoa )
782      !
783      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_ice_flx')
784
785   END SUBROUTINE blk_ice_flx
786   
787#endif
788
789   FUNCTION rho_air( ptak, pqa, pslp )
790      !!-------------------------------------------------------------------------------
791      !!                           ***  FUNCTION rho_air  ***
792      !!
793      !! ** Purpose : compute density of (moist) air using the eq. of state of the atmosphere
794      !!
795      !! ** Author: L. Brodeau, june 2016 / AeroBulk (https://sourceforge.net/p/aerobulk)
796      !!-------------------------------------------------------------------------------
797      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   ptak      ! air temperature             [K]
798      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   pqa       ! air specific humidity   [kg/kg]
799      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   pslp      ! pressure in                [Pa]
800      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             ::   rho_air   ! density of moist air   [kg/m^3]
801      !!-------------------------------------------------------------------------------
802      !
803      rho_air = pslp / (  R_dry*ptak * ( 1._wp + rctv0*pqa )  )
804      !
805   END FUNCTION rho_air
806
807
808   FUNCTION cp_air( pqa )
809      !!-------------------------------------------------------------------------------
810      !!                           ***  FUNCTION cp_air  ***
811      !!
812      !! ** Purpose : Compute specific heat (Cp) of moist air
813      !!
814      !! ** Author: L. Brodeau, june 2016 / AeroBulk (https://sourceforge.net/p/aerobulk)
815      !!-------------------------------------------------------------------------------
816      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   pqa      ! air specific humidity         [kg/kg]
817      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             ::   cp_air   ! specific heat of moist air   [J/K/kg]
818      !!-------------------------------------------------------------------------------
819      !
820      Cp_air = Cp_dry + Cp_vap * pqa
821      !
822   END FUNCTION cp_air
823
824
825   FUNCTION q_sat( ptak, pslp )
826      !!----------------------------------------------------------------------------------
827      !!                           ***  FUNCTION q_sat  ***
828      !!
829      !! ** Purpose : Specific humidity at saturation in [kg/kg]
830      !!              Based on accurate estimate of "e_sat"
831      !!              aka saturation water vapor (Goff, 1957)
832      !!
833      !! ** Author: L. Brodeau, june 2016 / AeroBulk (https://sourceforge.net/p/aerobulk)
834      !!----------------------------------------------------------------------------------
835      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   ptak    ! air temperature                       [K]
836      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   pslp    ! sea level atmospheric pressure       [Pa]
837      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             ::   q_sat   ! Specific humidity at saturation   [kg/kg]
838      !
839      INTEGER  ::   ji, jj         ! dummy loop indices
840      REAL(wp) ::   ze_sat, ztmp   ! local scalar
841      !!----------------------------------------------------------------------------------
842      !
843      DO jj = 1, jpj
844         DO ji = 1, jpi
845            !
846            ztmp = rt0 / ptak(ji,jj)
847            !
848            ! Vapour pressure at saturation [hPa] : WMO, (Goff, 1957)
849            ze_sat = 10.**( 10.79574*(1. - ztmp) - 5.028*LOG10(ptak(ji,jj)/rt0)        &
850               &    + 1.50475*10.**(-4)*(1. - 10.**(-8.2969*(ptak(ji,jj)/rt0 - 1.)) )  &
851               &    + 0.42873*10.**(-3)*(10.**(4.76955*(1. - ztmp)) - 1.) + 0.78614  )
852               !
853            q_sat(ji,jj) = reps0 * ze_sat/( 0.01_wp*pslp(ji,jj) - (1._wp - reps0)*ze_sat )   ! 0.01 because SLP is in [Pa]
854            !
855         END DO
856      END DO
857      !
858   END FUNCTION q_sat
859
860
861   FUNCTION gamma_moist( ptak, pqa )
862      !!----------------------------------------------------------------------------------
863      !!                           ***  FUNCTION gamma_moist  ***
864      !!
865      !! ** Purpose : Compute the moist adiabatic lapse-rate.
866      !!     => http://glossary.ametsoc.org/wiki/Moist-adiabatic_lapse_rate
867      !!     => http://www.geog.ucsb.edu/~joel/g266_s10/lecture_notes/chapt03/oh10_3_01/oh10_3_01.html
868      !!
869      !! ** Author: L. Brodeau, june 2016 / AeroBulk (https://sourceforge.net/p/aerobulk)
870      !!----------------------------------------------------------------------------------
871      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   ptak          ! air temperature       [K]
872      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   pqa           ! specific humidity [kg/kg]
873      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             ::   gamma_moist   ! moist adiabatic lapse-rate
874      !
875      INTEGER  ::   ji, jj         ! dummy loop indices
876      REAL(wp) :: zrv, ziRT        ! local scalar
877      !!----------------------------------------------------------------------------------
878      !
879      DO jj = 1, jpj
880         DO ji = 1, jpi
881            zrv = pqa(ji,jj) / (1. - pqa(ji,jj))
882            ziRT = 1. / (R_dry*ptak(ji,jj))    ! 1/RT
883            gamma_moist(ji,jj) = grav * ( 1. + cevap*zrv*ziRT ) / ( Cp_dry + cevap*cevap*zrv*reps0*ziRT/ptak(ji,jj) )
884         END DO
885      END DO
886      !
887   END FUNCTION gamma_moist
888
889
890   FUNCTION L_vap( psst )
891      !!---------------------------------------------------------------------------------
892      !!                           ***  FUNCTION L_vap  ***
893      !!
894      !! ** Purpose : Compute the latent heat of vaporization of water from temperature
895      !!
896      !! ** Author: L. Brodeau, june 2016 / AeroBulk (https://sourceforge.net/p/aerobulk)
897      !!----------------------------------------------------------------------------------
898      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             ::   L_vap   ! latent heat of vaporization   [J/kg]
899      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   psst   ! water temperature                [K]
900      !!----------------------------------------------------------------------------------
901      !
902      L_vap = (  2.501 - 0.00237 * ( psst(:,:) - rt0)  ) * 1.e6
903      !
904   END FUNCTION L_vap
905
906   !!======================================================================
907END MODULE sbcblk
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.