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.
albedo.F90 in branches/UKMO/dev_r5518_GO6_under_ice_relax_dr_hook/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC – NEMO

source: branches/UKMO/dev_r5518_GO6_under_ice_relax_dr_hook/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/albedo.F90 @ 11738

Last change on this file since 11738 was 11738, checked in by marc, 5 years ago

The Dr Hook changes from my perl code.

File size: 15.6 KB
Line 
1MODULE albedo
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  albedo  ***
4   !! Ocean forcing:  bulk thermohaline forcing of the ocean (or ice)
5   !!=====================================================================
6   !! History :  8.0  ! 2001-04  (LIM 1.0)
7   !!   NEMO     1.0  ! 2003-07  (C. Ethe, G. Madec)  Optimization (old name:shine)
8   !!             -   ! 2004-11  (C. Talandier)  add albedo_init
9   !!             -   ! 2001-06  (M. Vancoppenolle) LIM 3.0
10   !!             -   ! 2006-08  (G. Madec)  cleaning for surface module
11   !!            3.6  ! 2016-01  (C. Rousset) new parameterization for sea ice albedo
12   !!----------------------------------------------------------------------
13
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   !!   albedo_ice    : albedo for   ice (clear and overcast skies)
16   !!   albedo_oce    : albedo for ocean (clear and overcast skies)
17   !!   albedo_init   : initialisation of albedo computation
18   !!----------------------------------------------------------------------
19   USE phycst         ! physical constants
20   USE in_out_manager ! I/O manager
21   USE lib_mpp        ! MPP library
22   USE wrk_nemo       ! work arrays
23   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
24
25   USE yomhook, ONLY: lhook, dr_hook
26   USE parkind1, ONLY: jprb, jpim
27
28   IMPLICIT NONE
29   PRIVATE
30
31   PUBLIC   albedo_ice   ! routine called sbcice_lim.F90
32   PUBLIC   albedo_oce   ! routine called by ???
33
34   INTEGER  ::   albd_init = 0      !: control flag for initialization
35 
36   REAL(wp) ::   rmue     = 0.40    !  cosine of local solar altitude
37   REAL(wp) ::   ralb_oce = 0.066   ! ocean or lead albedo (Pegau and Paulson, Ann. Glac. 2001)
38   REAL(wp) ::   c1       = 0.05    ! snow thickness (only for nn_ice_alb=0)
39   REAL(wp) ::   c2       = 0.10    !  "        "
40   REAL(wp) ::   rcloud   = 0.06    ! cloud effect on albedo (only-for nn_ice_alb=0)
41 
42   !                             !!* namelist namsbc_alb
43   INTEGER  ::   nn_ice_alb
44   REAL(wp) ::   rn_albice
45
46   !!----------------------------------------------------------------------
47   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
48   !! $Id$
49   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
50   !!----------------------------------------------------------------------
51CONTAINS
52
53   SUBROUTINE albedo_ice( pt_ice, ph_ice, ph_snw, pa_ice_cs, pa_ice_os )
54      !!----------------------------------------------------------------------
55      !!               ***  ROUTINE albedo_ice  ***
56      !!         
57      !! ** Purpose :   Computation of the albedo of the snow/ice system
58      !!       
59      !! ** Method  :   Two schemes are available (from namelist parameter nn_ice_alb)
60      !!                  0: the scheme is that of Shine & Henderson-Sellers (JGR 1985) for clear-skies
61      !!                  1: the scheme is "home made" (for cloudy skies) and based on Brandt et al. (J. Climate 2005)
62      !!                                                                           and Grenfell & Perovich (JGR 2004)
63      !!                Description of scheme 1:
64      !!                  1) Albedo dependency on ice thickness follows the findings from Brandt et al (2005)
65      !!                     which are an update of Allison et al. (JGR 1993) ; Brandt et al. 1999
66      !!                     0-5cm  : linear function of ice thickness
67      !!                     5-150cm: log    function of ice thickness
68      !!                     > 150cm: constant
69      !!                  2) Albedo dependency on snow thickness follows the findings from Grenfell & Perovich (2004)
70      !!                     i.e. it increases as -EXP(-snw_thick/0.02) during freezing and -EXP(-snw_thick/0.03) during melting
71      !!                  3) Albedo dependency on clouds is speculated from measurements of Grenfell and Perovich (2004)
72      !!                     i.e. cloudy-clear albedo depend on cloudy albedo following a 2d order polynomial law
73      !!                  4) The needed 4 parameters are: dry and melting snow, freezing ice and bare puddled ice
74      !!
75      !! ** Note    :   The parameterization from Shine & Henderson-Sellers presents several misconstructions:
76      !!                  1) ice albedo when ice thick. tends to 0 is different than ocean albedo
77      !!                  2) for small ice thick. covered with some snow (<3cm?), albedo is larger
78      !!                     under melting conditions than under freezing conditions
79      !!                  3) the evolution of ice albedo as a function of ice thickness shows 
80      !!                     3 sharp inflexion points (at 5cm, 100cm and 150cm) that look highly unrealistic
81      !!
82      !! References :   Shine & Henderson-Sellers 1985, JGR, 90(D1), 2243-2250.
83      !!                Brandt et al. 2005, J. Climate, vol 18
84      !!                Grenfell & Perovich 2004, JGR, vol 109
85      !!----------------------------------------------------------------------
86      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pt_ice      !  ice surface temperature (Kelvin)
87      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   ph_ice      !  sea-ice thickness
88      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   ph_snw      !  snow thickness
89      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:) ::   pa_ice_cs   !  albedo of ice under clear    sky
90      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:) ::   pa_ice_os   !  albedo of ice under overcast sky
91      !!
92      INTEGER  ::   ji, jj, jl         ! dummy loop indices
93      INTEGER  ::   ijpl               ! number of ice categories (3rd dim of ice input arrays)
94      REAL(wp)            ::   ralb_im, ralb_sf, ralb_sm, ralb_if
95      REAL(wp)            ::   zswitch, z1_c1, z1_c2
96      REAL(wp)                            ::   zalb_sm, zalb_sf, zalb_st ! albedo of snow melting, freezing, total
97      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zalb, zalb_it             ! intermediate variable & albedo of ice (snow free)
98      INTEGER(KIND=jpim), PARAMETER :: zhook_in = 0
99      INTEGER(KIND=jpim), PARAMETER :: zhook_out = 1
100      REAL(KIND=jprb)               :: zhook_handle
101
102      CHARACTER(LEN=*), PARAMETER :: RoutineName='ALBEDO_ICE'
103
104      IF (lhook) CALL dr_hook(RoutineName,zhook_in,zhook_handle)
105
106      !!---------------------------------------------------------------------
107
108      ijpl = SIZE( pt_ice, 3 )                     ! number of ice categories
109     
110      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,ijpl, zalb, zalb_it )
111
112      IF( albd_init == 0 )   CALL albedo_init      ! initialization
113
114     
115      SELECT CASE ( nn_ice_alb )
116
117      !------------------------------------------
118      !  Shine and Henderson-Sellers (1985)
119      !------------------------------------------
120      CASE( 0 )
121       
122         ralb_sf = 0.80       ! dry snow
123         ralb_sm = 0.65       ! melting snow
124         ralb_if = 0.72       ! bare frozen ice
125         ralb_im = rn_albice  ! bare puddled ice
126         
127         !  Computation of ice albedo (free of snow)
128         WHERE     ( ph_snw == 0._wp .AND. pt_ice >= rt0_ice )   ;   zalb(:,:,:) = ralb_im
129         ELSE WHERE                                              ;   zalb(:,:,:) = ralb_if
130         END  WHERE
131     
132         WHERE     ( 1.5  < ph_ice                     )  ;  zalb_it = zalb
133         ELSE WHERE( 1.0  < ph_ice .AND. ph_ice <= 1.5 )  ;  zalb_it = 0.472  + 2.0 * ( zalb - 0.472 ) * ( ph_ice - 1.0 )
134         ELSE WHERE( 0.05 < ph_ice .AND. ph_ice <= 1.0 )  ;  zalb_it = 0.2467 + 0.7049 * ph_ice              &
135            &                                                                 - 0.8608 * ph_ice * ph_ice     &
136            &                                                                 + 0.3812 * ph_ice * ph_ice * ph_ice
137         ELSE WHERE                                       ;  zalb_it = 0.1    + 3.6    * ph_ice
138         END WHERE
139     
140         DO jl = 1, ijpl
141            DO jj = 1, jpj
142               DO ji = 1, jpi
143                  ! freezing snow
144                  ! no effect of underlying ice layer IF snow thickness > c1. Albedo does not depend on snow thick if > c2
145                  !                                        !  freezing snow       
146                  zswitch   = 1._wp - MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - ( ph_snw(ji,jj,jl) - c1 ) ) )
147                  zalb_sf   = ( 1._wp - zswitch ) * (  zalb_it(ji,jj,jl)  &
148                     &                           + ph_snw(ji,jj,jl) * ( ralb_sf - zalb_it(ji,jj,jl) ) / c1  )   &
149                     &        +         zswitch   * ralb_sf 
150
151                  ! melting snow
152                  ! no effect of underlying ice layer. Albedo does not depend on snow thick IF > c2
153                  zswitch   = MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , ph_snw(ji,jj,jl) - c2 ) )
154                  zalb_sm = ( 1._wp - zswitch ) * ( ralb_im + ph_snw(ji,jj,jl) * ( ralb_sm - ralb_im ) / c2 )   &
155                      &     +         zswitch   *   ralb_sm 
156                  !
157                  ! snow albedo
158                  zswitch  =  MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , pt_ice(ji,jj,jl) - rt0_snow ) )   
159                  zalb_st  =  zswitch * zalb_sm + ( 1._wp - zswitch ) * zalb_sf
160               
161                  ! Ice/snow albedo
162                  zswitch   = 1._wp - MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - ph_snw(ji,jj,jl) ) )
163                  pa_ice_cs(ji,jj,jl) =  zswitch * zalb_st + ( 1._wp - zswitch ) * zalb_it(ji,jj,jl)
164                  !
165               END DO
166            END DO
167         END DO
168
169         pa_ice_os(:,:,:) = pa_ice_cs(:,:,:) + rcloud       ! Oberhuber correction for overcast sky
170
171      !------------------------------------------
172      !  New parameterization (2016)
173      !------------------------------------------
174      CASE( 1 ) 
175
176         ralb_im = rn_albice  ! bare puddled ice
177! compilation of values from literature
178         ralb_sf = 0.85      ! dry snow
179         ralb_sm = 0.75      ! melting snow
180         ralb_if = 0.60      ! bare frozen ice
181! Perovich et al 2002 (Sheba) => the only dataset for which all types of ice/snow were retrieved
182!         ralb_sf = 0.85       ! dry snow
183!         ralb_sm = 0.72       ! melting snow
184!         ralb_if = 0.65       ! bare frozen ice
185! Brandt et al 2005 (East Antarctica)
186!         ralb_sf = 0.87      ! dry snow
187!         ralb_sm = 0.82      ! melting snow
188!         ralb_if = 0.54      ! bare frozen ice
189!
190         !  Computation of ice albedo (free of snow)
191         z1_c1 = 1. / ( LOG(1.5) - LOG(0.05) ) 
192         z1_c2 = 1. / 0.05
193         WHERE     ( ph_snw == 0._wp .AND. pt_ice >= rt0_ice )   ;   zalb = ralb_im
194         ELSE WHERE                                              ;   zalb = ralb_if
195         END  WHERE
196         
197         WHERE     ( 1.5  < ph_ice                     )  ;  zalb_it = zalb
198         ELSE WHERE( 0.05 < ph_ice .AND. ph_ice <= 1.5 )  ;  zalb_it = zalb     + ( 0.18 - zalb     ) * z1_c1 *  &
199            &                                                                     ( LOG(1.5) - LOG(ph_ice) )
200         ELSE WHERE                                       ;  zalb_it = ralb_oce + ( 0.18 - ralb_oce ) * z1_c2 * ph_ice
201         END WHERE
202
203         z1_c1 = 1. / 0.02
204         z1_c2 = 1. / 0.03
205         !  Computation of the snow/ice albedo
206         DO jl = 1, ijpl
207            DO jj = 1, jpj
208               DO ji = 1, jpi
209                  zalb_sf = ralb_sf - ( ralb_sf - zalb_it(ji,jj,jl)) * EXP( - ph_snw(ji,jj,jl) * z1_c1 );
210                  zalb_sm = ralb_sm - ( ralb_sm - zalb_it(ji,jj,jl)) * EXP( - ph_snw(ji,jj,jl) * z1_c2 );
211
212                   ! snow albedo
213                  zswitch = MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , pt_ice(ji,jj,jl) - rt0_snow ) )   
214                  zalb_st = zswitch * zalb_sm + ( 1._wp - zswitch ) * zalb_sf
215
216                  ! Ice/snow albedo   
217                  zswitch             = MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - ph_snw(ji,jj,jl) ) )
218                  pa_ice_os(ji,jj,jl) = ( 1._wp - zswitch ) * zalb_st + zswitch *  zalb_it(ji,jj,jl)
219
220              END DO
221            END DO
222         END DO
223         ! Effect of the clouds (2d order polynomial)
224         pa_ice_cs = pa_ice_os - ( - 0.1010 * pa_ice_os * pa_ice_os + 0.1933 * pa_ice_os - 0.0148 ); 
225
226      END SELECT
227     
228      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,ijpl, zalb, zalb_it )
229      !
230      IF (lhook) CALL dr_hook(RoutineName,zhook_out,zhook_handle)
231   END SUBROUTINE albedo_ice
232
233
234   SUBROUTINE albedo_oce( pa_oce_os , pa_oce_cs )
235      !!----------------------------------------------------------------------
236      !!               ***  ROUTINE albedo_oce  ***
237      !!
238      !! ** Purpose :   Computation of the albedo of the ocean
239      !!----------------------------------------------------------------------
240      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(out) ::   pa_oce_os   !  albedo of ocean under overcast sky
241      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(out) ::   pa_oce_cs   !  albedo of ocean under clear sky
242      !!
243      REAL(wp) :: zcoef 
244      INTEGER(KIND=jpim), PARAMETER :: zhook_in = 0
245      INTEGER(KIND=jpim), PARAMETER :: zhook_out = 1
246      REAL(KIND=jprb)               :: zhook_handle
247
248      CHARACTER(LEN=*), PARAMETER :: RoutineName='ALBEDO_OCE'
249
250      IF (lhook) CALL dr_hook(RoutineName,zhook_in,zhook_handle)
251
252      !!----------------------------------------------------------------------
253      !
254      zcoef = 0.05 / ( 1.1 * rmue**1.4 + 0.15 )   ! Parameterization of Briegled and Ramanathan, 1982
255      pa_oce_cs(:,:) = zcoef 
256      pa_oce_os(:,:) = 0.06                       ! Parameterization of Kondratyev, 1969 and Payne, 1972
257      !
258      IF (lhook) CALL dr_hook(RoutineName,zhook_out,zhook_handle)
259   END SUBROUTINE albedo_oce
260
261
262   SUBROUTINE albedo_init
263      !!----------------------------------------------------------------------
264      !!                 ***  ROUTINE albedo_init  ***
265      !!
266      !! ** Purpose :   initializations for the albedo parameters
267      !!
268      !! ** Method  :   Read the namelist namsbc_alb
269      !!----------------------------------------------------------------------
270      INTEGER  ::   ios                 ! Local integer output status for namelist read
271      NAMELIST/namsbc_alb/ nn_ice_alb, rn_albice 
272      INTEGER(KIND=jpim), PARAMETER :: zhook_in = 0
273      INTEGER(KIND=jpim), PARAMETER :: zhook_out = 1
274      REAL(KIND=jprb)               :: zhook_handle
275
276      CHARACTER(LEN=*), PARAMETER :: RoutineName='ALBEDO_INIT'
277
278      IF (lhook) CALL dr_hook(RoutineName,zhook_in,zhook_handle)
279
280      !!----------------------------------------------------------------------
281      !
282      albd_init = 1                     ! indicate that the initialization has been done
283      !
284      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namsbc_alb in reference namelist : Albedo parameters
285      READ  ( numnam_ref, namsbc_alb, IOSTAT = ios, ERR = 901)
286901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_alb in reference namelist', lwp )
287
288      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namsbc_alb in configuration namelist : Albedo parameters
289      READ  ( numnam_cfg, namsbc_alb, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
290902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_alb in configuration namelist', lwp )
291      IF(lwm) WRITE ( numond, namsbc_alb )
292      !
293      IF(lwp) THEN                      ! Control print
294         WRITE(numout,*)
295         WRITE(numout,*) 'albedo : set albedo parameters'
296         WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
297         WRITE(numout,*) '   Namelist namsbc_alb : albedo '
298         WRITE(numout,*) '      choose the albedo parameterization                  nn_ice_alb = ', nn_ice_alb
299         WRITE(numout,*) '      albedo of bare puddled ice                          rn_albice  = ', rn_albice
300      ENDIF
301      !
302      IF (lhook) CALL dr_hook(RoutineName,zhook_out,zhook_handle)
303   END SUBROUTINE albedo_init
304
305   !!======================================================================
306END MODULE albedo
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.