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/dev_r2586_dynamic_mem/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC – NEMO

source: branches/dev_r2586_dynamic_mem/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/sbcblk_clio.F90 @ 2690

Last change on this file since 2690 was 2690, checked in by gm, 13 years ago

dynamic mem: #785 ; homogeneization of the coding style associated with dyn allocation

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 53.5 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 declinaison
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 lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
30
31   USE albedo
32   USE prtctl          ! Print control
33#if defined key_lim3
34   USE ice
35   USE sbc_ice         ! Surface boundary condition: ice fields
36#elif defined key_lim2
37   USE ice_2
38#endif
39
40   IMPLICIT NONE
41   PRIVATE
42
43   PUBLIC sbc_blk_clio        ! routine called by sbcmod.F90
44   PUBLIC blk_ice_clio        ! routine called by sbcice_lim.F90
45
46   INTEGER , PARAMETER ::   jpfld   = 7           ! maximum number of files to read
47   INTEGER , PARAMETER ::   jp_utau = 1           ! index of wind stress (i-component)      (N/m2)    at U-point
48   INTEGER , PARAMETER ::   jp_vtau = 2           ! index of wind stress (j-component)      (N/m2)    at V-point
49   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndm = 3           ! index of 10m wind module                 (m/s)    at T-point
50   INTEGER , PARAMETER ::   jp_humi = 4           ! index of specific humidity               ( - )
51   INTEGER , PARAMETER ::   jp_ccov = 5           ! index of cloud cover                     ( - )
52   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tair = 6           ! index of 10m air temperature             (Kelvin)
53   INTEGER , PARAMETER ::   jp_prec = 7           ! index of total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
54
55   TYPE(FLD),ALLOCATABLE,DIMENSION(:) :: sf  ! structure of input fields (file informations, fields read)
56
57   INTEGER, PARAMETER  ::   jpintsr = 24          ! number of time step between sunrise and sunset
58   !                                              ! uses for heat flux computation
59   LOGICAL ::   lbulk_init = .TRUE.               ! flag, bulk initialization done or not)
60
61#if ! defined key_lim3                         
62   ! in namicerun with LIM3
63   REAL(wp) ::   cai = 1.40e-3 ! best estimate of atm drag in order to get correct FS export in ORCA2-LIM
64   REAL(wp) ::   cao = 1.00e-3 ! chosen by default  ==> should depends on many things...  !!gmto be updated
65#endif
66
67   REAL(wp) ::   rdtbs2      !:   
68   
69   REAL(wp), DIMENSION(19)  ::  budyko            ! BUDYKO's coefficient (cloudiness effect on LW radiation)
70   DATA budyko / 1.00, 0.98, 0.95, 0.92, 0.89, 0.86, 0.83, 0.80, 0.78, 0.75,   &
71      &          0.72, 0.69, 0.67, 0.64, 0.61, 0.58, 0.56, 0.53, 0.50 /
72   REAL(wp), DIMENSION(20)  :: tauco              ! cloud optical depth coefficient
73   DATA tauco / 6.6, 6.6, 7.0, 7.2, 7.1, 6.8, 6.5, 6.6, 7.1, 7.6,   &
74      &         6.6, 6.1, 5.6, 5.5, 5.8, 5.8, 5.6, 5.6, 5.6, 5.6 /
75   !!
76   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sbudyko      ! cloudiness effect on LW radiation
77   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   stauc        ! cloud optical depth
78   
79   REAL(wp) ::   eps20  = 1.e-20   ! constant values
80   
81   !! * Substitutions
82#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
83   !!----------------------------------------------------------------------
84   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2011)
85   !! $Id$
86   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
87   !!----------------------------------------------------------------------
88CONTAINS
89
90   SUBROUTINE sbc_blk_clio( kt )
91      !!---------------------------------------------------------------------
92      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk_clio  ***
93      !!                   
94      !! ** Purpose :   provide at each time step the surface ocean fluxes
95      !!      (momentum, heat, freshwater and runoff)
96      !!
97      !! ** Method  : (1) READ each fluxes in NetCDF files:
98      !!      the i-component of the stress                (N/m2)
99      !!      the j-component of the stress                (N/m2)
100      !!      the 10m wind pseed module                    (m/s)
101      !!      the 10m air temperature                      (Kelvin)
102      !!      the 10m specific humidity                    (-)
103      !!      the cloud cover                              (-)
104      !!      the total precipitation (rain+snow)          (Kg/m2/s)
105      !!              (2) CALL blk_oce_clio
106      !!
107      !!      C A U T I O N : never mask the surface stress fields
108      !!                      the stress is assumed to be in the mesh referential
109      !!                      i.e. the (i,j) referential
110      !!
111      !! ** Action  :   defined at each time-step at the air-sea interface
112      !!              - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
113      !!              - taum        wind stress module at T-point
114      !!              - wndm        10m wind module at T-point
115      !!              - qns, qsr    non-slor and solar heat flux
116      !!              - emp, emps   evaporation minus precipitation
117      !!----------------------------------------------------------------------
118      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
119      !!
120      INTEGER  ::   ifpr, jfpr   ! dummy indices
121      INTEGER  ::   ierr0, ierr1, ierr2, ierr3   ! return error code
122      !!
123      CHARACTER(len=100) ::  cn_dir                            !   Root directory for location of CLIO files
124      TYPE(FLD_N), DIMENSION(jpfld) ::   slf_i                 ! array of namelist informations on the fields to read
125      TYPE(FLD_N) ::   sn_utau, sn_vtau, sn_wndm, sn_tair      ! informations about the fields to be read
126      TYPE(FLD_N) ::   sn_humi, sn_ccov, sn_prec               !   "                                 "
127      !!
128      NAMELIST/namsbc_clio/ cn_dir, sn_utau, sn_vtau, sn_wndm, sn_humi,   &
129         &                          sn_ccov, sn_tair, sn_prec
130      !!---------------------------------------------------------------------
131
132      !                                         ! ====================== !
133      IF( kt == nit000 ) THEN                   !  First call kt=nit000  !
134         !                                      ! ====================== !
135         ! set file information (default values)
136         cn_dir = './'       ! directory in which the model is executed
137
138         ! (NB: frequency positive => hours, negative => months)
139         !            !    file    ! frequency ! variable ! time intep !  clim   ! 'yearly' or ! weights  ! rotation !
140         !            !    name    !  (hours)  !  name    !   (T/F)    !  (T/F)  !  'monthly'  ! filename ! pairs    !
141         sn_utau = FLD_N( 'utau'   ,    24     , 'utau'   ,  .true.    , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       ) 
142         sn_vtau = FLD_N( 'vtau'   ,    24     , 'vtau'   ,  .true.    , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       ) 
143         sn_wndm = FLD_N( 'mwnd10m',    24     , 'm_10'   ,  .true.    , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       ) 
144         sn_tair = FLD_N( 'tair10m',    24     , 't_10'   ,  .false.   , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       ) 
145         sn_humi = FLD_N( 'humi10m',    24     , 'q_10'   ,  .false.   , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       ) 
146         sn_ccov = FLD_N( 'ccover' ,    -1     , 'cloud'  ,  .true.    , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       ) 
147         sn_prec = FLD_N( 'precip' ,    -1     , 'precip' ,  .true.    , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''       ) 
148
149         REWIND( numnam )                    ! ... read in namlist namsbc_clio
150         READ  ( numnam, 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      ENDIF
173      !                                         ! ====================== !
174      !                                         !    At each time-step   !
175      !                                         ! ====================== !
176      !
177      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )                ! input fields provided at the current time-step
178      !
179#if defined key_lim3     
180      tatm_ice(:,:) = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)     !RB ugly patch
181#endif
182      !                                                        ! surface ocean fluxes computed with CLIO bulk formulea
183      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   CALL blk_oce_clio( sf, sst_m )
184      !
185   END SUBROUTINE sbc_blk_clio
186
187
188   SUBROUTINE blk_oce_clio( sf, pst )
189      !!---------------------------------------------------------------------------
190      !!                     ***  ROUTINE blk_oce_clio  ***
191      !!                 
192      !!  ** Purpose :   Compute momentum, heat and freshwater fluxes at ocean surface
193      !!               using CLIO bulk formulea
194      !!         
195      !!  ** Method  :   The flux of heat at the ocean surfaces are derived
196      !!       from semi-empirical ( or bulk ) formulae which relate the flux to
197      !!       the properties of the surface and of the lower atmosphere. Here, we
198      !!       follow the work of Oberhuber, 1988   
199      !!               - momentum flux (stresses) directly read in files at U- and V-points
200      !!               - compute ocean/ice albedos (call albedo_oce/albedo_ice) 
201      !!               - compute shortwave radiation for ocean (call blk_clio_qsr_oce)
202      !!               - compute long-wave radiation for the ocean
203      !!               - compute the turbulent heat fluxes over the ocean
204      !!               - deduce the evaporation over the ocean
205      !!  ** Action  :   Fluxes over the ocean:
206      !!               - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
207      !!               - taum        wind stress module at T-point
208      !!               - wndm        10m wind module at T-point
209      !!               - qns, qsr    non-slor and solar heat flux
210      !!               - emp, emps   evaporation minus precipitation
211      !!  ** Nota    :   sf has to be a dummy argument for AGRIF on NEC
212      !!----------------------------------------------------------------------
213      USE wrk_nemo, ONLY: wrk_in_use, wrk_not_released
214      USE wrk_nemo, ONLY: zqlw => wrk_2d_1  ! long-wave heat flux over ocean
215      USE wrk_nemo, ONLY: zqla => wrk_2d_2  ! latent heat flux over ocean
216      USE wrk_nemo, ONLY: zqsb => wrk_2d_3  ! sensible heat flux over ocean
217      !!
218      TYPE(fld), INTENT(in), DIMENSION(:)       ::   sf    ! input data
219      REAL(wp) , INTENT(in), DIMENSION(jpi,jpj) ::   pst   ! surface temperature                      [Celcius]
220      !!
221      INTEGER  ::   ji, jj   ! dummy loop indices
222      !!
223      REAL(wp) ::   zrhova, zcsho, zcleo, zcldeff               ! temporary scalars
224      REAL(wp) ::   zqsato, zdteta, zdeltaq, ztvmoy, zobouks    !    -         -
225      REAL(wp) ::   zpsims, zpsihs, zpsils, zobouku, zxins, zpsimu   !    -         -
226      REAL(wp) ::   zpsihu, zpsilu, zstab,zpsim, zpsih, zpsil   !    -         -
227      REAL(wp) ::   zvatmg, zcmn, zchn, zcln, zcmcmn, zdenum    !    -         -
228      REAL(wp) ::   zdtetar, ztvmoyr, zlxins, zchcm, zclcm      !    -         -
229      REAL(wp) ::   zmt1, zmt2, zmt3, ztatm3, ztamr, ztaevbk    !    -         -
230      REAL(wp) ::   zsst, ztatm, zcco1, zpatm, zcmax, zrmax     !    -         -
231      REAL(wp) ::   zrhoa, zev, zes, zeso, zqatm, zevsqr        !    -         -
232      REAL(wp) ::   ztx2, zty2                                  !    -         -
233      !!---------------------------------------------------------------------
234
235      IF( wrk_in_use(3, 1,2,3) ) THEN
236         CALL ctl_stop('blk_oce_clio: requested workspace arrays are unavailable')   ;   RETURN
237      ENDIF
238
239      zpatm = 101000._wp      ! atmospheric pressure  (assumed constant here)
240
241      !------------------------------------!
242      !   momentum fluxes  (utau, vtau )   !
243      !------------------------------------!
244!CDIR COLLAPSE
245      utau(:,:) = sf(jp_utau)%fnow(:,:,1)
246!CDIR COLLAPSE
247      vtau(:,:) = sf(jp_vtau)%fnow(:,:,1)
248
249      !------------------------------------!
250      !   wind stress module (taum )       !
251      !------------------------------------!
252!CDIR NOVERRCHK
253      DO jj = 2, jpjm1
254!CDIR NOVERRCHK
255         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
256            ztx2 = utau(ji-1,jj  ) + utau(ji,jj)
257            zty2 = vtau(ji  ,jj-1) + vtau(ji,jj)
258            taum(ji,jj) = 0.5 * SQRT( ztx2 * ztx2 + zty2 * zty2 )
259         END DO
260      END DO
261      CALL lbc_lnk( taum, 'T', 1. )
262
263      !------------------------------------!
264      !   store the wind speed  (wndm )    !
265      !------------------------------------!
266!CDIR COLLAPSE
267      wndm(:,:) = sf(jp_wndm)%fnow(:,:,1)
268
269      !------------------------------------------------!
270      !   Shortwave radiation for ocean and snow/ice   !
271      !------------------------------------------------!
272     
273      CALL blk_clio_qsr_oce( qsr )
274
275      !------------------------!
276      !   Other ocean fluxes   !
277      !------------------------!
278!CDIR NOVERRCHK
279!CDIR COLLAPSE
280      DO jj = 1, jpj
281!CDIR NOVERRCHK
282         DO ji = 1, jpi
283            !
284            zsst  = pst(ji,jj)              + rt0           ! converte Celcius to Kelvin the SST
285            ztatm = sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1)               ! and set minimum value far above 0 K (=rt0 over land)
286            zcco1 = 1.0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)         ! fraction of clear sky ( 1 - cloud cover)
287            zrhoa = zpatm / ( 287.04 * ztatm )              ! air density (equation of state for dry air)
288            ztamr = ztatm - rtt                             ! Saturation water vapour
289            zmt1  = SIGN( 17.269,  ztamr )                  !           ||
290            zmt2  = SIGN( 21.875,  ztamr )                  !          \  /
291            zmt3  = SIGN( 28.200, -ztamr )                  !           \/
292            zes   = 611.0 * EXP(  ABS( ztamr ) * MIN ( zmt1, zmt2 ) / ( ztatm - 35.86  + MAX( 0.e0, zmt3 ) )  )
293            zev    = sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1) * zes        ! vapour pressure 
294            zevsqr = SQRT( zev * 0.01 )                     ! square-root of vapour pressure
295            zqatm = 0.622 * zev / ( zpatm - 0.378 * zev )   ! specific humidity
296
297            !--------------------------------------!
298            !  long-wave radiation over the ocean  !  ( Berliand 1952 ; all latitudes )
299            !--------------------------------------!
300            ztatm3  = ztatm * ztatm * ztatm
301            zcldeff = 1.0 - sbudyko(ji,jj) * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   
302            ztaevbk = ztatm * ztatm3 * zcldeff * ( 0.39 - 0.05 * zevsqr ) 
303            !
304            zqlw(ji,jj) = - emic * stefan * ( ztaevbk + 4. * ztatm3 * ( zsst - ztatm ) ) 
305
306            !--------------------------------------------------
307            !  Latent and sensible heat fluxes over the ocean
308            !--------------------------------------------------
309            !                                                          ! vapour pressure at saturation of ocean
310            zeso =  611.0 * EXP ( 17.2693884 * ( zsst - rtt ) * tmask(ji,jj,1) / ( zsst - 35.86 ) )
311
312            zqsato = ( 0.622 * zeso ) / ( zpatm - 0.378 * zeso )       ! humidity close to the ocean surface (at saturation)
313
314            ! Drag coefficients from Large and Pond (1981,1982)
315            !                                                          ! Stability parameters
316            zdteta  = zsst - ztatm
317            zdeltaq = zqatm - zqsato
318            ztvmoy  = ztatm * ( 1. + 2.2e-3 * ztatm * zqatm )
319            zdenum  = MAX( sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1) * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1) * ztvmoy, eps20 )
320            zdtetar = zdteta / zdenum
321            ztvmoyr = ztvmoy * ztvmoy * zdeltaq / zdenum
322            !                                                          ! case of stable atmospheric conditions
323            zobouks = -70.0 * 10. * ( zdtetar + 3.2e-3 * ztvmoyr )
324            zobouks = MAX( 0.e0, zobouks )
325            zpsims = -7.0 * zobouks
326            zpsihs =  zpsims
327            zpsils =  zpsims
328            !                                                          ! case of unstable atmospheric conditions
329            zobouku = MIN(  0.e0, -100.0 * 10.0 * ( zdtetar + 2.2e-3 * ztvmoyr )  )
330            zxins   = ( 1. - 16. * zobouku )**0.25
331            zlxins  = LOG( ( 1. + zxins * zxins ) / 2. )
332            zpsimu  = 2. * LOG( ( 1 + zxins ) * 0.5 )  + zlxins - 2. * ATAN( zxins ) + rpi * 0.5
333            zpsihu  = 2. * zlxins
334            zpsilu  = zpsihu
335            !                                                          ! intermediate values
336            zstab   = MAX( 0.e0, SIGN( 1.e0, zdteta ) )
337            zpsim   = zstab * zpsimu + ( 1.0 - zstab ) * zpsims
338            zpsih   = zstab * zpsihu + ( 1.0 - zstab ) * zpsihs
339            zpsil   = zpsih
340           
341            zvatmg         = MAX( 0.032 * 1.5e-3 * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1) * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1) / grav, eps20 )
342            zcmn           = vkarmn / LOG ( 10. / zvatmg )
343            zchn           = 0.0327 * zcmn
344            zcln           = 0.0346 * zcmn
345            zcmcmn         = 1. / ( 1. - zcmn * zpsim / vkarmn )
346            ! sometimes the ratio zchn * zpsih / ( vkarmn * zcmn ) is too close to 1 and zchcm becomes very very big
347            zcmax = 0.1               ! choice for maximum value of the heat transfer coefficient, guided by my intuition
348            zrmax = 1 - 3.e-4 / zcmax ! maximum value of the ratio
349            zchcm = zcmcmn / ( 1. - MIN ( zchn * zpsih / ( vkarmn * zcmn ) , zrmax ) )
350            zclcm          = zchcm
351            !                                                          ! transfert coef. (Large and Pond 1981,1982)
352            zcsho          = zchn * zchcm                               
353            zcleo          = zcln * zclcm 
354
355            zrhova         = zrhoa * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1)
356
357            ! sensible heat flux
358            zqsb(ji,jj) = zrhova * zcsho * 1004.0  * ( zsst - ztatm ) 
359         
360            ! latent heat flux (bounded by zero)
361            zqla(ji,jj) = MAX(  0.e0, zrhova * zcleo * 2.5e+06 * ( zqsato - zqatm )  )
362            !               
363         END DO
364      END DO
365     
366      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
367      !     III    Total FLUXES                                                       !
368      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
369
370!CDIR COLLAPSE
371      emp (:,:) = zqla(:,:) / cevap - sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) / rday * tmask(:,:,1)
372      qns (:,:) = zqlw(:,:) - zqsb(:,:) - zqla(:,:)         ! Downward Non Solar flux
373      emps(:,:) = emp(:,:)
374      !
375      CALL iom_put( "qlw_oce",   zqlw )   ! output downward longwave  heat over the ocean
376      CALL iom_put( "qsb_oce", - zqsb )   ! output downward sensible  heat over the ocean
377      CALL iom_put( "qla_oce", - zqla )   ! output downward latent    heat over the ocean
378      CALL iom_put( "qns_oce",   qns  )   ! output downward non solar heat over the ocean
379
380      IF(ln_ctl) THEN
381         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqsb , clinfo1=' blk_oce_clio: zqsb   : ', tab2d_2=zqlw , clinfo2=' zqlw  : ')
382         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqla , clinfo1=' blk_oce_clio: zqla   : ', tab2d_2=qsr  , clinfo2=' qsr   : ')
383         CALL prt_ctl(tab2d_1=pst  , clinfo1=' blk_oce_clio: pst    : ', tab2d_2=emp  , clinfo2=' emp   : ')
384         CALL prt_ctl(tab2d_1=utau , clinfo1=' blk_oce_clio: utau   : ', mask1=umask,   &
385            &         tab2d_2=vtau , clinfo2=' vtau : ', mask2=vmask )
386      ENDIF
387
388      IF( wrk_not_released(3, 1,2,3) )   CALL ctl_stop('blk_oce_clio: failed to release workspace arrays')
389      !
390   END SUBROUTINE blk_oce_clio
391
392
393   SUBROUTINE blk_ice_clio(  pst   , palb_cs, palb_os ,       &
394      &                      p_taui, p_tauj, p_qns , p_qsr,   &
395      &                      p_qla , p_dqns, p_dqla,          &
396      &                      p_tpr , p_spr ,                  &
397      &                      p_fr1 , p_fr2 , cd_grid, pdim  )
398      !!---------------------------------------------------------------------------
399      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_clio  ***
400      !!                 
401      !!  ** Purpose :   Computation of the heat fluxes at ocean and snow/ice
402      !!       surface the solar heat at ocean and snow/ice surfaces and the
403      !!       sensitivity of total heat fluxes to the SST variations
404      !!         
405      !!  ** Method  :   The flux of heat at the ice and ocean surfaces are derived
406      !!       from semi-empirical ( or bulk ) formulae which relate the flux to
407      !!       the properties of the surface and of the lower atmosphere. Here, we
408      !!       follow the work of Oberhuber, 1988   
409      !!
410      !!  ** Action  :   call albedo_oce/albedo_ice to compute ocean/ice albedo
411      !!          computation of snow precipitation
412      !!          computation of solar flux at the ocean and ice surfaces
413      !!          computation of the long-wave radiation for the ocean and sea/ice
414      !!          computation of turbulent heat fluxes over water and ice
415      !!          computation of evaporation over water
416      !!          computation of total heat fluxes sensitivity over ice (dQ/dT)
417      !!          computation of latent heat flux sensitivity over ice (dQla/dT)
418      !!
419      !!----------------------------------------------------------------------
420      USE wrk_nemo, ONLY:   wrk_in_use, wrk_not_released
421      USE wrk_nemo, ONLY:   ztatm  => wrk_2d_1   ! Tair in Kelvin
422      USE wrk_nemo, ONLY:   zqatm  => wrk_2d_2   ! specific humidity
423      USE wrk_nemo, ONLY:   zevsqr => wrk_2d_3   ! vapour pressure square-root
424      USE wrk_nemo, ONLY:   zrhoa  => wrk_2d_4   ! air density
425      USE wrk_nemo, ONLY:   wrk_3d_1 , wrk_3d_2
426      !!
427      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:)   ::   pst      ! ice surface temperature                   [Kelvin]
428      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:)   ::   palb_cs  ! ice albedo (clear    sky) (alb_ice_cs)         [%]
429      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:)   ::   palb_os  ! ice albedo (overcast sky) (alb_ice_os)         [%]
430      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_taui   ! surface ice stress at I-point (i-component) [N/m2]
431      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_tauj   ! surface ice stress at I-point (j-component) [N/m2]
432      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_qns    ! non solar heat flux over ice (T-point)      [W/m2]
433      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_qsr    !     solar heat flux over ice (T-point)      [W/m2]
434      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_qla    ! latent    heat flux over ice (T-point)      [W/m2]
435      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_dqns   ! non solar heat sensistivity  (T-point)      [W/m2]
436      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:)   ::   p_dqla   ! latent    heat sensistivity  (T-point)      [W/m2]
437      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_tpr    ! total precipitation          (T-point)   [Kg/m2/s]
438      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_spr    ! solid precipitation          (T-point)   [Kg/m2/s]
439      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_fr1    ! 1sr fraction of qsr penetration in ice         [%]
440      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   p_fr2    ! 2nd fraction of qsr penetration in ice         [%]
441      CHARACTER(len=1), INTENT(in   )             ::   cd_grid  ! type of sea-ice grid ("C" or "B" grid)
442      INTEGER, INTENT(in   )                      ::   pdim     ! number of ice categories
443      !!
444      INTEGER  ::   ji, jj, jl    ! dummy loop indices
445      INTEGER  ::   ijpl          ! number of ice categories (size of 3rd dim of input arrays)
446      !!
447      REAL(wp) ::   zcoef, zmt1, zmt2, zmt3, ztatm3     ! temporary scalars
448      REAL(wp) ::   ztaevbk, zind1, zind2, zind3, ztamr         !    -         -
449      REAL(wp) ::   zesi, zqsati, zdesidt                       !    -         -
450      REAL(wp) ::   zdqla, zcldeff, zev, zes, zpatm, zrhova     !    -         -
451      REAL(wp) ::   zcshi, zclei, zrhovaclei, zrhovacshi        !    -         -
452      REAL(wp) ::   ztice3, zticemb, zticemb2, zdqlw, zdqsb     !    -         -
453      !!
454      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_qlw, z_qsb
455      !!---------------------------------------------------------------------
456
457      IF(  wrk_in_use(2, 1,2,3,4)  .OR.  wrk_in_use(3, 1,2)  ) THEN
458         CALL ctl_stop('blk_ice_clio: requested workspace arrays are unavailable')   ;   RETURN
459      ELSE IF(pdim > jpk)THEN
460         CALL ctl_stop('blk_ice_clio: too many ice levels to use wrk_nemo 3D workspaces.')
461         RETURN
462      END IF
463      z_qlw => wrk_3d_1(:,:,1:pdim)
464      z_qsb => wrk_3d_2(:,:,1:pdim)
465
466      ijpl  = pdim                           ! number of ice categories
467      zpatm = 101000.                        ! atmospheric pressure  (assumed constant  here)
468
469      !------------------------------------!
470      !   momentum fluxes  (utau, vtau )   !
471      !------------------------------------!
472
473      SELECT CASE( cd_grid )
474      CASE( 'C' )                          ! C-grid ice dynamics
475         zcoef  = cai / cao                         ! Change from air-sea stress to air-ice stress
476         p_taui(:,:) = zcoef * utau(:,:)
477         p_tauj(:,:) = zcoef * vtau(:,:)
478      CASE( 'I' )                          ! I-grid ice dynamics:  I-point (i.e. F-point lower-left corner)
479         zcoef  = 0.5_wp * cai / cao                ! Change from air-sea stress to air-ice stress
480         DO jj = 2, jpj         ! stress from ocean U- and V-points to ice U,V point
481            DO ji = 2, jpi   ! I-grid : no vector opt.
482               p_taui(ji,jj) = zcoef * ( utau(ji-1,jj  ) + utau(ji-1,jj-1) )
483               p_tauj(ji,jj) = zcoef * ( vtau(ji  ,jj-1) + vtau(ji-1,jj-1) )
484            END DO
485         END DO
486         CALL lbc_lnk( p_taui(:,:), 'I', -1. )   ;   CALL lbc_lnk( p_tauj(:,:), 'I', -1. )   ! I-point
487      END SELECT
488
489
490      !  Determine cloud optical depths as a function of latitude (Chou et al., 1981).
491      !  and the correction factor for taking into account  the effect of clouds
492      !------------------------------------------------------
493!CDIR NOVERRCHK
494!CDIR COLLAPSE
495      DO jj = 1, jpj
496!CDIR NOVERRCHK
497         DO ji = 1, jpi
498            ztatm (ji,jj) = sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1)                ! air temperature in Kelvins
499     
500            zrhoa(ji,jj) = zpatm / ( 287.04 * ztatm(ji,jj) )         ! air density (equation of state for dry air)
501     
502            ztamr = ztatm(ji,jj) - rtt                               ! Saturation water vapour
503            zmt1  = SIGN( 17.269,  ztamr )
504            zmt2  = SIGN( 21.875,  ztamr )
505            zmt3  = SIGN( 28.200, -ztamr )
506            zes   = 611.0 * EXP(  ABS( ztamr ) * MIN ( zmt1, zmt2 )   &
507               &                / ( ztatm(ji,jj) - 35.86  + MAX( 0.e0, zmt3 ) )  )
508
509            zev = sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1) * zes                    ! vapour pressure 
510            zevsqr(ji,jj) = SQRT( zev * 0.01 )                       ! square-root of vapour pressure
511            zqatm(ji,jj) = 0.622 * zev / ( zpatm - 0.378 * zev )     ! specific humidity
512
513            !----------------------------------------------------
514            !   Computation of snow precipitation (Ledley, 1985) |
515            !----------------------------------------------------
516            zmt1  =   253.0 - ztatm(ji,jj)            ;   zind1 = MAX( 0.e0, SIGN( 1.e0, zmt1 ) )
517            zmt2  = ( 272.0 - ztatm(ji,jj) ) / 38.0   ;   zind2 = MAX( 0.e0, SIGN( 1.e0, zmt2 ) )
518            zmt3  = ( 281.0 - ztatm(ji,jj) ) / 18.0   ;   zind3 = MAX( 0.e0, SIGN( 1.e0, zmt3 ) )
519            p_spr(ji,jj) = sf(jp_prec)%fnow(ji,jj,1) / rday   &      ! rday = converte mm/day to kg/m2/s
520               &         * (          zind1      &                   ! solid  (snow) precipitation [kg/m2/s]
521               &            + ( 1.0 - zind1 ) * (          zind2   * ( 0.5 + zmt2 )   &
522               &                                 + ( 1.0 - zind2 ) *  zind3 * zmt3  )   ) 
523
524            !----------------------------------------------------!
525            !  fraction of net penetrative shortwave radiation   !
526            !----------------------------------------------------!
527            ! fraction of qsr_ice which is NOT absorbed in the thin surface layer
528            ! and thus which penetrates inside the ice cover ( Maykut and Untersteiner, 1971 ; Elbert anbd Curry, 1993 )
529            p_fr1(ji,jj) = 0.18  * ( 1.e0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) ) + 0.35 * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) 
530            p_fr2(ji,jj) = 0.82  * ( 1.e0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) ) + 0.65 * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)
531         END DO
532      END DO
533      CALL iom_put( 'snowpre', p_spr )   ! Snow precipitation
534     
535      !-----------------------------------------------------------!
536      !  snow/ice Shortwave radiation   (abedo already computed)  !
537      !-----------------------------------------------------------!
538      CALL blk_clio_qsr_ice( palb_cs, palb_os, p_qsr )
539
540      !                                     ! ========================== !
541      DO jl = 1, ijpl                       !  Loop over ice categories  !
542         !                                  ! ========================== !
543!CDIR NOVERRCHK
544!CDIR COLLAPSE
545         DO jj = 1 , jpj
546!CDIR NOVERRCHK
547            DO ji = 1, jpi
548               !-------------------------------------------!
549               !  long-wave radiation over ice categories  !  ( Berliand 1952 ; all latitudes )
550               !-------------------------------------------!
551               ztatm3  = ztatm(ji,jj) * ztatm(ji,jj) * ztatm(ji,jj)
552               zcldeff = 1.0 - sbudyko(ji,jj) * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   
553               ztaevbk = ztatm3 * ztatm(ji,jj) * zcldeff * ( 0.39 - 0.05 * zevsqr(ji,jj) ) 
554               !
555               z_qlw(ji,jj,jl) = - emic * stefan * ( ztaevbk + 4. * ztatm3 * ( pst(ji,jj,jl) - ztatm(ji,jj) ) ) 
556
557               !----------------------------------------
558               !  Turbulent heat fluxes over snow/ice     ( Latent and sensible )
559               !----------------------------------------       
560
561               ! vapour pressure at saturation of ice (tmask to avoid overflow in the exponential)
562               zesi =  611.0 * EXP( 21.8745587 * tmask(ji,jj,1) * ( pst(ji,jj,jl) - rtt )/ ( pst(ji,jj,jl) - 7.66 ) )
563               ! humidity close to the ice surface (at saturation)
564               zqsati   = ( 0.622 * zesi ) / ( zpatm - 0.378 * zesi )
565               
566               !  computation of intermediate values
567               zticemb  = pst(ji,jj,jl) - 7.66
568               zticemb2 = zticemb * zticemb 
569               ztice3   = pst(ji,jj,jl) * pst(ji,jj,jl) * pst(ji,jj,jl)
570               zdesidt  = zesi * ( 9.5 * LOG( 10.0 ) * ( rtt - 7.66 )  / zticemb2 )
571               
572               !  Transfer cofficients assumed to be constant (Parkinson 1979 ; Maykut 1982)
573               zcshi    = 1.75e-03
574               zclei    = zcshi
575               
576               !  sensible and latent fluxes over ice
577               zrhova     = zrhoa(ji,jj) * sf(jp_wndm)%fnow(ji,jj,1)      ! computation of intermediate values
578               zrhovaclei = zrhova * zcshi * 2.834e+06
579               zrhovacshi = zrhova * zclei * 1004.0
580           
581               !  sensible heat flux
582               z_qsb(ji,jj,jl) = zrhovacshi * ( pst(ji,jj,jl) - ztatm(ji,jj) )
583           
584               !  latent heat flux
585               p_qla(ji,jj,jl) = MAX(  0.e0, zrhovaclei * ( zqsati - zqatm(ji,jj) )  )
586             
587               !  sensitivity of non solar fluxes (dQ/dT) (long-wave, sensible and latent fluxes)
588               zdqlw = 4.0 * emic * stefan * ztice3
589               zdqsb = zrhovacshi
590               zdqla = zrhovaclei * ( zdesidt * ( zqsati * zqsati / ( zesi * zesi ) ) * ( zpatm / 0.622 ) )   
591               !
592               p_dqla(ji,jj,jl) = zdqla                           ! latent flux sensitivity
593               p_dqns(ji,jj,jl) = -( zdqlw + zdqsb + zdqla )      !  total non solar sensitivity
594            END DO
595            !
596         END DO
597         !
598      END DO
599      !
600      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
601      !    Total FLUXES                                                       !
602      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
603      !
604!CDIR COLLAPSE
605      p_qns(:,:,:) = z_qlw (:,:,:) - z_qsb (:,:,:) - p_qla (:,:,:)      ! Downward Non Solar flux
606!CDIR COLLAPSE
607      p_tpr(:,:)   = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) / rday                     ! total precipitation [kg/m2/s]
608      !
609!!gm : not necessary as all input data are lbc_lnk...
610      CALL lbc_lnk( p_fr1  (:,:) , 'T', 1. )
611      CALL lbc_lnk( p_fr2  (:,:) , 'T', 1. )
612      DO jl = 1, ijpl
613         CALL lbc_lnk( p_qns (:,:,jl) , 'T', 1. )
614         CALL lbc_lnk( p_dqns(:,:,jl) , 'T', 1. )
615         CALL lbc_lnk( p_qla (:,:,jl) , 'T', 1. )
616         CALL lbc_lnk( p_dqla(:,:,jl) , 'T', 1. )
617      END DO
618
619!!gm : mask is not required on forcing
620      DO jl = 1, ijpl
621         p_qns (:,:,jl) = p_qns (:,:,jl) * tmask(:,:,1)
622         p_qla (:,:,jl) = p_qla (:,:,jl) * tmask(:,:,1)
623         p_dqns(:,:,jl) = p_dqns(:,:,jl) * tmask(:,:,1)
624         p_dqla(:,:,jl) = p_dqla(:,:,jl) * tmask(:,:,1)
625      END DO
626
627      IF(ln_ctl) THEN
628         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_qsb  , clinfo1=' blk_ice_clio: z_qsb  : ', tab3d_2=z_qlw  , clinfo2=' z_qlw  : ', kdim=ijpl)
629         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_qla  , clinfo1=' blk_ice_clio: z_qla  : ', tab3d_2=p_qsr  , clinfo2=' p_qsr  : ', kdim=ijpl)
630         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_dqns , clinfo1=' blk_ice_clio: p_dqns : ', tab3d_2=p_qns  , clinfo2=' p_qns  : ', kdim=ijpl)
631         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_dqla , clinfo1=' blk_ice_clio: p_dqla : ', tab3d_2=pst    , clinfo2=' pst    : ', kdim=ijpl)
632         CALL prt_ctl(tab2d_1=p_tpr  , clinfo1=' blk_ice_clio: p_tpr  : ', tab2d_2=p_spr  , clinfo2=' p_spr  : ')
633         CALL prt_ctl(tab2d_1=p_taui , clinfo1=' blk_ice_clio: p_taui : ', tab2d_2=p_tauj , clinfo2=' p_tauj : ')
634      ENDIF
635
636      IF( wrk_not_released(2, 1,2,3,4)  .OR.   &
637          wrk_not_released(3, 1,2)      )   CALL ctl_stop('blk_ice_clio: failed to release workspace arrays')
638      !
639   END SUBROUTINE blk_ice_clio
640
641
642   SUBROUTINE blk_clio_qsr_oce( pqsr_oce )
643      !!---------------------------------------------------------------------------
644      !!                     ***  ROUTINE blk_clio_qsr_oce  ***
645      !!                 
646      !!  ** Purpose :   Computation of the shortwave radiation at the ocean and the
647      !!               snow/ice surfaces.
648      !!         
649      !!  ** Method  : - computed qsr from the cloud cover for both ice and ocean
650      !!               - also initialise sbudyko and stauc once for all
651      !!----------------------------------------------------------------------
652      USE wrk_nemo, ONLY:   wrk_in_use, wrk_not_released
653      USE wrk_nemo, ONLY:   zev   => wrk_2d_1                  ! vapour pressure
654      USE wrk_nemo, ONLY:   zdlha => wrk_2d_2 , zlsrise => wrk_2d_3 , zlsset => wrk_2d_4 
655      USE wrk_nemo, ONLY:   zps   => wrk_2d_5 , zpc     => wrk_2d_6   ! sin/cos of latitude per sin/cos of solar declination
656      !!
657      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   pqsr_oce    ! shortwave radiation  over the ocean
658      !!
659      INTEGER, PARAMETER  ::   jp24 = 24   ! sampling of the daylight period (sunrise to sunset) into 24 equal parts
660      !!     
661      INTEGER  ::   ji, jj, jt    ! dummy loop indices
662      INTEGER  ::   indaet            !  = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
663      INTEGER  ::   iday              ! integer part of day
664      INTEGER  ::   indxb, indxc      ! index for cloud depth coefficient
665
666      REAL(wp)  ::   zalat , zclat, zcmue, zcmue2    ! local scalars
667      REAL(wp)  ::   zmt1, zmt2, zmt3                !
668      REAL(wp)  ::   zdecl, zsdecl , zcdecl          !
669      REAL(wp)  ::   za_oce, ztamr                   !
670
671      REAL(wp) ::   zdl, zlha                        ! local scalars
672      REAL(wp) ::   zlmunoon, zcldcor, zdaycor       !   
673      REAL(wp) ::   zxday, zdist, zcoef, zcoef1      !
674      REAL(wp) ::   zes
675      !!---------------------------------------------------------------------
676
677      IF( wrk_in_use(2, 1,2,3,4,5,6) ) THEN
678         CALL ctl_stop('blk_clio_qsr_oce: requested workspace arrays unavailable')   ;   RETURN
679      END IF
680
681      IF( lbulk_init ) THEN             !   Initilization at first time step only
682         rdtbs2 = nn_fsbc * rdt * 0.5
683         ! cloud optical depths as a function of latitude (Chou et al., 1981).
684         ! and the correction factor for taking into account  the effect of clouds
685         DO jj = 1, jpj
686            DO ji = 1 , jpi
687               zalat          = ( 90.e0 - ABS( gphit(ji,jj) ) ) /  5.e0
688               zclat          = ( 95.e0 -      gphit(ji,jj)   ) / 10.e0
689               indxb          = 1 + INT( zalat )
690               indxc          = 1 + INT( zclat )
691               zdl            = zclat - INT( zclat )
692               !  correction factor to account for the effect of clouds
693               sbudyko(ji,jj) = budyko(indxb)
694               stauc  (ji,jj) = ( 1.e0 - zdl ) * tauco( indxc ) + zdl * tauco( indxc + 1 )
695            END DO
696         END DO
697         lbulk_init = .FALSE.
698      ENDIF
699
700
701      ! Saturated water vapour and vapour pressure
702      ! ------------------------------------------
703!CDIR NOVERRCHK
704!CDIR COLLAPSE
705      DO jj = 1, jpj
706!CDIR NOVERRCHK
707         DO ji = 1, jpi
708            ztamr = sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) - rtt
709            zmt1  = SIGN( 17.269,  ztamr )
710            zmt2  = SIGN( 21.875,  ztamr )
711            zmt3  = SIGN( 28.200, -ztamr )
712            zes = 611.0 * EXP(  ABS( ztamr ) * MIN ( zmt1, zmt2 )   &              ! Saturation water vapour
713               &                     / ( sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) - 35.86  + MAX( 0.e0, zmt3 ) )  )
714            zev(ji,jj) = sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1) * zes * 1.0e-05                 ! vapour pressure 
715         END DO
716      END DO
717
718      !-----------------------------------!
719      !  Computation of solar irradiance  !
720      !-----------------------------------!
721!!gm : hard coded  leap year ???
722      indaet   = 1                                    ! = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
723      zxday = nday_year + rdtbs2 / rday               ! day of the year at which the fluxes are calculated
724      iday  = INT( zxday )                            ! (centred at the middle of the ice time step)
725      CALL flx_blk_declin( indaet, iday, zdecl )      ! solar declination of the current day
726      zsdecl = SIN( zdecl * rad )                     ! its sine
727      zcdecl = COS( zdecl * rad )                     ! its cosine
728
729
730      !  correction factor added for computation of shortwave flux to take into account the variation of
731      !  the distance between the sun and the earth during the year (Oberhuber 1988)
732      zdist    = zxday * 2. * rpi / REAL(nyear_len(1), wp)
733      zdaycor  = 1.0 + 0.0013 * SIN( zdist ) + 0.0342 * COS( zdist )
734
735!CDIR NOVERRCHK
736      DO jj = 1, jpj
737!CDIR NOVERRCHK
738         DO ji = 1, jpi
739            !  product of sine (cosine) of latitude and sine (cosine) of solar declination
740            zps(ji,jj) = SIN( gphit(ji,jj) * rad ) * zsdecl
741            zpc(ji,jj) = COS( gphit(ji,jj) * rad ) * zcdecl
742            !  computation of the both local time of sunrise and sunset
743            zlsrise(ji,jj) = ACOS( - SIGN( 1.e0, zps(ji,jj) )    &
744               &                   * MIN(  1.e0, SIGN( 1.e0, zps(ji,jj) ) * ( zps(ji,jj) / zpc(ji,jj) )  )   )
745            zlsset (ji,jj) = - zlsrise(ji,jj)
746            !  dividing the solar day into jp24 segments of length zdlha
747            zdlha  (ji,jj) = ( zlsrise(ji,jj) - zlsset(ji,jj) ) / REAL( jp24, wp )
748         END DO
749      END DO
750
751
752      !---------------------------------------------!
753      !  shortwave radiation absorbed by the ocean  !
754      !---------------------------------------------!
755      pqsr_oce(:,:)   = 0.e0      ! set ocean qsr to zero     
756
757      ! compute and sum ocean qsr over the daylight (i.e. between sunrise and sunset)
758!CDIR NOVERRCHK   
759      DO jt = 1, jp24
760         zcoef = FLOAT( jt ) - 0.5
761!CDIR NOVERRCHK     
762!CDIR COLLAPSE
763         DO jj = 1, jpj
764!CDIR NOVERRCHK
765            DO ji = 1, jpi
766               zlha = COS(  zlsrise(ji,jj) - zcoef * zdlha(ji,jj)  )                  ! local hour angle
767               zcmue              = MAX( 0.e0 ,   zps(ji,jj) + zpc(ji,jj) * zlha  )   ! cos of local solar altitude
768               zcmue2             = 1368.0 * zcmue * zcmue
769
770               ! ocean albedo depending on the cloud cover (Payne, 1972)
771               za_oce     = ( 1.0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) ) * 0.05 / ( 1.1 * zcmue**1.4 + 0.15 )   &   ! clear sky
772                  &       +         sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   * 0.06                                     ! overcast
773
774                  ! solar heat flux absorbed by the ocean (Zillman, 1972)
775               pqsr_oce(ji,jj) = pqsr_oce(ji,jj)                                         &
776                  &            + ( 1.0 - za_oce ) * zdlha(ji,jj) * zcmue2                &
777                  &            / ( ( zcmue + 2.7 ) * zev(ji,jj) + 1.085 * zcmue +  0.10 )
778            END DO
779         END DO
780      END DO
781      ! Taking into account the ellipsity of the earth orbit, the clouds AND masked if sea-ice cover > 0%
782      zcoef1 = srgamma * zdaycor / ( 2. * rpi )
783!CDIR COLLAPSE
784      DO jj = 1, jpj
785         DO ji = 1, jpi
786            zlmunoon = ASIN( zps(ji,jj) + zpc(ji,jj) ) / rad                         ! local noon solar altitude
787            zcldcor  = MIN(  1.e0, ( 1.e0 - 0.62 * sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   &     ! cloud correction (Reed 1977)
788               &                          + 0.0019 * zlmunoon )                 )
789            pqsr_oce(ji,jj) = zcoef1 * zcldcor * pqsr_oce(ji,jj) * tmask(ji,jj,1)    ! and zcoef1: ellipsity
790         END DO
791      END DO
792
793      IF( wrk_not_released(2, 1,2,3,4,5,6) )   CALL ctl_stop('blk_clio_qsr_oce: failed to release workspace arrays')
794      !
795   END SUBROUTINE blk_clio_qsr_oce
796
797
798   SUBROUTINE blk_clio_qsr_ice( pa_ice_cs, pa_ice_os, pqsr_ice )
799      !!---------------------------------------------------------------------------
800      !!                     ***  ROUTINE blk_clio_qsr_ice  ***
801      !!                 
802      !!  ** Purpose :   Computation of the shortwave radiation at the ocean and the
803      !!               snow/ice surfaces.
804      !!         
805      !!  ** Method  : - computed qsr from the cloud cover for both ice and ocean
806      !!               - also initialise sbudyko and stauc once for all
807      !!----------------------------------------------------------------------
808      USE wrk_nemo, ONLY:   wrk_in_use, wrk_not_released
809      USE wrk_nemo, ONLY:   zev     => wrk_2d_1     ! vapour pressure
810      USE wrk_nemo, ONLY:   zdlha   => wrk_2d_2     ! 2D workspace
811      USE wrk_nemo, ONLY:   zlsrise => wrk_2d_3     ! 2D workspace
812      USE wrk_nemo, ONLY:   zlsset  => wrk_2d_4     ! 2D workspace
813      USE wrk_nemo, ONLY:   zps     => wrk_2d_5 , zpc => wrk_2d_6   ! sin/cos of latitude per sin/cos of solar declination
814      !!
815      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pa_ice_cs   ! albedo of ice under clear sky
816      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pa_ice_os   ! albedo of ice under overcast sky
817      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(:,:,:) ::   pqsr_ice    ! shortwave radiation over the ice/snow
818      !!
819      INTEGER, PARAMETER  ::   jp24 = 24   ! sampling of the daylight period (sunrise to sunset) into 24 equal parts
820      !!
821      INTEGER  ::   ji, jj, jl, jt    ! dummy loop indices
822      INTEGER  ::   ijpl              ! number of ice categories (3rd dim of pqsr_ice)
823      INTEGER  ::   indaet            !  = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
824      INTEGER  ::   iday              ! integer part of day
825      !!
826      REAL(wp) ::   zcmue, zcmue2, ztamr          ! temporary scalars
827      REAL(wp) ::   zmt1, zmt2, zmt3              !    -         -
828      REAL(wp) ::   zdecl, zsdecl, zcdecl         !    -         -
829      REAL(wp) ::   zlha, zdaycor, zes            !    -         -
830      REAL(wp) ::   zxday, zdist, zcoef, zcoef1   !    -         -
831      REAL(wp) ::   zqsr_ice_cs, zqsr_ice_os      !    -         -
832      !!---------------------------------------------------------------------
833
834      IF( wrk_in_use(2, 1,2,3,4,5,6) ) THEN
835         CALL ctl_stop('blk_clio_qsr_ice: requested workspace arrays unavailable')   ;   RETURN
836      ENDIF
837
838      ijpl = SIZE(pqsr_ice, 3 )      ! number of ice categories
839     
840      ! Saturated water vapour and vapour pressure
841      ! ------------------------------------------
842!CDIR NOVERRCHK
843!CDIR COLLAPSE
844      DO jj = 1, jpj
845!CDIR NOVERRCHK
846         DO ji = 1, jpi           
847            ztamr = sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) - rtt           
848            zmt1  = SIGN( 17.269,  ztamr )
849            zmt2  = SIGN( 21.875,  ztamr )
850            zmt3  = SIGN( 28.200, -ztamr )
851            zes = 611.0 * EXP(  ABS( ztamr ) * MIN ( zmt1, zmt2 )   &              ! Saturation water vapour
852               &                     / ( sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) - 35.86  + MAX( 0.e0, zmt3 ) )  )
853            zev(ji,jj) = sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1) * zes * 1.0e-05                 ! vapour pressure 
854         END DO
855      END DO
856
857      !-----------------------------------!
858      !  Computation of solar irradiance  !
859      !-----------------------------------!
860!!gm : hard coded  leap year ???
861      indaet   = 1                                    ! = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
862      zxday = nday_year + rdtbs2 / rday               ! day of the year at which the fluxes are calculated
863      iday  = INT( zxday )                            ! (centred at the middle of the ice time step)
864      CALL flx_blk_declin( indaet, iday, zdecl )      ! solar declination of the current day
865      zsdecl = SIN( zdecl * rad )                     ! its sine
866      zcdecl = COS( zdecl * rad )                     ! its cosine
867
868     
869      !  correction factor added for computation of shortwave flux to take into account the variation of
870      !  the distance between the sun and the earth during the year (Oberhuber 1988)
871      zdist    = zxday * 2. * rpi / REAL(nyear_len(1), wp)
872      zdaycor  = 1.0 + 0.0013 * SIN( zdist ) + 0.0342 * COS( zdist )
873
874!CDIR NOVERRCHK
875      DO jj = 1, jpj
876!CDIR NOVERRCHK
877         DO ji = 1, jpi
878            !  product of sine (cosine) of latitude and sine (cosine) of solar declination
879            zps(ji,jj) = SIN( gphit(ji,jj) * rad ) * zsdecl
880            zpc(ji,jj) = COS( gphit(ji,jj) * rad ) * zcdecl
881            !  computation of the both local time of sunrise and sunset
882            zlsrise(ji,jj) = ACOS( - SIGN( 1.e0, zps(ji,jj) )    &
883               &                   * MIN(  1.e0, SIGN( 1.e0, zps(ji,jj) ) * ( zps(ji,jj) / zpc(ji,jj) )  )   ) 
884            zlsset (ji,jj) = - zlsrise(ji,jj)
885            !  dividing the solar day into jp24 segments of length zdlha
886            zdlha  (ji,jj) = ( zlsrise(ji,jj) - zlsset(ji,jj) ) / REAL( jp24, wp )
887         END DO
888      END DO
889
890
891      !---------------------------------------------!
892      !  shortwave radiation absorbed by the ice    !
893      !---------------------------------------------!
894      ! compute and sum ice qsr over the daylight for each ice categories
895      pqsr_ice(:,:,:) = 0.e0
896      zcoef1 = zdaycor / ( 2. * rpi )       ! Correction for the ellipsity of the earth orbit
897     
898      !                    !----------------------------!
899      DO jl = 1, ijpl      !  loop over ice categories  !
900         !                 !----------------------------!
901!CDIR NOVERRCHK   
902         DO jt = 1, jp24   
903            zcoef = FLOAT( jt ) - 0.5
904!CDIR NOVERRCHK     
905!CDIR COLLAPSE
906            DO jj = 1, jpj
907!CDIR NOVERRCHK
908               DO ji = 1, jpi
909                  zlha = COS(  zlsrise(ji,jj) - zcoef * zdlha(ji,jj)  )                  ! local hour angle
910                  zcmue              = MAX( 0.e0 ,   zps(ji,jj) + zpc(ji,jj) * zlha  )   ! cos of local solar altitude
911                  zcmue2             = 1368.0 * zcmue * zcmue
912                 
913                  !  solar heat flux absorbed by the ice/snow system (Shine and Crane 1984 adapted to high albedo)
914                  zqsr_ice_cs =  ( 1.0 - pa_ice_cs(ji,jj,jl) ) * zdlha(ji,jj) * zcmue2        &   ! clear sky
915                     &        / ( ( 1.0 + zcmue ) * zev(ji,jj) + 1.2 * zcmue + 0.0455 )
916                  zqsr_ice_os = zdlha(ji,jj) * SQRT( zcmue )                                  &   ! overcast sky
917                     &        * ( 53.5 + 1274.5 * zcmue )      * ( 1.0 - 0.996  * pa_ice_os(ji,jj,jl) )    &
918                     &        / (  1.0 + 0.139  * stauc(ji,jj) * ( 1.0 - 0.9435 * pa_ice_os(ji,jj,jl) ) )       
919             
920                  pqsr_ice(ji,jj,jl) = pqsr_ice(ji,jj,jl) + (  ( 1.0 - sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1) ) * zqsr_ice_cs    &
921                     &                                       +         sf(jp_ccov)%fnow(ji,jj,1)   * zqsr_ice_os  )
922               END DO
923            END DO
924         END DO
925         !
926         ! Correction : Taking into account the ellipsity of the earth orbit
927         pqsr_ice(:,:,jl) = pqsr_ice(:,:,jl) * zcoef1 * tmask(:,:,1)
928         !
929         !                 !--------------------------------!
930      END DO               !  end loop over ice categories  !
931      !                    !--------------------------------!
932
933
934!!gm  : this should be suppress as input data have been passed through lbc_lnk
935      DO jl = 1, ijpl
936         CALL lbc_lnk( pqsr_ice(:,:,jl) , 'T', 1. )
937      END DO
938      !
939      IF( wrk_not_released(2, 1,2,3,4,5,6) )   CALL ctl_stop('blk_clio_qsr_ice: failed to release workspace arrays')
940      !
941   END SUBROUTINE blk_clio_qsr_ice
942
943
944   SUBROUTINE flx_blk_declin( ky, kday, pdecl )
945      !!---------------------------------------------------------------------------
946      !!               ***  ROUTINE flx_blk_declin  ***
947      !!         
948      !! ** Purpose :   Computation of the solar declination for the day
949      !!       
950      !! ** Method  :   ???
951      !!---------------------------------------------------------------------
952      INTEGER , INTENT(in   ) ::   ky      ! = -1, 0, 1 for odd, normal and leap years resp.
953      INTEGER , INTENT(in   ) ::   kday    ! day of the year ( kday = 1 on january 1)
954      REAL(wp), INTENT(  out) ::   pdecl   ! solar declination
955      !!
956      REAL(wp) ::   a0  =  0.39507671      ! coefficients for solar declinaison computation
957      REAL(wp) ::   a1  = 22.85684301      !     "              ""                 "
958      REAL(wp) ::   a2  = -0.38637317      !     "              ""                 "
959      REAL(wp) ::   a3  =  0.15096535      !     "              ""                 "
960      REAL(wp) ::   a4  = -0.00961411      !     "              ""                 "
961      REAL(wp) ::   b1  = -4.29692073      !     "              ""                 "
962      REAL(wp) ::   b2  =  0.05702074      !     "              ""                 "
963      REAL(wp) ::   b3  = -0.09028607      !     "              ""                 "
964      REAL(wp) ::   b4  =  0.00592797
965      !!
966      REAL(wp) ::   zday   ! corresponding day of type year (cf. ky)
967      REAL(wp) ::   zp     ! temporary scalars
968      !!---------------------------------------------------------------------
969           
970      IF    ( ky == 1 )  THEN   ;   zday = REAL( kday, wp ) - 0.5
971      ELSEIF( ky == 3 )  THEN   ;   zday = REAL( kday, wp ) - 1.
972      ELSE                      ;   zday = REAL( kday, wp )
973      ENDIF
974     
975      zp = rpi * ( 2.0 * zday - 367.0 ) / REAL(nyear_len(1), wp)
976     
977      pdecl  = a0                                                                      &
978         &   + a1 * COS( zp ) + a2 * COS( 2. * zp ) + a3 * COS( 3. * zp ) + a4 * COS( 4. * zp )   &
979         &   + b1 * SIN( zp ) + b2 * SIN( 2. * zp ) + b3 * SIN( 3. * zp ) + b4 * SIN( 4. * zp )
980      !
981   END SUBROUTINE flx_blk_declin
982
983   !!======================================================================
984END MODULE sbcblk_clio
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.