source: trunk/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/sbcblk_core.F90 @ 5065

Last change on this file since 5065 was 5065, checked in by davestorkey, 6 years ago

Fix bug in cd_neutral_10m in sbcblk_core.F90. See ticket #1465.

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 51.2 KB
Line 
1MODULE sbcblk_core
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  sbcblk_core  ***
4   !! Ocean forcing:  momentum, heat and freshwater flux formulation
5   !!=====================================================================
6   !! History :  1.0  !  2004-08  (U. Schweckendiek)  Original code
7   !!            2.0  !  2005-04  (L. Brodeau, A.M. Treguier) additions:
8   !!                           -  new bulk routine for efficiency
9   !!                           -  WINDS ARE NOW ASSUMED TO BE AT T POINTS in input files !!!!
10   !!                           -  file names and file characteristics in namelist
11   !!                           -  Implement reading of 6-hourly fields
12   !!            3.0  !  2006-06  (G. Madec) sbc rewritting
13   !!             -   !  2006-12  (L. Brodeau) Original code for turb_core_2z
14   !!            3.2  !  2009-04  (B. Lemaire)  Introduce iom_put
15   !!            3.3  !  2010-10  (S. Masson)  add diurnal cycle
16   !!            3.4  !  2011-11  (C. Harris) Fill arrays required by CICE
17   !!            3.7  !  2014-06  (L. Brodeau) simplification and optimization of CORE bulk
18   !!----------------------------------------------------------------------
19
20   !!----------------------------------------------------------------------
21   !!   sbc_blk_core    : bulk formulation as ocean surface boundary condition (forced mode, CORE bulk formulea)
22   !!   blk_oce_core    : computes momentum, heat and freshwater fluxes over ocean
23   !!   blk_ice_core    : computes momentum, heat and freshwater fluxes over ice
24   !!   blk_bio_meanqsr : compute daily mean short wave radiation over the ocean
25   !!   blk_ice_meanqsr : compute daily mean short wave radiation over the ice
26   !!   turb_core_2z    : Computes turbulent transfert coefficients
27   !!   cd_neutral_10m  : Estimate of the neutral drag coefficient at 10m
28   !!   psi_m           : universal profile stability function for momentum
29   !!   psi_h           : universal profile stability function for temperature and humidity
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 iom             ! I/O manager library
39   USE in_out_manager  ! I/O manager
40   USE lib_mpp         ! distribued memory computing library
41   USE wrk_nemo        ! work arrays
42   USE timing          ! Timing
43   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
44   USE prtctl          ! Print control
45   USE sbcwave, ONLY   :  cdn_wave ! wave module
46   USE sbc_ice         ! Surface boundary condition: ice fields
47   USE lib_fortran     ! to use key_nosignedzero
48
49   IMPLICIT NONE
50   PRIVATE
51
52   PUBLIC   sbc_blk_core         ! routine called in sbcmod module
53   PUBLIC   blk_ice_core         ! routine called in sbc_ice_lim module
54   PUBLIC   blk_ice_meanqsr      ! routine called in sbc_ice_lim module
55   PUBLIC   turb_core_2z         ! routine calles in sbcblk_mfs module
56
57   INTEGER , PARAMETER ::   jpfld   = 9           ! maximum number of files to read
58   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndi = 1           ! index of 10m wind velocity (i-component) (m/s)    at T-point
59   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndj = 2           ! index of 10m wind velocity (j-component) (m/s)    at T-point
60   INTEGER , PARAMETER ::   jp_humi = 3           ! index of specific humidity               ( % )
61   INTEGER , PARAMETER ::   jp_qsr  = 4           ! index of solar heat                      (W/m2)
62   INTEGER , PARAMETER ::   jp_qlw  = 5           ! index of Long wave                       (W/m2)
63   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tair = 6           ! index of 10m air temperature             (Kelvin)
64   INTEGER , PARAMETER ::   jp_prec = 7           ! index of total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
65   INTEGER , PARAMETER ::   jp_snow = 8           ! index of snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
66   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tdif = 9           ! index of tau diff associated to HF tau   (N/m2)   at T-point
67
68   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   sf   ! structure of input fields (file informations, fields read)
69
70   !                                             !!! CORE bulk parameters
71   REAL(wp), PARAMETER ::   rhoa =    1.22        ! air density
72   REAL(wp), PARAMETER ::   cpa  = 1000.5         ! specific heat of air
73   REAL(wp), PARAMETER ::   Lv   =    2.5e6       ! latent heat of vaporization
74   REAL(wp), PARAMETER ::   Ls   =    2.839e6     ! latent heat of sublimation
75   REAL(wp), PARAMETER ::   Stef =    5.67e-8     ! Stefan Boltzmann constant
76   REAL(wp), PARAMETER ::   Cice =    1.4e-3      ! iovi 1.63e-3     ! transfer coefficient over ice
77   REAL(wp), PARAMETER ::   albo =    0.066       ! ocean albedo assumed to be constant
78
79   !                                  !!* Namelist namsbc_core : CORE bulk parameters
80   LOGICAL  ::   ln_taudif   ! logical flag to use the "mean of stress module - module of mean stress" data
81   REAL(wp) ::   rn_pfac     ! multiplication factor for precipitation
82   REAL(wp) ::   rn_efac     ! multiplication factor for evaporation (clem)
83   REAL(wp) ::   rn_vfac     ! multiplication factor for ice/ocean velocity in the calculation of wind stress (clem)
84   REAL(wp) ::   rn_zqt      ! z(q,t) : height of humidity and temperature measurements
85   REAL(wp) ::   rn_zu       ! z(u)   : height of wind measurements
86
87   !! * Substitutions
88#  include "domzgr_substitute.h90"
89#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
90   !!----------------------------------------------------------------------
91   !! NEMO/OPA 3.7 , NEMO-consortium (2014)
92   !! $Id$
93   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
94   !!----------------------------------------------------------------------
95CONTAINS
96
97   SUBROUTINE sbc_blk_core( kt )
98      !!---------------------------------------------------------------------
99      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk_core  ***
100      !!
101      !! ** Purpose :   provide at each time step the surface ocean fluxes
102      !!      (momentum, heat, freshwater and runoff)
103      !!
104      !! ** Method  : (1) READ each fluxes in NetCDF files:
105      !!      the 10m wind velocity (i-component) (m/s)    at T-point
106      !!      the 10m wind velocity (j-component) (m/s)    at T-point
107      !!      the 10m or 2m specific humidity     ( % )
108      !!      the solar heat                      (W/m2)
109      !!      the Long wave                       (W/m2)
110      !!      the 10m or 2m air temperature       (Kelvin)
111      !!      the total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
112      !!      the snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
113      !!      the tau diff associated to HF tau   (N/m2)   at T-point   (ln_taudif=T)
114      !!              (2) CALL blk_oce_core
115      !!
116      !!      C A U T I O N : never mask the surface stress fields
117      !!                      the stress is assumed to be in the (i,j) mesh referential
118      !!
119      !! ** Action  :   defined at each time-step at the air-sea interface
120      !!              - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
121      !!              - taum        wind stress module at T-point
122      !!              - wndm        wind speed  module at T-point over free ocean or leads in presence of sea-ice
123      !!              - qns, qsr    non-solar and solar heat fluxes
124      !!              - emp         upward mass flux (evapo. - precip.)
125      !!              - sfx         salt flux due to freezing/melting (non-zero only if ice is present)
126      !!                            (set in limsbc(_2).F90)
127      !!
128      !! ** References :   Large & Yeager, 2004 / Large & Yeager, 2008
129      !!                   Brodeau et al. Ocean Modelling 2010
130      !!----------------------------------------------------------------------
131      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
132      !
133      INTEGER  ::   ierror   ! return error code
134      INTEGER  ::   ifpr     ! dummy loop indice
135      INTEGER  ::   jfld     ! dummy loop arguments
136      INTEGER  ::   ios      ! Local integer output status for namelist read
137      !
138      CHARACTER(len=100) ::  cn_dir   !   Root directory for location of core files
139      TYPE(FLD_N), DIMENSION(jpfld) ::   slf_i     ! array of namelist informations on the fields to read
140      TYPE(FLD_N) ::   sn_wndi, sn_wndj, sn_humi, sn_qsr       ! informations about the fields to be read
141      TYPE(FLD_N) ::   sn_qlw , sn_tair, sn_prec, sn_snow      !   "                                 "
142      TYPE(FLD_N) ::   sn_tdif                                 !   "                                 "
143      NAMELIST/namsbc_core/ cn_dir , ln_taudif, rn_pfac, rn_efac, rn_vfac,  &
144         &                  sn_wndi, sn_wndj, sn_humi  , sn_qsr ,           &
145         &                  sn_qlw , sn_tair, sn_prec  , sn_snow,           &
146         &                  sn_tdif, rn_zqt,  rn_zu
147      !!---------------------------------------------------------------------
148      !
149      !                                         ! ====================== !
150      IF( kt == nit000 ) THEN                   !  First call kt=nit000  !
151         !                                      ! ====================== !
152         !
153         REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namsbc_core in reference namelist : CORE bulk parameters
154         READ  ( numnam_ref, namsbc_core, IOSTAT = ios, ERR = 901)
155901      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_core in reference namelist', lwp )
156         !
157         REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namsbc_core in configuration namelist : CORE bulk parameters
158         READ  ( numnam_cfg, namsbc_core, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
159902      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_core in configuration namelist', lwp )
160
161         IF(lwm) WRITE( numond, namsbc_core )
162         !                                         ! check: do we plan to use ln_dm2dc with non-daily forcing?
163         IF( ln_dm2dc .AND. sn_qsr%nfreqh /= 24 )   &
164            &   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_core: ln_dm2dc can be activated only with daily short-wave forcing' )
165         IF( ln_dm2dc .AND. sn_qsr%ln_tint ) THEN
166            CALL ctl_warn( 'sbc_blk_core: ln_dm2dc is taking care of the temporal interpolation of daily qsr',   &
167               &         '              ==> We force time interpolation = .false. for qsr' )
168            sn_qsr%ln_tint = .false.
169         ENDIF
170         !                                         ! store namelist information in an array
171         slf_i(jp_wndi) = sn_wndi   ;   slf_i(jp_wndj) = sn_wndj
172         slf_i(jp_qsr ) = sn_qsr    ;   slf_i(jp_qlw ) = sn_qlw
173         slf_i(jp_tair) = sn_tair   ;   slf_i(jp_humi) = sn_humi
174         slf_i(jp_prec) = sn_prec   ;   slf_i(jp_snow) = sn_snow
175         slf_i(jp_tdif) = sn_tdif
176         !
177         lhftau = ln_taudif                        ! do we use HF tau information?
178         jfld = jpfld - COUNT( (/.NOT. lhftau/) )
179         !
180         ALLOCATE( sf(jfld), STAT=ierror )         ! set sf structure
181         IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_core: unable to allocate sf structure' )
182         DO ifpr= 1, jfld
183            ALLOCATE( sf(ifpr)%fnow(jpi,jpj,1) )
184            IF( slf_i(ifpr)%ln_tint )   ALLOCATE( sf(ifpr)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
185         END DO
186         !                                         ! fill sf with slf_i and control print
187         CALL fld_fill( sf, slf_i, cn_dir, 'sbc_blk_core', 'flux formulation for ocean surface boundary condition', 'namsbc_core' )
188         !
189         sfx(:,:) = 0._wp                          ! salt flux; zero unless ice is present (computed in limsbc(_2).F90)
190         !
191      ENDIF
192
193      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )             ! input fields provided at the current time-step
194
195      !                                            ! compute the surface ocean fluxes using CORE bulk formulea
196      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   CALL blk_oce_core( kt, sf, sst_m, ssu_m, ssv_m )
197
198      ! If diurnal cycle is activated, compute a daily mean short waves flux for biogeochemistery
199      IF( ltrcdm2dc )   CALL blk_bio_meanqsr
200
201#if defined key_cice
202      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   THEN
203         qlw_ice(:,:,1)   = sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1) 
204         qsr_ice(:,:,1)   = sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)
205         tatm_ice(:,:)    = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)         
206         qatm_ice(:,:)    = sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)
207         tprecip(:,:)     = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
208         sprecip(:,:)     = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
209         wndi_ice(:,:)    = sf(jp_wndi)%fnow(:,:,1)
210         wndj_ice(:,:)    = sf(jp_wndj)%fnow(:,:,1)
211      ENDIF
212#endif
213      !
214   END SUBROUTINE sbc_blk_core
215   
216   
217   SUBROUTINE blk_oce_core( kt, sf, pst, pu, pv )
218      !!---------------------------------------------------------------------
219      !!                     ***  ROUTINE blk_core  ***
220      !!
221      !! ** Purpose :   provide the momentum, heat and freshwater fluxes at
222      !!      the ocean surface at each time step
223      !!
224      !! ** Method  :   CORE bulk formulea for the ocean using atmospheric
225      !!      fields read in sbc_read
226      !!
227      !! ** Outputs : - utau    : i-component of the stress at U-point  (N/m2)
228      !!              - vtau    : j-component of the stress at V-point  (N/m2)
229      !!              - taum    : Wind stress module at T-point         (N/m2)
230      !!              - wndm    : Wind speed module at T-point          (m/s)
231      !!              - qsr     : Solar heat flux over the ocean        (W/m2)
232      !!              - qns     : Non Solar heat flux over the ocean    (W/m2)
233      !!              - emp     : evaporation minus precipitation       (kg/m2/s)
234      !!
235      !!  ** Nota  :   sf has to be a dummy argument for AGRIF on NEC
236      !!---------------------------------------------------------------------
237      INTEGER  , INTENT(in   )                 ::   kt    ! time step index
238      TYPE(fld), INTENT(inout), DIMENSION(:)   ::   sf    ! input data
239      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pst   ! surface temperature                      [Celcius]
240      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pu    ! surface current at U-point (i-component) [m/s]
241      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pv    ! surface current at V-point (j-component) [m/s]
242      !
243      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
244      REAL(wp) ::   zcoef_qsatw, zztmp   ! local variable
245      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zwnd_i, zwnd_j    ! wind speed components at T-point
246      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zqsatw            ! specific humidity at pst
247      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zqlw, zqsb        ! long wave and sensible heat fluxes
248      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zqla, zevap       ! latent heat fluxes and evaporation
249      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Cd                ! transfer coefficient for momentum      (tau)
250      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ch                ! transfer coefficient for sensible heat (Q_sens)
251      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ce                ! tansfert coefficient for evaporation   (Q_lat)
252      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zst               ! surface temperature in Kelvin
253      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zt_zu             ! air temperature at wind speed height
254      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zq_zu             ! air spec. hum.  at wind speed height
255      !!---------------------------------------------------------------------
256      !
257      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_oce_core')
258      !
259      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zwnd_i, zwnd_j, zqsatw, zqlw, zqsb, zqla, zevap )
260      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, Cd, Ch, Ce, zst, zt_zu, zq_zu )
261      !
262      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
263      zcoef_qsatw = 0.98 * 640380. / rhoa
264     
265      zst(:,:) = pst(:,:) + rt0      ! convert SST from Celcius to Kelvin (and set minimum value far above 0 K)
266
267      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
268      !      0   Wind components and module at T-point relative to the moving ocean   !
269      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
270
271      ! ... components ( U10m - U_oce ) at T-point (unmasked)
272      zwnd_i(:,:) = 0.e0 
273      zwnd_j(:,:) = 0.e0
274#if defined key_cyclone
275      CALL wnd_cyc( kt, zwnd_i, zwnd_j )    ! add analytical tropical cyclone (Vincent et al. JGR 2012)
276      DO jj = 2, jpjm1
277         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
278            sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) = sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) + zwnd_i(ji,jj)
279            sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) = sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) + zwnd_j(ji,jj)
280         END DO
281      END DO
282#endif
283      DO jj = 2, jpjm1
284         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
285            zwnd_i(ji,jj) = (  sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pu(ji-1,jj  ) + pu(ji,jj) )  )
286            zwnd_j(ji,jj) = (  sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pv(ji  ,jj-1) + pv(ji,jj) )  )
287         END DO
288      END DO
289      CALL lbc_lnk( zwnd_i(:,:) , 'T', -1. )
290      CALL lbc_lnk( zwnd_j(:,:) , 'T', -1. )
291      ! ... scalar wind ( = | U10m - U_oce | ) at T-point (masked)
292      wndm(:,:) = SQRT(  zwnd_i(:,:) * zwnd_i(:,:)   &
293         &             + zwnd_j(:,:) * zwnd_j(:,:)  ) * tmask(:,:,1)
294
295      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
296      !      I   Radiative FLUXES                                                     !
297      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
298
299      ! ocean albedo assumed to be constant + modify now Qsr to include the diurnal cycle                    ! Short Wave
300      zztmp = 1. - albo
301      IF( ln_dm2dc ) THEN   ;   qsr(:,:) = zztmp * sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) ) * tmask(:,:,1)
302      ELSE                  ;   qsr(:,:) = zztmp *          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)   * tmask(:,:,1)
303      ENDIF
304      zqlw(:,:) = (  sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1) - Stef * zst(:,:)*zst(:,:)*zst(:,:)*zst(:,:)  ) * tmask(:,:,1)   ! Long  Wave
305      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
306      !     II    Turbulent FLUXES                                                    !
307      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
308
309      ! ... specific humidity at SST and IST
310      zqsatw(:,:) = zcoef_qsatw * EXP( -5107.4 / zst(:,:) )
311
312      ! ... NCAR Bulk formulae, computation of Cd, Ch, Ce at T-point :
313      CALL turb_core_2z( rn_zqt, rn_zu, zst, sf(jp_tair)%fnow, zqsatw, sf(jp_humi)%fnow, wndm,   &
314         &               Cd, Ch, Ce, zt_zu, zq_zu )
315   
316      ! ... tau module, i and j component
317      DO jj = 1, jpj
318         DO ji = 1, jpi
319            zztmp = rhoa * wndm(ji,jj) * Cd(ji,jj)
320            taum  (ji,jj) = zztmp * wndm  (ji,jj)
321            zwnd_i(ji,jj) = zztmp * zwnd_i(ji,jj)
322            zwnd_j(ji,jj) = zztmp * zwnd_j(ji,jj)
323         END DO
324      END DO
325
326      ! ... add the HF tau contribution to the wind stress module?
327      IF( lhftau ) THEN
328         taum(:,:) = taum(:,:) + sf(jp_tdif)%fnow(:,:,1)
329      ENDIF
330      CALL iom_put( "taum_oce", taum )   ! output wind stress module
331
332      ! ... utau, vtau at U- and V_points, resp.
333      !     Note the use of 0.5*(2-umask) in order to unmask the stress along coastlines
334      !     Note the use of MAX(tmask(i,j),tmask(i+1,j) is to mask tau over ice shelves
335      DO jj = 1, jpjm1
336         DO ji = 1, fs_jpim1
337            utau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_i(ji,jj) + zwnd_i(ji+1,jj  ) ) &
338               &          * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji+1,jj,1))
339            vtau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_j(ji,jj) + zwnd_j(ji  ,jj+1) ) &
340               &          * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji,jj+1,1))
341         END DO
342      END DO
343      CALL lbc_lnk( utau(:,:), 'U', -1. )
344      CALL lbc_lnk( vtau(:,:), 'V', -1. )
345
346   
347      !  Turbulent fluxes over ocean
348      ! -----------------------------
349      IF( ABS( rn_zu - rn_zqt) < 0.01_wp ) THEN
350         !! q_air and t_air are (or "are almost") given at 10m (wind reference height)
351         zevap(:,:) = rn_efac*MAX( 0._wp,     rhoa*Ce(:,:)*( zqsatw(:,:) - sf(jp_humi)%fnow(:,:,1) )*wndm(:,:) ) ! Evaporation
352         zqsb (:,:) =                     cpa*rhoa*Ch(:,:)*( zst   (:,:) - sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) )*wndm(:,:)   ! Sensible Heat
353      ELSE
354         !! q_air and t_air are not given at 10m (wind reference height)
355         ! Values of temp. and hum. adjusted to height of wind during bulk algorithm iteration must be used!!!
356         zevap(:,:) = rn_efac*MAX( 0._wp,     rhoa*Ce(:,:)*( zqsatw(:,:) - zq_zu(:,:) )*wndm(:,:) )   ! Evaporation
357         zqsb (:,:) =                     cpa*rhoa*Ch(:,:)*( zst   (:,:) - zt_zu(:,:) )*wndm(:,:)     ! Sensible Heat
358      ENDIF
359      zqla (:,:) = Lv * zevap(:,:)                                                              ! Latent Heat
360
361      IF(ln_ctl) THEN
362         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqla  , clinfo1=' blk_oce_core: zqla   : ', tab2d_2=Ce , clinfo2=' Ce  : ' )
363         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqsb  , clinfo1=' blk_oce_core: zqsb   : ', tab2d_2=Ch , clinfo2=' Ch  : ' )
364         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqlw  , clinfo1=' blk_oce_core: zqlw   : ', tab2d_2=qsr, clinfo2=' qsr : ' )
365         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqsatw, clinfo1=' blk_oce_core: zqsatw : ', tab2d_2=zst, clinfo2=' zst : ' )
366         CALL prt_ctl( tab2d_1=utau  , clinfo1=' blk_oce_core: utau   : ', mask1=umask,   &
367            &          tab2d_2=vtau  , clinfo2=              ' vtau : '  , mask2=vmask )
368         CALL prt_ctl( tab2d_1=wndm  , clinfo1=' blk_oce_core: wndm   : ')
369         CALL prt_ctl( tab2d_1=zst   , clinfo1=' blk_oce_core: zst    : ')
370      ENDIF
371       
372      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
373      !     III    Total FLUXES                                                       !
374      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
375      !
376      emp (:,:) = (  zevap(:,:)                                          &   ! mass flux (evap. - precip.)
377         &         - sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac  ) * tmask(:,:,1)
378      qns(:,:) = zqlw(:,:) - zqsb(:,:) - zqla(:,:)                                &   ! Downward Non Solar flux
379         &     - sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * lfus                         &   ! remove latent melting heat for solid precip
380         &     - zevap(:,:) * pst(:,:) * rcp                                      &   ! remove evap heat content at SST
381         &     + ( sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) - sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) ) * rn_pfac  &   ! add liquid precip heat content at Tair
382         &     * ( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) - rt0 ) * rcp                          &
383         &     + sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac                                &   ! add solid  precip heat content at min(Tair,Tsnow)
384         &     * ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0_snow ) - rt0 ) * cpic * tmask(:,:,1)
385      !
386      CALL iom_put( "qlw_oce",   zqlw )                 ! output downward longwave heat over the ocean
387      CALL iom_put( "qsb_oce", - zqsb )                 ! output downward sensible heat over the ocean
388      CALL iom_put( "qla_oce", - zqla )                 ! output downward latent   heat over the ocean
389      CALL iom_put( "qhc_oce",   qns-zqlw+zqsb+zqla )   ! output downward heat content of E-P over the ocean
390      CALL iom_put( "qns_oce",   qns  )                 ! output downward non solar heat over the ocean
391      !
392      IF(ln_ctl) THEN
393         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqsb , clinfo1=' blk_oce_core: zqsb   : ', tab2d_2=zqlw , clinfo2=' zqlw  : ')
394         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqla , clinfo1=' blk_oce_core: zqla   : ', tab2d_2=qsr  , clinfo2=' qsr   : ')
395         CALL prt_ctl(tab2d_1=pst  , clinfo1=' blk_oce_core: pst    : ', tab2d_2=emp  , clinfo2=' emp   : ')
396         CALL prt_ctl(tab2d_1=utau , clinfo1=' blk_oce_core: utau   : ', mask1=umask,   &
397            &         tab2d_2=vtau , clinfo2=              ' vtau  : ' , mask2=vmask )
398      ENDIF
399      !
400      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zwnd_i, zwnd_j, zqsatw, zqlw, zqsb, zqla, zevap )
401      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, Cd, Ch, Ce, zst, zt_zu, zq_zu )
402      !
403      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_oce_core')
404      !
405   END SUBROUTINE blk_oce_core
406 
407   
408   SUBROUTINE blk_ice_core(  pst   , pui   , pvi   , palb ,   &
409      &                      p_taui, p_tauj, p_qns , p_qsr,   &
410      &                      p_qla , p_dqns, p_dqla,          &
411      &                      p_tpr , p_spr ,                  &
412      &                      p_fr1 , p_fr2 , cd_grid, pdim  ) 
413      !!---------------------------------------------------------------------
414      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_core  ***
415      !!
416      !! ** Purpose :   provide the surface boundary condition over sea-ice
417      !!
418      !! ** Method  :   compute momentum, heat and freshwater exchanged
419      !!                between atmosphere and sea-ice using CORE bulk
420      !!                formulea, ice variables and read atmmospheric fields.
421      !!                NB: ice drag coefficient is assumed to be a constant
422      !!
423      !! caution : the net upward water flux has with mm/day unit
424      !!---------------------------------------------------------------------
425      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   pst      ! ice surface temperature (>0, =rt0 over land) [Kelvin]
426      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   pui      ! ice surface velocity (i- and i- components      [m/s]
427      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   pvi      !    at I-point (B-grid) or U & V-point (C-grid)
428      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   palb     ! ice albedo (all skies)                            [%]
429      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_taui   ! i- & j-components of surface ice stress        [N/m2]
430      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_tauj   !   at I-point (B-grid) or U & V-point (C-grid)
431      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_qns    ! non solar heat flux over ice (T-point)         [W/m2]
432      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_qsr    !     solar heat flux over ice (T-point)         [W/m2]
433      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_qla    ! latent    heat flux over ice (T-point)         [W/m2]
434      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_dqns   ! non solar heat sensistivity  (T-point)         [W/m2]
435      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_dqla   ! latent    heat sensistivity  (T-point)         [W/m2]
436      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_tpr    ! total precipitation          (T-point)      [Kg/m2/s]
437      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_spr    ! solid precipitation          (T-point)      [Kg/m2/s]
438      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_fr1    ! 1sr fraction of qsr penetration in ice (T-point)  [%]
439      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_fr2    ! 2nd fraction of qsr penetration in ice (T-point)  [%]
440      CHARACTER(len=1)          , INTENT(in   ) ::   cd_grid  ! ice grid ( C or B-grid)
441      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   pdim     ! number of ice categories
442      !!
443      INTEGER  ::   ji, jj, jl    ! dummy loop indices
444      INTEGER  ::   ijpl          ! number of ice categories (size of 3rd dim of input arrays)
445      REAL(wp) ::   zst2, zst3
446      REAL(wp) ::   zcoef_wnorm, zcoef_wnorm2, zcoef_dqlw, zcoef_dqla, zcoef_dqsb
447      REAL(wp) ::   zztmp                                        ! temporary variable
448      REAL(wp) ::   zwnorm_f, zwndi_f , zwndj_f                  ! relative wind module and components at F-point
449      REAL(wp) ::             zwndi_t , zwndj_t                  ! relative wind components at T-point
450      !!
451      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   z_wnds_t          ! wind speed ( = | U10m - U_ice | ) at T-point
452      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_qlw             ! long wave heat flux over ice
453      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_qsb             ! sensible  heat flux over ice
454      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_dqlw            ! long wave heat sensitivity over ice
455      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_dqsb            ! sensible  heat sensitivity over ice
456      !!---------------------------------------------------------------------
457      !
458      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_ice_core')
459      !
460      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, z_wnds_t )
461      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,pdim, z_qlw, z_qsb, z_dqlw, z_dqsb ) 
462
463      ijpl  = pdim                            ! number of ice categories
464
465      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
466      zcoef_wnorm  = rhoa * Cice
467      zcoef_wnorm2 = rhoa * Cice * 0.5
468      zcoef_dqlw   = 4.0 * 0.95 * Stef
469      zcoef_dqla   = -Ls * Cice * 11637800. * (-5897.8)
470      zcoef_dqsb   = rhoa * cpa * Cice
471
472!!gm brutal....
473      z_wnds_t(:,:) = 0.e0
474      p_taui  (:,:) = 0.e0
475      p_tauj  (:,:) = 0.e0
476!!gm end
477
478#if defined key_lim3
479      tatm_ice(:,:) = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)   ! LIM3: make Tair available in sea-ice. WARNING allocated after call to ice_init
480#endif
481      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
482      !    Wind components and module relative to the moving ocean ( U10m - U_ice )   !
483      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
484      SELECT CASE( cd_grid )
485      CASE( 'I' )                  ! B-grid ice dynamics :   I-point (i.e. F-point with sea-ice indexation)
486         !                           and scalar wind at T-point ( = | U10m - U_ice | ) (masked)
487         DO jj = 2, jpjm1
488            DO ji = 2, jpim1   ! B grid : NO vector opt
489               ! ... scalar wind at I-point (fld being at T-point)
490               zwndi_f = 0.25 * (  sf(jp_wndi)%fnow(ji-1,jj  ,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji  ,jj  ,1)   &
491                  &              + sf(jp_wndi)%fnow(ji-1,jj-1,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji  ,jj-1,1)  ) - rn_vfac * pui(ji,jj)
492               zwndj_f = 0.25 * (  sf(jp_wndj)%fnow(ji-1,jj  ,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji  ,jj  ,1)   &
493                  &              + sf(jp_wndj)%fnow(ji-1,jj-1,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji  ,jj-1,1)  ) - rn_vfac * pvi(ji,jj)
494               zwnorm_f = zcoef_wnorm * SQRT( zwndi_f * zwndi_f + zwndj_f * zwndj_f )
495               ! ... ice stress at I-point
496               p_taui(ji,jj) = zwnorm_f * zwndi_f
497               p_tauj(ji,jj) = zwnorm_f * zwndj_f
498               ! ... scalar wind at T-point (fld being at T-point)
499               zwndi_t = sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.25 * (  pui(ji,jj+1) + pui(ji+1,jj+1)   &
500                  &                                                    + pui(ji,jj  ) + pui(ji+1,jj  )  )
501               zwndj_t = sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.25 * (  pvi(ji,jj+1) + pvi(ji+1,jj+1)   &
502                  &                                                    + pvi(ji,jj  ) + pvi(ji+1,jj  )  )
503               z_wnds_t(ji,jj)  = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
504            END DO
505         END DO
506         CALL lbc_lnk( p_taui  , 'I', -1. )
507         CALL lbc_lnk( p_tauj  , 'I', -1. )
508         CALL lbc_lnk( z_wnds_t, 'T',  1. )
509         !
510      CASE( 'C' )                  ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
511         DO jj = 2, jpj
512            DO ji = fs_2, jpi   ! vect. opt.
513               zwndi_t = (  sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pui(ji-1,jj  ) + pui(ji,jj) )  )
514               zwndj_t = (  sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pvi(ji  ,jj-1) + pvi(ji,jj) )  )
515               z_wnds_t(ji,jj)  = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
516            END DO
517         END DO
518         DO jj = 2, jpjm1
519            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
520               p_taui(ji,jj) = zcoef_wnorm2 * ( z_wnds_t(ji+1,jj  ) + z_wnds_t(ji,jj) )                          &
521                  &          * ( 0.5 * (sf(jp_wndi)%fnow(ji+1,jj,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) ) - rn_vfac * pui(ji,jj) )
522               p_tauj(ji,jj) = zcoef_wnorm2 * ( z_wnds_t(ji,jj+1  ) + z_wnds_t(ji,jj) )                          &
523                  &          * ( 0.5 * (sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj+1,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) ) - rn_vfac * pvi(ji,jj) )
524            END DO
525         END DO
526         CALL lbc_lnk( p_taui  , 'U', -1. )
527         CALL lbc_lnk( p_tauj  , 'V', -1. )
528         CALL lbc_lnk( z_wnds_t, 'T',  1. )
529         !
530      END SELECT
531
532      zztmp = 1. / ( 1. - albo )
533      !                                     ! ========================== !
534      DO jl = 1, ijpl                       !  Loop over ice categories  !
535         !                                  ! ========================== !
536         DO jj = 1 , jpj
537            DO ji = 1, jpi
538               ! ----------------------------!
539               !      I   Radiative FLUXES   !
540               ! ----------------------------!
541               zst2 = pst(ji,jj,jl) * pst(ji,jj,jl)
542               zst3 = pst(ji,jj,jl) * zst2
543               ! Short Wave (sw)
544               p_qsr(ji,jj,jl) = zztmp * ( 1. - palb(ji,jj,jl) ) * qsr(ji,jj)
545               ! Long  Wave (lw)
546               z_qlw(ji,jj,jl) = 0.95 * ( sf(jp_qlw)%fnow(ji,jj,1) - Stef * pst(ji,jj,jl) * zst3 ) * tmask(ji,jj,1)
547               ! lw sensitivity
548               z_dqlw(ji,jj,jl) = zcoef_dqlw * zst3                                               
549
550               ! ----------------------------!
551               !     II    Turbulent FLUXES  !
552               ! ----------------------------!
553
554               ! ... turbulent heat fluxes
555               ! Sensible Heat
556               z_qsb(ji,jj,jl) = rhoa * cpa * Cice * z_wnds_t(ji,jj) * ( pst(ji,jj,jl) - sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) )
557               ! Latent Heat
558               p_qla(ji,jj,jl) = rn_efac * MAX( 0.e0, rhoa * Ls  * Cice * z_wnds_t(ji,jj)   &                           
559                  &                         * (  11637800. * EXP( -5897.8 / pst(ji,jj,jl) ) / rhoa - sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1)  ) )
560               ! Latent heat sensitivity for ice (Dqla/Dt)
561               IF( p_qla(ji,jj,jl) > 0._wp ) THEN
562                  p_dqla(ji,jj,jl) = rn_efac * zcoef_dqla * z_wnds_t(ji,jj) / ( zst2 ) * EXP( -5897.8 / pst(ji,jj,jl) )
563               ELSE
564                  p_dqla(ji,jj,jl) = 0._wp
565               ENDIF
566
567               ! Sensible heat sensitivity (Dqsb_ice/Dtn_ice)
568               z_dqsb(ji,jj,jl) = zcoef_dqsb * z_wnds_t(ji,jj)
569
570               ! ----------------------------!
571               !     III    Total FLUXES     !
572               ! ----------------------------!
573               ! Downward Non Solar flux
574               p_qns (ji,jj,jl) =     z_qlw (ji,jj,jl) - z_qsb (ji,jj,jl) - p_qla (ji,jj,jl)
575               ! Total non solar heat flux sensitivity for ice
576               p_dqns(ji,jj,jl) = - ( z_dqlw(ji,jj,jl) + z_dqsb(ji,jj,jl) + p_dqla(ji,jj,jl) )
577            END DO
578            !
579         END DO
580         !
581      END DO
582      !
583      !--------------------------------------------------------------------
584      ! FRACTIONs of net shortwave radiation which is not absorbed in the
585      ! thin surface layer and penetrates inside the ice cover
586      ! ( Maykut and Untersteiner, 1971 ; Ebert and Curry, 1993 )
587      !
588      p_fr1(:,:) = ( 0.18 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.35 * cldf_ice )
589      p_fr2(:,:) = ( 0.82 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.65 * cldf_ice )
590      !
591      p_tpr(:,:) = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac      ! total precipitation [kg/m2/s]
592      p_spr(:,:) = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac      ! solid precipitation [kg/m2/s]
593      CALL iom_put( 'snowpre', p_spr * 86400. )                  ! Snow precipitation
594      CALL iom_put( 'precip' , p_tpr * 86400. )                  ! Total precipitation
595      !
596      IF(ln_ctl) THEN
597         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_qla   , clinfo1=' blk_ice_core: p_qla  : ', tab3d_2=z_qsb   , clinfo2=' z_qsb  : ', kdim=ijpl)
598         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_qlw   , clinfo1=' blk_ice_core: z_qlw  : ', tab3d_2=p_dqla  , clinfo2=' p_dqla : ', kdim=ijpl)
599         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_dqsb  , clinfo1=' blk_ice_core: z_dqsb : ', tab3d_2=z_dqlw  , clinfo2=' z_dqlw : ', kdim=ijpl)
600         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_dqns  , clinfo1=' blk_ice_core: p_dqns : ', tab3d_2=p_qsr   , clinfo2=' p_qsr  : ', kdim=ijpl)
601         CALL prt_ctl(tab3d_1=pst     , clinfo1=' blk_ice_core: pst    : ', tab3d_2=p_qns   , clinfo2=' p_qns  : ', kdim=ijpl)
602         CALL prt_ctl(tab2d_1=p_tpr   , clinfo1=' blk_ice_core: p_tpr  : ', tab2d_2=p_spr   , clinfo2=' p_spr  : ')
603         CALL prt_ctl(tab2d_1=p_taui  , clinfo1=' blk_ice_core: p_taui : ', tab2d_2=p_tauj  , clinfo2=' p_tauj : ')
604         CALL prt_ctl(tab2d_1=z_wnds_t, clinfo1=' blk_ice_core: z_wnds_t : ')
605      ENDIF
606
607      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,   z_wnds_t )
608      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,   pdim, z_qlw, z_qsb, z_dqlw, z_dqsb )
609      !
610      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_ice_core')
611      !
612   END SUBROUTINE blk_ice_core
613
614
615   SUBROUTINE blk_bio_meanqsr
616      !!---------------------------------------------------------------------
617      !!                     ***  ROUTINE blk_bio_meanqsr
618      !!                     
619      !! ** Purpose :   provide daily qsr_mean for PISCES when
620      !!                analytic diurnal cycle is applied in physic
621      !!               
622      !! ** Method  :   add part where there is no ice
623      !!
624      !!---------------------------------------------------------------------
625      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_bio_meanqsr')
626      !
627      qsr_mean(:,:) = (1. - albo ) *  sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)
628      !
629      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_bio_meanqsr')
630      !
631   END SUBROUTINE blk_bio_meanqsr
632 
633 
634   SUBROUTINE blk_ice_meanqsr( palb, p_qsr_mean, pdim )
635      !!---------------------------------------------------------------------
636      !!
637      !! ** Purpose :   provide the daily qsr_mean over sea_ice for PISCES when
638      !!                analytic diurnal cycle is applied in physic
639      !!
640      !! ** Method  :   compute qsr
641      !!
642      !!---------------------------------------------------------------------
643      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   palb       ! ice albedo (clear sky) (alb_ice_cs)               [%]
644      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_qsr_mean !     solar heat flux over ice (T-point)         [W/m2]
645      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   pdim       ! number of ice categories
646      !
647      INTEGER  ::   ijpl          ! number of ice categories (size of 3rd dim of input arrays)
648      INTEGER  ::   ji, jj, jl    ! dummy loop indices
649      REAL(wp) ::   zztmp         ! temporary variable
650      !!---------------------------------------------------------------------
651      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_ice_meanqsr')
652      !
653      ijpl  = pdim                            ! number of ice categories
654      zztmp = 1. / ( 1. - albo )
655      !                                     ! ========================== !
656      DO jl = 1, ijpl                       !  Loop over ice categories  !
657         !                                  ! ========================== !
658         DO jj = 1 , jpj
659            DO ji = 1, jpi
660                  p_qsr_mean(ji,jj,jl) = zztmp * ( 1. - palb(ji,jj,jl) ) * qsr_mean(ji,jj)
661            END DO
662         END DO
663      END DO
664      !
665      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_ice_meanqsr')
666      !
667   END SUBROUTINE blk_ice_meanqsr 
668
669
670   SUBROUTINE turb_core_2z( zt, zu, sst, T_zt, q_sat, q_zt, dU,    &
671      &                      Cd, Ch, Ce , T_zu, q_zu )
672      !!----------------------------------------------------------------------
673      !!                      ***  ROUTINE  turb_core  ***
674      !!
675      !! ** Purpose :   Computes turbulent transfert coefficients of surface
676      !!                fluxes according to Large & Yeager (2004) and Large & Yeager (2008)
677      !!                If relevant (zt /= zu), adjust temperature and humidity from height zt to zu
678      !!
679      !! ** Method : Monin Obukhov Similarity Theory
680      !!             + Large & Yeager (2004,2008) closure: CD_n10 = f(U_n10)
681      !!
682      !! ** References :   Large & Yeager, 2004 / Large & Yeager, 2008
683      !!
684      !! ** Last update: Laurent Brodeau, June 2014:
685      !!    - handles both cases zt=zu and zt/=zu
686      !!    - optimized: less 2D arrays allocated and less operations
687      !!    - better first guess of stability by checking air-sea difference of virtual temperature
688      !!       rather than temperature difference only...
689      !!    - added function "cd_neutral_10m" that uses the improved parametrization of
690      !!      Large & Yeager 2008. Drag-coefficient reduction for Cyclone conditions!
691      !!    - using code-wide physical constants defined into "phycst.mod" rather than redifining them
692      !!      => 'vkarmn' and 'grav'
693      !!----------------------------------------------------------------------
694      REAL(wp), INTENT(in   )                     ::   zt       ! height for T_zt and q_zt                   [m]
695      REAL(wp), INTENT(in   )                     ::   zu       ! height for dU                              [m]
696      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   sst      ! sea surface temperature              [Kelvin]
697      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   T_zt     ! potential air temperature            [Kelvin]
698      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_sat    ! sea surface specific humidity         [kg/kg]
699      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_zt     ! specific air humidity                 [kg/kg]
700      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   dU       ! relative wind module at zu            [m/s]
701      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Cd       ! transfer coefficient for momentum         (tau)
702      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ch       ! transfer coefficient for sensible heat (Q_sens)
703      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ce       ! transfert coefficient for evaporation   (Q_lat)
704      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   T_zu     ! air temp. shifted at zu                     [K]
705      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_zu     ! spec. hum.  shifted at zu               [kg/kg]
706      !
707      INTEGER ::   j_itt
708      INTEGER , PARAMETER ::   nb_itt = 5       ! number of itterations
709      LOGICAL ::   l_zt_equal_zu = .FALSE.      ! if q and t are given at different height than U
710      !
711      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   U_zu          ! relative wind at zu                            [m/s]
712      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ce_n10        ! 10m neutral latent coefficient
713      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ch_n10        ! 10m neutral sensible coefficient
714      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   sqrt_Cd_n10   ! root square of Cd_n10
715      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   sqrt_Cd       ! root square of Cd
716      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zeta_u        ! stability parameter at height zu
717      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zeta_t        ! stability parameter at height zt
718      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zpsi_h_u, zpsi_m_u
719      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   ztmp0, ztmp1, ztmp2
720      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   stab          ! 1st stability test integer
721      !!----------------------------------------------------------------------
722
723      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('turb_core_2z')
724   
725      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, U_zu, Ce_n10, Ch_n10, sqrt_Cd_n10, sqrt_Cd )
726      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zeta_u, stab )
727      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zpsi_h_u, zpsi_m_u, ztmp0, ztmp1, ztmp2 )
728
729      l_zt_equal_zu = .FALSE.
730      IF( ABS(zu - zt) < 0.01 ) l_zt_equal_zu = .TRUE.    ! testing "zu == zt" is risky with double precision
731
732      IF( .NOT. l_zt_equal_zu )   CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zeta_t )
733
734      U_zu = MAX( 0.5 , dU )   !  relative wind speed at zu (normally 10m), we don't want to fall under 0.5 m/s
735
736      !! First guess of stability:
737      ztmp0 = T_zt*(1. + 0.608*q_zt) - sst*(1. + 0.608*q_sat) ! air-sea difference of virtual pot. temp. at zt
738      stab  = 0.5 + sign(0.5,ztmp0)                           ! stab = 1 if dTv > 0  => STABLE, 0 if unstable
739
740      !! Neutral coefficients at 10m:
741      IF( ln_cdgw ) THEN      ! wave drag case
742         cdn_wave(:,:) = cdn_wave(:,:) + rsmall * ( 1._wp - tmask(:,:,1) )
743         ztmp0   (:,:) = cdn_wave(:,:)
744      ELSE
745         ztmp0 = cd_neutral_10m( U_zu )
746      ENDIF
747      sqrt_Cd_n10 = SQRT( ztmp0 )
748      Ce_n10  = 1.e-3*( 34.6 * sqrt_Cd_n10 )
749      Ch_n10  = 1.e-3*sqrt_Cd_n10*(18.*stab + 32.7*(1. - stab))
750   
751      !! Initializing transf. coeff. with their first guess neutral equivalents :
752      Cd = ztmp0   ;   Ce = Ce_n10   ;   Ch = Ch_n10   ;   sqrt_Cd = sqrt_Cd_n10
753
754      !! Initializing values at z_u with z_t values:
755      T_zu = T_zt   ;   q_zu = q_zt
756
757      !!  * Now starting iteration loop
758      DO j_itt=1, nb_itt
759         !
760         ztmp1 = T_zu - sst   ! Updating air/sea differences
761         ztmp2 = q_zu - q_sat 
762
763         ! Updating turbulent scales :   (L&Y 2004 eq. (7))
764         ztmp1  = Ch/sqrt_Cd*ztmp1    ! theta*
765         ztmp2  = Ce/sqrt_Cd*ztmp2    ! q*
766       
767         ztmp0 = T_zu*(1. + 0.608*q_zu) ! virtual potential temperature at zu
768
769         ! Estimate the inverse of Monin-Obukov length (1/L) at height zu:
770         ztmp0 =  (vkarmn*grav/ztmp0*(ztmp1*(1.+0.608*q_zu) + 0.608*T_zu*ztmp2)) / (Cd*U_zu*U_zu) 
771         !                                                                     ( Cd*U_zu*U_zu is U*^2 at zu)
772
773         !! Stability parameters :
774         zeta_u   = zu*ztmp0   ;  zeta_u = sign( min(abs(zeta_u),10.0), zeta_u )
775         zpsi_h_u = psi_h( zeta_u )
776         zpsi_m_u = psi_m( zeta_u )
777       
778         !! Shifting temperature and humidity at zu (L&Y 2004 eq. (9b-9c))
779         IF ( .NOT. l_zt_equal_zu ) THEN
780            zeta_t = zt*ztmp0 ;  zeta_t = sign( min(abs(zeta_t),10.0), zeta_t )
781            stab = LOG(zu/zt) - zpsi_h_u + psi_h(zeta_t)  ! stab just used as temp array!!!
782            T_zu = T_zt + ztmp1/vkarmn*stab    ! ztmp1 is still theta*
783            q_zu = q_zt + ztmp2/vkarmn*stab    ! ztmp2 is still q*
784            q_zu = max(0., q_zu)
785         END IF
786       
787         IF( ln_cdgw ) THEN      ! surface wave case
788            sqrt_Cd = vkarmn / ( vkarmn / sqrt_Cd_n10 - zpsi_m_u ) 
789            Cd      = sqrt_Cd * sqrt_Cd
790         ELSE
791           ! Update neutral wind speed at 10m and neutral Cd at 10m (L&Y 2004 eq. 9a)...
792           !   In very rare low-wind conditions, the old way of estimating the
793           !   neutral wind speed at 10m leads to a negative value that causes the code
794           !   to crash. To prevent this a threshold of 0.25m/s is imposed.
795           ztmp0 = MAX( 0.25 , U_zu/(1. + sqrt_Cd_n10/vkarmn*(LOG(zu/10.) - zpsi_m_u)) ) !  U_n10
796           ztmp0 = cd_neutral_10m(ztmp0)                                                 ! Cd_n10
797           sqrt_Cd_n10 = sqrt(ztmp0)
798       
799           Ce_n10  = 1.e-3 * (34.6 * sqrt_Cd_n10)                     ! L&Y 2004 eq. (6b)
800           stab    = 0.5 + sign(0.5,zeta_u)                           ! update stability
801           Ch_n10  = 1.e-3*sqrt_Cd_n10*(18.*stab + 32.7*(1. - stab))  ! L&Y 2004 eq. (6c-6d)
802
803           !! Update of transfer coefficients:
804           ztmp1 = 1. + sqrt_Cd_n10/vkarmn*(LOG(zu/10.) - zpsi_m_u)   ! L&Y 2004 eq. (10a)
805           Cd      = ztmp0 / ( ztmp1*ztmp1 )   
806           sqrt_Cd = SQRT( Cd )
807         ENDIF
808         !
809         ztmp0 = (LOG(zu/10.) - zpsi_h_u) / vkarmn / sqrt_Cd_n10
810         ztmp2 = sqrt_Cd / sqrt_Cd_n10
811         ztmp1 = 1. + Ch_n10*ztmp0               
812         Ch  = Ch_n10*ztmp2 / ztmp1  ! L&Y 2004 eq. (10b)
813         !
814         ztmp1 = 1. + Ce_n10*ztmp0               
815         Ce  = Ce_n10*ztmp2 / ztmp1  ! L&Y 2004 eq. (10c)
816         !
817      END DO
818
819      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, U_zu, Ce_n10, Ch_n10, sqrt_Cd_n10, sqrt_Cd )
820      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zeta_u, stab )
821      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zpsi_h_u, zpsi_m_u, ztmp0, ztmp1, ztmp2 )
822
823      IF( .NOT. l_zt_equal_zu ) CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zeta_t )
824
825      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('turb_core_2z')
826      !
827   END SUBROUTINE turb_core_2z
828
829
830   FUNCTION cd_neutral_10m( zw10 )
831      !!----------------------------------------------------------------------
832      !! Estimate of the neutral drag coefficient at 10m as a function
833      !! of neutral wind  speed at 10m
834      !!
835      !! Origin: Large & Yeager 2008 eq.(11a) and eq.(11b)
836      !!
837      !! Author: L. Brodeau, june 2014
838      !!----------------------------------------------------------------------   
839      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   zw10           ! scalar wind speed at 10m (m/s)
840      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             ::   cd_neutral_10m
841      !
842      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   rgt33
843      !!----------------------------------------------------------------------   
844      !
845      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, rgt33 )
846      !
847      !! When wind speed > 33 m/s => Cyclone conditions => special treatment
848      rgt33 = 0.5_wp + SIGN( 0.5_wp, (zw10 - 33._wp) )   ! If zw10 < 33. => 0, else => 1 
849      cd_neutral_10m = 1.e-3 * ( &
850         &       (1._wp - rgt33)*( 2.7_wp/zw10 + 0.142_wp + zw10/13.09_wp - 3.14807E-10*zw10**6) & ! zw10< 33.
851         &      + rgt33         *      2.34   )                                                    ! zw10 >= 33.
852      !
853      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, rgt33)
854      !
855   END FUNCTION cd_neutral_10m
856
857
858   FUNCTION psi_m(pta)   !! Psis, L&Y 2004 eq. (8c), (8d), (8e)
859      !-------------------------------------------------------------------------------
860      ! universal profile stability function for momentum
861      !-------------------------------------------------------------------------------
862      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) :: pta
863      !
864      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             :: psi_m
865      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER        :: X2, X, stabit
866      !-------------------------------------------------------------------------------
867      !
868      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
869      !
870      X2 = SQRT( ABS( 1. - 16.*pta ) )  ;  X2 = MAX( X2 , 1. )   ;   X = SQRT( X2 )
871      stabit = 0.5 + SIGN( 0.5 , pta )
872      psi_m = -5.*pta*stabit  &                                                          ! Stable
873         &    + (1. - stabit)*(2.*LOG((1. + X)*0.5) + LOG((1. + X2)*0.5) - 2.*ATAN(X) + rpi*0.5)  ! Unstable
874      !
875      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
876      !
877   END FUNCTION psi_m
878
879
880   FUNCTION psi_h( pta )    !! Psis, L&Y 2004 eq. (8c), (8d), (8e)
881      !-------------------------------------------------------------------------------
882      ! universal profile stability function for temperature and humidity
883      !-------------------------------------------------------------------------------
884      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   pta
885      !
886      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             ::   psi_h
887      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER        ::   X2, X, stabit
888      !-------------------------------------------------------------------------------
889      !
890      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
891      !
892      X2 = SQRT( ABS( 1. - 16.*pta ) )   ;   X2 = MAX( X2 , 1. )   ;   X = SQRT( X2 )
893      stabit = 0.5 + SIGN( 0.5 , pta )
894      psi_h = -5.*pta*stabit   &                                       ! Stable
895         &    + (1. - stabit)*(2.*LOG( (1. + X2)*0.5 ))                ! Unstable
896      !
897      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
898      !
899   END FUNCTION psi_h
900
901   !!======================================================================
902END MODULE sbcblk_core
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.