source: trunk/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/sbcblk_core.F90 @ 5385

Last change on this file since 5385 was 5385, checked in by cetlod, 6 years ago

merge 2015/dev_r5204_CNRS_PISCES_dcy branch into the trunk, see ticket #1532

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 48.4 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   !!   turb_core_2z    : Computes turbulent transfert coefficients
25   !!   cd_neutral_10m  : Estimate of the neutral drag coefficient at 10m
26   !!   psi_m           : universal profile stability function for momentum
27   !!   psi_h           : universal profile stability function for temperature and humidity
28   !!----------------------------------------------------------------------
29   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
30   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
31   USE phycst          ! physical constants
32   USE fldread         ! read input fields
33   USE sbc_oce         ! Surface boundary condition: ocean fields
34   USE cyclone         ! Cyclone 10m wind form trac of cyclone centres
35   USE sbcdcy          ! surface boundary condition: diurnal cycle
36   USE iom             ! I/O manager library
37   USE in_out_manager  ! I/O manager
38   USE lib_mpp         ! distribued memory computing library
39   USE wrk_nemo        ! work arrays
40   USE timing          ! Timing
41   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
42   USE prtctl          ! Print control
43   USE sbcwave, ONLY   :  cdn_wave ! wave module
44   USE sbc_ice         ! Surface boundary condition: ice fields
45   USE lib_fortran     ! to use key_nosignedzero
46
47   IMPLICIT NONE
48   PRIVATE
49
50   PUBLIC   sbc_blk_core         ! routine called in sbcmod module
51   PUBLIC   blk_ice_core         ! routine called in sbc_ice_lim module
52   PUBLIC   turb_core_2z         ! routine calles in sbcblk_mfs module
53
54   INTEGER , PARAMETER ::   jpfld   = 9           ! maximum number of files to read
55   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndi = 1           ! index of 10m wind velocity (i-component) (m/s)    at T-point
56   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wndj = 2           ! index of 10m wind velocity (j-component) (m/s)    at T-point
57   INTEGER , PARAMETER ::   jp_humi = 3           ! index of specific humidity               ( % )
58   INTEGER , PARAMETER ::   jp_qsr  = 4           ! index of solar heat                      (W/m2)
59   INTEGER , PARAMETER ::   jp_qlw  = 5           ! index of Long wave                       (W/m2)
60   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tair = 6           ! index of 10m air temperature             (Kelvin)
61   INTEGER , PARAMETER ::   jp_prec = 7           ! index of total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
62   INTEGER , PARAMETER ::   jp_snow = 8           ! index of snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
63   INTEGER , PARAMETER ::   jp_tdif = 9           ! index of tau diff associated to HF tau   (N/m2)   at T-point
64
65   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   sf   ! structure of input fields (file informations, fields read)
66
67   !                                             !!! CORE bulk parameters
68   REAL(wp), PARAMETER ::   rhoa =    1.22        ! air density
69   REAL(wp), PARAMETER ::   cpa  = 1000.5         ! specific heat of air
70   REAL(wp), PARAMETER ::   Lv   =    2.5e6       ! latent heat of vaporization
71   REAL(wp), PARAMETER ::   Ls   =    2.839e6     ! latent heat of sublimation
72   REAL(wp), PARAMETER ::   Stef =    5.67e-8     ! Stefan Boltzmann constant
73   REAL(wp), PARAMETER ::   Cice =    1.4e-3      ! iovi 1.63e-3     ! transfer coefficient over ice
74   REAL(wp), PARAMETER ::   albo =    0.066       ! ocean albedo assumed to be constant
75
76   !                                  !!* Namelist namsbc_core : CORE bulk parameters
77   LOGICAL  ::   ln_taudif   ! logical flag to use the "mean of stress module - module of mean stress" data
78   REAL(wp) ::   rn_pfac     ! multiplication factor for precipitation
79   REAL(wp) ::   rn_efac     ! multiplication factor for evaporation (clem)
80   REAL(wp) ::   rn_vfac     ! multiplication factor for ice/ocean velocity in the calculation of wind stress (clem)
81   REAL(wp) ::   rn_zqt      ! z(q,t) : height of humidity and temperature measurements
82   REAL(wp) ::   rn_zu       ! z(u)   : height of wind measurements
83
84   !! * Substitutions
85#  include "domzgr_substitute.h90"
86#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
87   !!----------------------------------------------------------------------
88   !! NEMO/OPA 3.7 , NEMO-consortium (2014)
89   !! $Id$
90   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
91   !!----------------------------------------------------------------------
92CONTAINS
93
94   SUBROUTINE sbc_blk_core( kt )
95      !!---------------------------------------------------------------------
96      !!                    ***  ROUTINE sbc_blk_core  ***
97      !!
98      !! ** Purpose :   provide at each time step the surface ocean fluxes
99      !!      (momentum, heat, freshwater and runoff)
100      !!
101      !! ** Method  : (1) READ each fluxes in NetCDF files:
102      !!      the 10m wind velocity (i-component) (m/s)    at T-point
103      !!      the 10m wind velocity (j-component) (m/s)    at T-point
104      !!      the 10m or 2m specific humidity     ( % )
105      !!      the solar heat                      (W/m2)
106      !!      the Long wave                       (W/m2)
107      !!      the 10m or 2m air temperature       (Kelvin)
108      !!      the total precipitation (rain+snow) (Kg/m2/s)
109      !!      the snow (solid prcipitation)       (kg/m2/s)
110      !!      the tau diff associated to HF tau   (N/m2)   at T-point   (ln_taudif=T)
111      !!              (2) CALL blk_oce_core
112      !!
113      !!      C A U T I O N : never mask the surface stress fields
114      !!                      the stress is assumed to be in the (i,j) mesh referential
115      !!
116      !! ** Action  :   defined at each time-step at the air-sea interface
117      !!              - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
118      !!              - taum        wind stress module at T-point
119      !!              - wndm        wind speed  module at T-point over free ocean or leads in presence of sea-ice
120      !!              - qns, qsr    non-solar and solar heat fluxes
121      !!              - emp         upward mass flux (evapo. - precip.)
122      !!              - sfx         salt flux due to freezing/melting (non-zero only if ice is present)
123      !!                            (set in limsbc(_2).F90)
124      !!
125      !! ** References :   Large & Yeager, 2004 / Large & Yeager, 2008
126      !!                   Brodeau et al. Ocean Modelling 2010
127      !!----------------------------------------------------------------------
128      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
129      !
130      INTEGER  ::   ierror   ! return error code
131      INTEGER  ::   ifpr     ! dummy loop indice
132      INTEGER  ::   jfld     ! dummy loop arguments
133      INTEGER  ::   ios      ! Local integer output status for namelist read
134      !
135      CHARACTER(len=100) ::  cn_dir   !   Root directory for location of core files
136      TYPE(FLD_N), DIMENSION(jpfld) ::   slf_i     ! array of namelist informations on the fields to read
137      TYPE(FLD_N) ::   sn_wndi, sn_wndj, sn_humi, sn_qsr       ! informations about the fields to be read
138      TYPE(FLD_N) ::   sn_qlw , sn_tair, sn_prec, sn_snow      !   "                                 "
139      TYPE(FLD_N) ::   sn_tdif                                 !   "                                 "
140      NAMELIST/namsbc_core/ cn_dir , ln_taudif, rn_pfac, rn_efac, rn_vfac,  &
141         &                  sn_wndi, sn_wndj, sn_humi  , sn_qsr ,           &
142         &                  sn_qlw , sn_tair, sn_prec  , sn_snow,           &
143         &                  sn_tdif, rn_zqt,  rn_zu
144      !!---------------------------------------------------------------------
145      !
146      !                                         ! ====================== !
147      IF( kt == nit000 ) THEN                   !  First call kt=nit000  !
148         !                                      ! ====================== !
149         !
150         REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namsbc_core in reference namelist : CORE bulk parameters
151         READ  ( numnam_ref, namsbc_core, IOSTAT = ios, ERR = 901)
152901      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_core in reference namelist', lwp )
153         !
154         REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namsbc_core in configuration namelist : CORE bulk parameters
155         READ  ( numnam_cfg, namsbc_core, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
156902      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_core in configuration namelist', lwp )
157
158         IF(lwm) WRITE( numond, namsbc_core )
159         !                                         ! check: do we plan to use ln_dm2dc with non-daily forcing?
160         IF( ln_dm2dc .AND. sn_qsr%nfreqh /= 24 )   &
161            &   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_core: ln_dm2dc can be activated only with daily short-wave forcing' )
162         IF( ln_dm2dc .AND. sn_qsr%ln_tint ) THEN
163            CALL ctl_warn( 'sbc_blk_core: ln_dm2dc is taking care of the temporal interpolation of daily qsr',   &
164               &         '              ==> We force time interpolation = .false. for qsr' )
165            sn_qsr%ln_tint = .false.
166         ENDIF
167         !                                         ! store namelist information in an array
168         slf_i(jp_wndi) = sn_wndi   ;   slf_i(jp_wndj) = sn_wndj
169         slf_i(jp_qsr ) = sn_qsr    ;   slf_i(jp_qlw ) = sn_qlw
170         slf_i(jp_tair) = sn_tair   ;   slf_i(jp_humi) = sn_humi
171         slf_i(jp_prec) = sn_prec   ;   slf_i(jp_snow) = sn_snow
172         slf_i(jp_tdif) = sn_tdif
173         !
174         lhftau = ln_taudif                        ! do we use HF tau information?
175         jfld = jpfld - COUNT( (/.NOT. lhftau/) )
176         !
177         ALLOCATE( sf(jfld), STAT=ierror )         ! set sf structure
178         IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_blk_core: unable to allocate sf structure' )
179         DO ifpr= 1, jfld
180            ALLOCATE( sf(ifpr)%fnow(jpi,jpj,1) )
181            IF( slf_i(ifpr)%ln_tint )   ALLOCATE( sf(ifpr)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
182         END DO
183         !                                         ! fill sf with slf_i and control print
184         CALL fld_fill( sf, slf_i, cn_dir, 'sbc_blk_core', 'flux formulation for ocean surface boundary condition', 'namsbc_core' )
185         !
186         sfx(:,:) = 0._wp                          ! salt flux; zero unless ice is present (computed in limsbc(_2).F90)
187         !
188      ENDIF
189
190      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )             ! input fields provided at the current time-step
191
192      !                                            ! compute the surface ocean fluxes using CORE bulk formulea
193      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   CALL blk_oce_core( kt, sf, sst_m, ssu_m, ssv_m )
194
195#if defined key_cice
196      IF( MOD( kt - 1, nn_fsbc ) == 0 )   THEN
197         qlw_ice(:,:,1)   = sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1) 
198         qsr_ice(:,:,1)   = sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)
199         tatm_ice(:,:)    = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)         
200         qatm_ice(:,:)    = sf(jp_humi)%fnow(:,:,1)
201         tprecip(:,:)     = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
202         sprecip(:,:)     = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac
203         wndi_ice(:,:)    = sf(jp_wndi)%fnow(:,:,1)
204         wndj_ice(:,:)    = sf(jp_wndj)%fnow(:,:,1)
205      ENDIF
206#endif
207      !
208   END SUBROUTINE sbc_blk_core
209   
210   
211   SUBROUTINE blk_oce_core( kt, sf, pst, pu, pv )
212      !!---------------------------------------------------------------------
213      !!                     ***  ROUTINE blk_core  ***
214      !!
215      !! ** Purpose :   provide the momentum, heat and freshwater fluxes at
216      !!      the ocean surface at each time step
217      !!
218      !! ** Method  :   CORE bulk formulea for the ocean using atmospheric
219      !!      fields read in sbc_read
220      !!
221      !! ** Outputs : - utau    : i-component of the stress at U-point  (N/m2)
222      !!              - vtau    : j-component of the stress at V-point  (N/m2)
223      !!              - taum    : Wind stress module at T-point         (N/m2)
224      !!              - wndm    : Wind speed module at T-point          (m/s)
225      !!              - qsr     : Solar heat flux over the ocean        (W/m2)
226      !!              - qns     : Non Solar heat flux over the ocean    (W/m2)
227      !!              - emp     : evaporation minus precipitation       (kg/m2/s)
228      !!
229      !!  ** Nota  :   sf has to be a dummy argument for AGRIF on NEC
230      !!---------------------------------------------------------------------
231      INTEGER  , INTENT(in   )                 ::   kt    ! time step index
232      TYPE(fld), INTENT(inout), DIMENSION(:)   ::   sf    ! input data
233      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pst   ! surface temperature                      [Celcius]
234      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pu    ! surface current at U-point (i-component) [m/s]
235      REAL(wp) , INTENT(in)   , DIMENSION(:,:) ::   pv    ! surface current at V-point (j-component) [m/s]
236      !
237      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
238      REAL(wp) ::   zcoef_qsatw, zztmp   ! local variable
239      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zwnd_i, zwnd_j    ! wind speed components at T-point
240      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zqsatw            ! specific humidity at pst
241      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zqlw, zqsb        ! long wave and sensible heat fluxes
242      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zqla, zevap       ! latent heat fluxes and evaporation
243      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Cd                ! transfer coefficient for momentum      (tau)
244      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ch                ! transfer coefficient for sensible heat (Q_sens)
245      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ce                ! tansfert coefficient for evaporation   (Q_lat)
246      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zst               ! surface temperature in Kelvin
247      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zt_zu             ! air temperature at wind speed height
248      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zq_zu             ! air spec. hum.  at wind speed height
249      !!---------------------------------------------------------------------
250      !
251      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_oce_core')
252      !
253      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zwnd_i, zwnd_j, zqsatw, zqlw, zqsb, zqla, zevap )
254      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, Cd, Ch, Ce, zst, zt_zu, zq_zu )
255      !
256      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
257      zcoef_qsatw = 0.98 * 640380. / rhoa
258     
259      zst(:,:) = pst(:,:) + rt0      ! convert SST from Celcius to Kelvin (and set minimum value far above 0 K)
260
261      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
262      !      0   Wind components and module at T-point relative to the moving ocean   !
263      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
264
265      ! ... components ( U10m - U_oce ) at T-point (unmasked)
266      zwnd_i(:,:) = 0.e0 
267      zwnd_j(:,:) = 0.e0
268#if defined key_cyclone
269      CALL wnd_cyc( kt, zwnd_i, zwnd_j )    ! add analytical tropical cyclone (Vincent et al. JGR 2012)
270      DO jj = 2, jpjm1
271         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
272            sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) = sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) + zwnd_i(ji,jj)
273            sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) = sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) + zwnd_j(ji,jj)
274         END DO
275      END DO
276#endif
277      DO jj = 2, jpjm1
278         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
279            zwnd_i(ji,jj) = (  sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pu(ji-1,jj  ) + pu(ji,jj) )  )
280            zwnd_j(ji,jj) = (  sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pv(ji  ,jj-1) + pv(ji,jj) )  )
281         END DO
282      END DO
283      CALL lbc_lnk( zwnd_i(:,:) , 'T', -1. )
284      CALL lbc_lnk( zwnd_j(:,:) , 'T', -1. )
285      ! ... scalar wind ( = | U10m - U_oce | ) at T-point (masked)
286      wndm(:,:) = SQRT(  zwnd_i(:,:) * zwnd_i(:,:)   &
287         &             + zwnd_j(:,:) * zwnd_j(:,:)  ) * tmask(:,:,1)
288
289      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
290      !      I   Radiative FLUXES                                                     !
291      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
292
293      ! ocean albedo assumed to be constant + modify now Qsr to include the diurnal cycle                    ! Short Wave
294      zztmp = 1. - albo
295      IF( ln_dm2dc ) THEN   ;   qsr(:,:) = zztmp * sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) ) * tmask(:,:,1)
296      ELSE                  ;   qsr(:,:) = zztmp *          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)   * tmask(:,:,1)
297      ENDIF
298
299      zqlw(:,:) = (  sf(jp_qlw)%fnow(:,:,1) - Stef * zst(:,:)*zst(:,:)*zst(:,:)*zst(:,:)  ) * tmask(:,:,1)   ! Long  Wave
300      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
301      !     II    Turbulent FLUXES                                                    !
302      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
303
304      ! ... specific humidity at SST and IST
305      zqsatw(:,:) = zcoef_qsatw * EXP( -5107.4 / zst(:,:) )
306
307      ! ... NCAR Bulk formulae, computation of Cd, Ch, Ce at T-point :
308      CALL turb_core_2z( rn_zqt, rn_zu, zst, sf(jp_tair)%fnow, zqsatw, sf(jp_humi)%fnow, wndm,   &
309         &               Cd, Ch, Ce, zt_zu, zq_zu )
310   
311      ! ... tau module, i and j component
312      DO jj = 1, jpj
313         DO ji = 1, jpi
314            zztmp = rhoa * wndm(ji,jj) * Cd(ji,jj)
315            taum  (ji,jj) = zztmp * wndm  (ji,jj)
316            zwnd_i(ji,jj) = zztmp * zwnd_i(ji,jj)
317            zwnd_j(ji,jj) = zztmp * zwnd_j(ji,jj)
318         END DO
319      END DO
320
321      ! ... add the HF tau contribution to the wind stress module?
322      IF( lhftau ) THEN
323         taum(:,:) = taum(:,:) + sf(jp_tdif)%fnow(:,:,1)
324      ENDIF
325      CALL iom_put( "taum_oce", taum )   ! output wind stress module
326
327      ! ... utau, vtau at U- and V_points, resp.
328      !     Note the use of 0.5*(2-umask) in order to unmask the stress along coastlines
329      !     Note the use of MAX(tmask(i,j),tmask(i+1,j) is to mask tau over ice shelves
330      DO jj = 1, jpjm1
331         DO ji = 1, fs_jpim1
332            utau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_i(ji,jj) + zwnd_i(ji+1,jj  ) ) &
333               &          * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji+1,jj,1))
334            vtau(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * ( zwnd_j(ji,jj) + zwnd_j(ji  ,jj+1) ) &
335               &          * MAX(tmask(ji,jj,1),tmask(ji,jj+1,1))
336         END DO
337      END DO
338      CALL lbc_lnk( utau(:,:), 'U', -1. )
339      CALL lbc_lnk( vtau(:,:), 'V', -1. )
340
341   
342      !  Turbulent fluxes over ocean
343      ! -----------------------------
344      IF( ABS( rn_zu - rn_zqt) < 0.01_wp ) THEN
345         !! q_air and t_air are (or "are almost") given at 10m (wind reference height)
346         zevap(:,:) = rn_efac*MAX( 0._wp,     rhoa*Ce(:,:)*( zqsatw(:,:) - sf(jp_humi)%fnow(:,:,1) )*wndm(:,:) ) ! Evaporation
347         zqsb (:,:) =                     cpa*rhoa*Ch(:,:)*( zst   (:,:) - sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) )*wndm(:,:)   ! Sensible Heat
348      ELSE
349         !! q_air and t_air are not given at 10m (wind reference height)
350         ! Values of temp. and hum. adjusted to height of wind during bulk algorithm iteration must be used!!!
351         zevap(:,:) = rn_efac*MAX( 0._wp,     rhoa*Ce(:,:)*( zqsatw(:,:) - zq_zu(:,:) )*wndm(:,:) )   ! Evaporation
352         zqsb (:,:) =                     cpa*rhoa*Ch(:,:)*( zst   (:,:) - zt_zu(:,:) )*wndm(:,:)     ! Sensible Heat
353      ENDIF
354      zqla (:,:) = Lv * zevap(:,:)                                                              ! Latent Heat
355
356      IF(ln_ctl) THEN
357         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqla  , clinfo1=' blk_oce_core: zqla   : ', tab2d_2=Ce , clinfo2=' Ce  : ' )
358         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqsb  , clinfo1=' blk_oce_core: zqsb   : ', tab2d_2=Ch , clinfo2=' Ch  : ' )
359         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqlw  , clinfo1=' blk_oce_core: zqlw   : ', tab2d_2=qsr, clinfo2=' qsr : ' )
360         CALL prt_ctl( tab2d_1=zqsatw, clinfo1=' blk_oce_core: zqsatw : ', tab2d_2=zst, clinfo2=' zst : ' )
361         CALL prt_ctl( tab2d_1=utau  , clinfo1=' blk_oce_core: utau   : ', mask1=umask,   &
362            &          tab2d_2=vtau  , clinfo2=              ' vtau : '  , mask2=vmask )
363         CALL prt_ctl( tab2d_1=wndm  , clinfo1=' blk_oce_core: wndm   : ')
364         CALL prt_ctl( tab2d_1=zst   , clinfo1=' blk_oce_core: zst    : ')
365      ENDIF
366       
367      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
368      !     III    Total FLUXES                                                       !
369      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
370      !
371      emp (:,:) = (  zevap(:,:)                                          &   ! mass flux (evap. - precip.)
372         &         - sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac  ) * tmask(:,:,1)
373      qns(:,:) = zqlw(:,:) - zqsb(:,:) - zqla(:,:)                                &   ! Downward Non Solar flux
374         &     - sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac * lfus                         &   ! remove latent melting heat for solid precip
375         &     - zevap(:,:) * pst(:,:) * rcp                                      &   ! remove evap heat content at SST
376         &     + ( sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) - sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) ) * rn_pfac  &   ! add liquid precip heat content at Tair
377         &     * ( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1) - rt0 ) * rcp                          &
378         &     + sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac                                &   ! add solid  precip heat content at min(Tair,Tsnow)
379         &     * ( MIN( sf(jp_tair)%fnow(:,:,1), rt0_snow ) - rt0 ) * cpic * tmask(:,:,1)
380      !
381      CALL iom_put( "qlw_oce",   zqlw )                 ! output downward longwave heat over the ocean
382      CALL iom_put( "qsb_oce", - zqsb )                 ! output downward sensible heat over the ocean
383      CALL iom_put( "qla_oce", - zqla )                 ! output downward latent   heat over the ocean
384      CALL iom_put( "qhc_oce",   qns-zqlw+zqsb+zqla )   ! output downward heat content of E-P over the ocean
385      CALL iom_put( "qns_oce",   qns  )                 ! output downward non solar heat over the ocean
386      !
387      IF(ln_ctl) THEN
388         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqsb , clinfo1=' blk_oce_core: zqsb   : ', tab2d_2=zqlw , clinfo2=' zqlw  : ')
389         CALL prt_ctl(tab2d_1=zqla , clinfo1=' blk_oce_core: zqla   : ', tab2d_2=qsr  , clinfo2=' qsr   : ')
390         CALL prt_ctl(tab2d_1=pst  , clinfo1=' blk_oce_core: pst    : ', tab2d_2=emp  , clinfo2=' emp   : ')
391         CALL prt_ctl(tab2d_1=utau , clinfo1=' blk_oce_core: utau   : ', mask1=umask,   &
392            &         tab2d_2=vtau , clinfo2=              ' vtau  : ' , mask2=vmask )
393      ENDIF
394      !
395      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zwnd_i, zwnd_j, zqsatw, zqlw, zqsb, zqla, zevap )
396      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, Cd, Ch, Ce, zst, zt_zu, zq_zu )
397      !
398      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_oce_core')
399      !
400   END SUBROUTINE blk_oce_core
401 
402   
403   SUBROUTINE blk_ice_core(  pst   , pui   , pvi   , palb ,   &
404      &                      p_taui, p_tauj, p_qns , p_qsr,   &
405      &                      p_qla , p_dqns, p_dqla,          &
406      &                      p_tpr , p_spr ,                  &
407      &                      p_fr1 , p_fr2 , cd_grid, pdim  ) 
408      !!---------------------------------------------------------------------
409      !!                     ***  ROUTINE blk_ice_core  ***
410      !!
411      !! ** Purpose :   provide the surface boundary condition over sea-ice
412      !!
413      !! ** Method  :   compute momentum, heat and freshwater exchanged
414      !!                between atmosphere and sea-ice using CORE bulk
415      !!                formulea, ice variables and read atmmospheric fields.
416      !!                NB: ice drag coefficient is assumed to be a constant
417      !!
418      !! caution : the net upward water flux has with mm/day unit
419      !!---------------------------------------------------------------------
420      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   pst      ! ice surface temperature (>0, =rt0 over land) [Kelvin]
421      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   pui      ! ice surface velocity (i- and i- components      [m/s]
422      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   pvi      !    at I-point (B-grid) or U & V-point (C-grid)
423      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   palb     ! ice albedo (all skies)                            [%]
424      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_taui   ! i- & j-components of surface ice stress        [N/m2]
425      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_tauj   !   at I-point (B-grid) or U & V-point (C-grid)
426      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_qns    ! non solar heat flux over ice (T-point)         [W/m2]
427      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_qsr    !     solar heat flux over ice (T-point)         [W/m2]
428      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_qla    ! latent    heat flux over ice (T-point)         [W/m2]
429      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_dqns   ! non solar heat sensistivity  (T-point)         [W/m2]
430      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_dqla   ! latent    heat sensistivity  (T-point)         [W/m2]
431      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_tpr    ! total precipitation          (T-point)      [Kg/m2/s]
432      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_spr    ! solid precipitation          (T-point)      [Kg/m2/s]
433      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_fr1    ! 1sr fraction of qsr penetration in ice (T-point)  [%]
434      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   p_fr2    ! 2nd fraction of qsr penetration in ice (T-point)  [%]
435      CHARACTER(len=1)          , INTENT(in   ) ::   cd_grid  ! ice grid ( C or B-grid)
436      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   pdim     ! number of ice categories
437      !!
438      INTEGER  ::   ji, jj, jl    ! dummy loop indices
439      INTEGER  ::   ijpl          ! number of ice categories (size of 3rd dim of input arrays)
440      REAL(wp) ::   zst2, zst3
441      REAL(wp) ::   zcoef_wnorm, zcoef_wnorm2, zcoef_dqlw, zcoef_dqla, zcoef_dqsb
442      REAL(wp) ::   zztmp                                        ! temporary variable
443      REAL(wp) ::   zwnorm_f, zwndi_f , zwndj_f                  ! relative wind module and components at F-point
444      REAL(wp) ::             zwndi_t , zwndj_t                  ! relative wind components at T-point
445      !!
446      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   z_wnds_t          ! wind speed ( = | U10m - U_ice | ) at T-point
447      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_qlw             ! long wave heat flux over ice
448      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_qsb             ! sensible  heat flux over ice
449      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_dqlw            ! long wave heat sensitivity over ice
450      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   z_dqsb            ! sensible  heat sensitivity over ice
451      !!---------------------------------------------------------------------
452      !
453      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('blk_ice_core')
454      !
455      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, z_wnds_t )
456      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,pdim, z_qlw, z_qsb, z_dqlw, z_dqsb ) 
457
458      ijpl  = pdim                            ! number of ice categories
459
460      ! local scalars ( place there for vector optimisation purposes)
461      zcoef_wnorm  = rhoa * Cice
462      zcoef_wnorm2 = rhoa * Cice * 0.5
463      zcoef_dqlw   = 4.0 * 0.95 * Stef
464      zcoef_dqla   = -Ls * Cice * 11637800. * (-5897.8)
465      zcoef_dqsb   = rhoa * cpa * Cice
466
467!!gm brutal....
468      z_wnds_t(:,:) = 0.e0
469      p_taui  (:,:) = 0.e0
470      p_tauj  (:,:) = 0.e0
471!!gm end
472
473#if defined key_lim3
474      tatm_ice(:,:) = sf(jp_tair)%fnow(:,:,1)   ! LIM3: make Tair available in sea-ice. WARNING allocated after call to ice_init
475#endif
476      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
477      !    Wind components and module relative to the moving ocean ( U10m - U_ice )   !
478      ! ----------------------------------------------------------------------------- !
479      SELECT CASE( cd_grid )
480      CASE( 'I' )                  ! B-grid ice dynamics :   I-point (i.e. F-point with sea-ice indexation)
481         !                           and scalar wind at T-point ( = | U10m - U_ice | ) (masked)
482         DO jj = 2, jpjm1
483            DO ji = 2, jpim1   ! B grid : NO vector opt
484               ! ... scalar wind at I-point (fld being at T-point)
485               zwndi_f = 0.25 * (  sf(jp_wndi)%fnow(ji-1,jj  ,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji  ,jj  ,1)   &
486                  &              + sf(jp_wndi)%fnow(ji-1,jj-1,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji  ,jj-1,1)  ) - rn_vfac * pui(ji,jj)
487               zwndj_f = 0.25 * (  sf(jp_wndj)%fnow(ji-1,jj  ,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji  ,jj  ,1)   &
488                  &              + sf(jp_wndj)%fnow(ji-1,jj-1,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji  ,jj-1,1)  ) - rn_vfac * pvi(ji,jj)
489               zwnorm_f = zcoef_wnorm * SQRT( zwndi_f * zwndi_f + zwndj_f * zwndj_f )
490               ! ... ice stress at I-point
491               p_taui(ji,jj) = zwnorm_f * zwndi_f
492               p_tauj(ji,jj) = zwnorm_f * zwndj_f
493               ! ... scalar wind at T-point (fld being at T-point)
494               zwndi_t = sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.25 * (  pui(ji,jj+1) + pui(ji+1,jj+1)   &
495                  &                                                    + pui(ji,jj  ) + pui(ji+1,jj  )  )
496               zwndj_t = sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.25 * (  pvi(ji,jj+1) + pvi(ji+1,jj+1)   &
497                  &                                                    + pvi(ji,jj  ) + pvi(ji+1,jj  )  )
498               z_wnds_t(ji,jj)  = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
499            END DO
500         END DO
501         CALL lbc_lnk( p_taui  , 'I', -1. )
502         CALL lbc_lnk( p_tauj  , 'I', -1. )
503         CALL lbc_lnk( z_wnds_t, 'T',  1. )
504         !
505      CASE( 'C' )                  ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
506         DO jj = 2, jpj
507            DO ji = fs_2, jpi   ! vect. opt.
508               zwndi_t = (  sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pui(ji-1,jj  ) + pui(ji,jj) )  )
509               zwndj_t = (  sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) - rn_vfac * 0.5 * ( pvi(ji  ,jj-1) + pvi(ji,jj) )  )
510               z_wnds_t(ji,jj)  = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
511            END DO
512         END DO
513         DO jj = 2, jpjm1
514            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
515               p_taui(ji,jj) = zcoef_wnorm2 * ( z_wnds_t(ji+1,jj  ) + z_wnds_t(ji,jj) )                          &
516                  &          * ( 0.5 * (sf(jp_wndi)%fnow(ji+1,jj,1) + sf(jp_wndi)%fnow(ji,jj,1) ) - rn_vfac * pui(ji,jj) )
517               p_tauj(ji,jj) = zcoef_wnorm2 * ( z_wnds_t(ji,jj+1  ) + z_wnds_t(ji,jj) )                          &
518                  &          * ( 0.5 * (sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj+1,1) + sf(jp_wndj)%fnow(ji,jj,1) ) - rn_vfac * pvi(ji,jj) )
519            END DO
520         END DO
521         CALL lbc_lnk( p_taui  , 'U', -1. )
522         CALL lbc_lnk( p_tauj  , 'V', -1. )
523         CALL lbc_lnk( z_wnds_t, 'T',  1. )
524         !
525      END SELECT
526
527      zztmp = 1. / ( 1. - albo )
528      !                                     ! ========================== !
529      DO jl = 1, ijpl                       !  Loop over ice categories  !
530         !                                  ! ========================== !
531         DO jj = 1 , jpj
532            DO ji = 1, jpi
533               ! ----------------------------!
534               !      I   Radiative FLUXES   !
535               ! ----------------------------!
536               zst2 = pst(ji,jj,jl) * pst(ji,jj,jl)
537               zst3 = pst(ji,jj,jl) * zst2
538               ! Short Wave (sw)
539               p_qsr(ji,jj,jl) = zztmp * ( 1. - palb(ji,jj,jl) ) * qsr(ji,jj)
540               ! Long  Wave (lw)
541               z_qlw(ji,jj,jl) = 0.95 * ( sf(jp_qlw)%fnow(ji,jj,1) - Stef * pst(ji,jj,jl) * zst3 ) * tmask(ji,jj,1)
542               ! lw sensitivity
543               z_dqlw(ji,jj,jl) = zcoef_dqlw * zst3                                               
544
545               ! ----------------------------!
546               !     II    Turbulent FLUXES  !
547               ! ----------------------------!
548
549               ! ... turbulent heat fluxes
550               ! Sensible Heat
551               z_qsb(ji,jj,jl) = rhoa * cpa * Cice * z_wnds_t(ji,jj) * ( pst(ji,jj,jl) - sf(jp_tair)%fnow(ji,jj,1) )
552               ! Latent Heat
553               p_qla(ji,jj,jl) = rn_efac * MAX( 0.e0, rhoa * Ls  * Cice * z_wnds_t(ji,jj)   &                           
554                  &                         * (  11637800. * EXP( -5897.8 / pst(ji,jj,jl) ) / rhoa - sf(jp_humi)%fnow(ji,jj,1)  ) )
555               ! Latent heat sensitivity for ice (Dqla/Dt)
556               IF( p_qla(ji,jj,jl) > 0._wp ) THEN
557                  p_dqla(ji,jj,jl) = rn_efac * zcoef_dqla * z_wnds_t(ji,jj) / ( zst2 ) * EXP( -5897.8 / pst(ji,jj,jl) )
558               ELSE
559                  p_dqla(ji,jj,jl) = 0._wp
560               ENDIF
561
562               ! Sensible heat sensitivity (Dqsb_ice/Dtn_ice)
563               z_dqsb(ji,jj,jl) = zcoef_dqsb * z_wnds_t(ji,jj)
564
565               ! ----------------------------!
566               !     III    Total FLUXES     !
567               ! ----------------------------!
568               ! Downward Non Solar flux
569               p_qns (ji,jj,jl) =     z_qlw (ji,jj,jl) - z_qsb (ji,jj,jl) - p_qla (ji,jj,jl)
570               ! Total non solar heat flux sensitivity for ice
571               p_dqns(ji,jj,jl) = - ( z_dqlw(ji,jj,jl) + z_dqsb(ji,jj,jl) + p_dqla(ji,jj,jl) )
572            END DO
573            !
574         END DO
575         !
576      END DO
577      !
578      !--------------------------------------------------------------------
579      ! FRACTIONs of net shortwave radiation which is not absorbed in the
580      ! thin surface layer and penetrates inside the ice cover
581      ! ( Maykut and Untersteiner, 1971 ; Ebert and Curry, 1993 )
582      !
583      p_fr1(:,:) = ( 0.18 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.35 * cldf_ice )
584      p_fr2(:,:) = ( 0.82 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.65 * cldf_ice )
585      !
586      p_tpr(:,:) = sf(jp_prec)%fnow(:,:,1) * rn_pfac      ! total precipitation [kg/m2/s]
587      p_spr(:,:) = sf(jp_snow)%fnow(:,:,1) * rn_pfac      ! solid precipitation [kg/m2/s]
588      CALL iom_put( 'snowpre', p_spr * 86400. )                  ! Snow precipitation
589      CALL iom_put( 'precip' , p_tpr * 86400. )                  ! Total precipitation
590      !
591      IF(ln_ctl) THEN
592         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_qla   , clinfo1=' blk_ice_core: p_qla  : ', tab3d_2=z_qsb   , clinfo2=' z_qsb  : ', kdim=ijpl)
593         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_qlw   , clinfo1=' blk_ice_core: z_qlw  : ', tab3d_2=p_dqla  , clinfo2=' p_dqla : ', kdim=ijpl)
594         CALL prt_ctl(tab3d_1=z_dqsb  , clinfo1=' blk_ice_core: z_dqsb : ', tab3d_2=z_dqlw  , clinfo2=' z_dqlw : ', kdim=ijpl)
595         CALL prt_ctl(tab3d_1=p_dqns  , clinfo1=' blk_ice_core: p_dqns : ', tab3d_2=p_qsr   , clinfo2=' p_qsr  : ', kdim=ijpl)
596         CALL prt_ctl(tab3d_1=pst     , clinfo1=' blk_ice_core: pst    : ', tab3d_2=p_qns   , clinfo2=' p_qns  : ', kdim=ijpl)
597         CALL prt_ctl(tab2d_1=p_tpr   , clinfo1=' blk_ice_core: p_tpr  : ', tab2d_2=p_spr   , clinfo2=' p_spr  : ')
598         CALL prt_ctl(tab2d_1=p_taui  , clinfo1=' blk_ice_core: p_taui : ', tab2d_2=p_tauj  , clinfo2=' p_tauj : ')
599         CALL prt_ctl(tab2d_1=z_wnds_t, clinfo1=' blk_ice_core: z_wnds_t : ')
600      ENDIF
601
602      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,   z_wnds_t )
603      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,   pdim, z_qlw, z_qsb, z_dqlw, z_dqsb )
604      !
605      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('blk_ice_core')
606      !
607   END SUBROUTINE blk_ice_core
608
609   SUBROUTINE turb_core_2z( zt, zu, sst, T_zt, q_sat, q_zt, dU,    &
610      &                      Cd, Ch, Ce , T_zu, q_zu )
611      !!----------------------------------------------------------------------
612      !!                      ***  ROUTINE  turb_core  ***
613      !!
614      !! ** Purpose :   Computes turbulent transfert coefficients of surface
615      !!                fluxes according to Large & Yeager (2004) and Large & Yeager (2008)
616      !!                If relevant (zt /= zu), adjust temperature and humidity from height zt to zu
617      !!
618      !! ** Method : Monin Obukhov Similarity Theory
619      !!             + Large & Yeager (2004,2008) closure: CD_n10 = f(U_n10)
620      !!
621      !! ** References :   Large & Yeager, 2004 / Large & Yeager, 2008
622      !!
623      !! ** Last update: Laurent Brodeau, June 2014:
624      !!    - handles both cases zt=zu and zt/=zu
625      !!    - optimized: less 2D arrays allocated and less operations
626      !!    - better first guess of stability by checking air-sea difference of virtual temperature
627      !!       rather than temperature difference only...
628      !!    - added function "cd_neutral_10m" that uses the improved parametrization of
629      !!      Large & Yeager 2008. Drag-coefficient reduction for Cyclone conditions!
630      !!    - using code-wide physical constants defined into "phycst.mod" rather than redifining them
631      !!      => 'vkarmn' and 'grav'
632      !!----------------------------------------------------------------------
633      REAL(wp), INTENT(in   )                     ::   zt       ! height for T_zt and q_zt                   [m]
634      REAL(wp), INTENT(in   )                     ::   zu       ! height for dU                              [m]
635      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   sst      ! sea surface temperature              [Kelvin]
636      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   T_zt     ! potential air temperature            [Kelvin]
637      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_sat    ! sea surface specific humidity         [kg/kg]
638      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_zt     ! specific air humidity                 [kg/kg]
639      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj) ::   dU       ! relative wind module at zu            [m/s]
640      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Cd       ! transfer coefficient for momentum         (tau)
641      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ch       ! transfer coefficient for sensible heat (Q_sens)
642      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   Ce       ! transfert coefficient for evaporation   (Q_lat)
643      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   T_zu     ! air temp. shifted at zu                     [K]
644      REAL(wp), INTENT(  out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   q_zu     ! spec. hum.  shifted at zu               [kg/kg]
645      !
646      INTEGER ::   j_itt
647      INTEGER , PARAMETER ::   nb_itt = 5       ! number of itterations
648      LOGICAL ::   l_zt_equal_zu = .FALSE.      ! if q and t are given at different height than U
649      !
650      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   U_zu          ! relative wind at zu                            [m/s]
651      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ce_n10        ! 10m neutral latent coefficient
652      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   Ch_n10        ! 10m neutral sensible coefficient
653      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   sqrt_Cd_n10   ! root square of Cd_n10
654      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   sqrt_Cd       ! root square of Cd
655      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zeta_u        ! stability parameter at height zu
656      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zeta_t        ! stability parameter at height zt
657      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zpsi_h_u, zpsi_m_u
658      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   ztmp0, ztmp1, ztmp2
659      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   stab          ! 1st stability test integer
660      !!----------------------------------------------------------------------
661
662      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('turb_core_2z')
663   
664      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, U_zu, Ce_n10, Ch_n10, sqrt_Cd_n10, sqrt_Cd )
665      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zeta_u, stab )
666      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zpsi_h_u, zpsi_m_u, ztmp0, ztmp1, ztmp2 )
667
668      l_zt_equal_zu = .FALSE.
669      IF( ABS(zu - zt) < 0.01 ) l_zt_equal_zu = .TRUE.    ! testing "zu == zt" is risky with double precision
670
671      IF( .NOT. l_zt_equal_zu )   CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zeta_t )
672
673      U_zu = MAX( 0.5 , dU )   !  relative wind speed at zu (normally 10m), we don't want to fall under 0.5 m/s
674
675      !! First guess of stability:
676      ztmp0 = T_zt*(1. + 0.608*q_zt) - sst*(1. + 0.608*q_sat) ! air-sea difference of virtual pot. temp. at zt
677      stab  = 0.5 + sign(0.5,ztmp0)                           ! stab = 1 if dTv > 0  => STABLE, 0 if unstable
678
679      !! Neutral coefficients at 10m:
680      IF( ln_cdgw ) THEN      ! wave drag case
681         cdn_wave(:,:) = cdn_wave(:,:) + rsmall * ( 1._wp - tmask(:,:,1) )
682         ztmp0   (:,:) = cdn_wave(:,:)
683      ELSE
684         ztmp0 = cd_neutral_10m( U_zu )
685      ENDIF
686      sqrt_Cd_n10 = SQRT( ztmp0 )
687      Ce_n10  = 1.e-3*( 34.6 * sqrt_Cd_n10 )
688      Ch_n10  = 1.e-3*sqrt_Cd_n10*(18.*stab + 32.7*(1. - stab))
689   
690      !! Initializing transf. coeff. with their first guess neutral equivalents :
691      Cd = ztmp0   ;   Ce = Ce_n10   ;   Ch = Ch_n10   ;   sqrt_Cd = sqrt_Cd_n10
692
693      !! Initializing values at z_u with z_t values:
694      T_zu = T_zt   ;   q_zu = q_zt
695
696      !!  * Now starting iteration loop
697      DO j_itt=1, nb_itt
698         !
699         ztmp1 = T_zu - sst   ! Updating air/sea differences
700         ztmp2 = q_zu - q_sat 
701
702         ! Updating turbulent scales :   (L&Y 2004 eq. (7))
703         ztmp1  = Ch/sqrt_Cd*ztmp1    ! theta*
704         ztmp2  = Ce/sqrt_Cd*ztmp2    ! q*
705       
706         ztmp0 = T_zu*(1. + 0.608*q_zu) ! virtual potential temperature at zu
707
708         ! Estimate the inverse of Monin-Obukov length (1/L) at height zu:
709         ztmp0 =  (vkarmn*grav/ztmp0*(ztmp1*(1.+0.608*q_zu) + 0.608*T_zu*ztmp2)) / (Cd*U_zu*U_zu) 
710         !                                                                     ( Cd*U_zu*U_zu is U*^2 at zu)
711
712         !! Stability parameters :
713         zeta_u   = zu*ztmp0   ;  zeta_u = sign( min(abs(zeta_u),10.0), zeta_u )
714         zpsi_h_u = psi_h( zeta_u )
715         zpsi_m_u = psi_m( zeta_u )
716       
717         !! Shifting temperature and humidity at zu (L&Y 2004 eq. (9b-9c))
718         IF ( .NOT. l_zt_equal_zu ) THEN
719            zeta_t = zt*ztmp0 ;  zeta_t = sign( min(abs(zeta_t),10.0), zeta_t )
720            stab = LOG(zu/zt) - zpsi_h_u + psi_h(zeta_t)  ! stab just used as temp array!!!
721            T_zu = T_zt + ztmp1/vkarmn*stab    ! ztmp1 is still theta*
722            q_zu = q_zt + ztmp2/vkarmn*stab    ! ztmp2 is still q*
723            q_zu = max(0., q_zu)
724         END IF
725       
726         IF( ln_cdgw ) THEN      ! surface wave case
727            sqrt_Cd = vkarmn / ( vkarmn / sqrt_Cd_n10 - zpsi_m_u ) 
728            Cd      = sqrt_Cd * sqrt_Cd
729         ELSE
730           ! Update neutral wind speed at 10m and neutral Cd at 10m (L&Y 2004 eq. 9a)...
731           !   In very rare low-wind conditions, the old way of estimating the
732           !   neutral wind speed at 10m leads to a negative value that causes the code
733           !   to crash. To prevent this a threshold of 0.25m/s is imposed.
734           ztmp0 = MAX( 0.25 , U_zu/(1. + sqrt_Cd_n10/vkarmn*(LOG(zu/10.) - zpsi_m_u)) ) !  U_n10
735           ztmp0 = cd_neutral_10m(ztmp0)                                                 ! Cd_n10
736           sqrt_Cd_n10 = sqrt(ztmp0)
737       
738           Ce_n10  = 1.e-3 * (34.6 * sqrt_Cd_n10)                     ! L&Y 2004 eq. (6b)
739           stab    = 0.5 + sign(0.5,zeta_u)                           ! update stability
740           Ch_n10  = 1.e-3*sqrt_Cd_n10*(18.*stab + 32.7*(1. - stab))  ! L&Y 2004 eq. (6c-6d)
741
742           !! Update of transfer coefficients:
743           ztmp1 = 1. + sqrt_Cd_n10/vkarmn*(LOG(zu/10.) - zpsi_m_u)   ! L&Y 2004 eq. (10a)
744           Cd      = ztmp0 / ( ztmp1*ztmp1 )   
745           sqrt_Cd = SQRT( Cd )
746         ENDIF
747         !
748         ztmp0 = (LOG(zu/10.) - zpsi_h_u) / vkarmn / sqrt_Cd_n10
749         ztmp2 = sqrt_Cd / sqrt_Cd_n10
750         ztmp1 = 1. + Ch_n10*ztmp0               
751         Ch  = Ch_n10*ztmp2 / ztmp1  ! L&Y 2004 eq. (10b)
752         !
753         ztmp1 = 1. + Ce_n10*ztmp0               
754         Ce  = Ce_n10*ztmp2 / ztmp1  ! L&Y 2004 eq. (10c)
755         !
756      END DO
757
758      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, U_zu, Ce_n10, Ch_n10, sqrt_Cd_n10, sqrt_Cd )
759      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zeta_u, stab )
760      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zpsi_h_u, zpsi_m_u, ztmp0, ztmp1, ztmp2 )
761
762      IF( .NOT. l_zt_equal_zu ) CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zeta_t )
763
764      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('turb_core_2z')
765      !
766   END SUBROUTINE turb_core_2z
767
768
769   FUNCTION cd_neutral_10m( zw10 )
770      !!----------------------------------------------------------------------
771      !! Estimate of the neutral drag coefficient at 10m as a function
772      !! of neutral wind  speed at 10m
773      !!
774      !! Origin: Large & Yeager 2008 eq.(11a) and eq.(11b)
775      !!
776      !! Author: L. Brodeau, june 2014
777      !!----------------------------------------------------------------------   
778      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   zw10           ! scalar wind speed at 10m (m/s)
779      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             ::   cd_neutral_10m
780      !
781      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   rgt33
782      !!----------------------------------------------------------------------   
783      !
784      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, rgt33 )
785      !
786      !! When wind speed > 33 m/s => Cyclone conditions => special treatment
787      rgt33 = 0.5_wp + SIGN( 0.5_wp, (zw10 - 33._wp) )   ! If zw10 < 33. => 0, else => 1 
788      cd_neutral_10m = 1.e-3 * ( &
789         &       (1._wp - rgt33)*( 2.7_wp/zw10 + 0.142_wp + zw10/13.09_wp - 3.14807E-10*zw10**6) & ! zw10< 33.
790         &      + rgt33         *      2.34   )                                                    ! zw10 >= 33.
791      !
792      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, rgt33)
793      !
794   END FUNCTION cd_neutral_10m
795
796
797   FUNCTION psi_m(pta)   !! Psis, L&Y 2004 eq. (8c), (8d), (8e)
798      !-------------------------------------------------------------------------------
799      ! universal profile stability function for momentum
800      !-------------------------------------------------------------------------------
801      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) :: pta
802      !
803      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             :: psi_m
804      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER        :: X2, X, stabit
805      !-------------------------------------------------------------------------------
806      !
807      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
808      !
809      X2 = SQRT( ABS( 1. - 16.*pta ) )  ;  X2 = MAX( X2 , 1. )   ;   X = SQRT( X2 )
810      stabit = 0.5 + SIGN( 0.5 , pta )
811      psi_m = -5.*pta*stabit  &                                                          ! Stable
812         &    + (1. - stabit)*(2.*LOG((1. + X)*0.5) + LOG((1. + X2)*0.5) - 2.*ATAN(X) + rpi*0.5)  ! Unstable
813      !
814      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
815      !
816   END FUNCTION psi_m
817
818
819   FUNCTION psi_h( pta )    !! Psis, L&Y 2004 eq. (8c), (8d), (8e)
820      !-------------------------------------------------------------------------------
821      ! universal profile stability function for temperature and humidity
822      !-------------------------------------------------------------------------------
823      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in) ::   pta
824      !
825      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)             ::   psi_h
826      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER        ::   X2, X, stabit
827      !-------------------------------------------------------------------------------
828      !
829      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
830      !
831      X2 = SQRT( ABS( 1. - 16.*pta ) )   ;   X2 = MAX( X2 , 1. )   ;   X = SQRT( X2 )
832      stabit = 0.5 + SIGN( 0.5 , pta )
833      psi_h = -5.*pta*stabit   &                                       ! Stable
834         &    + (1. - stabit)*(2.*LOG( (1. + X2)*0.5 ))                ! Unstable
835      !
836      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, X2, X, stabit )
837      !
838   END FUNCTION psi_h
839
840   !!======================================================================
841END MODULE sbcblk_core
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.