source: LMDZ5/branches/LF-private/libf/cosp/icarus.F @ 5456

Last change on this file since 5456 was 1454, checked in by Laurent Fairhead, 14 years ago

Merge of LMDZ5V1.0-dev branch r1453 into LMDZ5 trunk r1434


Fusion entre la version r1453 de la branche de développement LMDZ5V1.0-dev
et le tronc LMDZ5 (r1434)

File size: 42.8 KB
Line 
1      SUBROUTINE ICARUS(
2     &     debug,
3     &     debugcol,
4     &     npoints,
5     &     sunlit,
6     &     nlev,
7     &     ncol,
8     &     pfull,
9     &     phalf,
10     &     qv,
11     &     cc,
12     &     conv,
13     &     dtau_s,
14     &     dtau_c,
15     &     top_height,
16     &     top_height_direction,
17     &     overlap,
18     &     frac_out,
19     &     skt,
20     &     emsfc_lw,
21     &     at,
22     &     dem_s,
23     &     dem_c,
24     &     fq_isccp,
25     &     totalcldarea,
26     &     meanptop,
27     &     meantaucld,
28     &     meanalbedocld,
29     &     meantb,
30     &     meantbclr,
31     &     boxtau,
32     &     boxptop
33     &)
34
35!$Id: icarus.f,v 4.1 2010/05/27 16:30:18 hadmw Exp $
36
37! *****************************COPYRIGHT****************************
38! (c) 2009, Lawrence Livermore National Security Limited Liability
39! Corporation.
40! All rights reserved.
41!
42! Redistribution and use in source and binary forms, with or without
43! modification, are permitted provided that the
44! following conditions are met:
45!
46!     * Redistributions of source code must retain the above
47!       copyright  notice, this list of conditions and the following
48!       disclaimer.
49!     * Redistributions in binary form must reproduce the above
50!       copyright notice, this list of conditions and the following
51!       disclaimer in the documentation and/or other materials
52!       provided with the distribution.
53!     * Neither the name of the Lawrence Livermore National Security
54!       Limited Liability Corporation nor the names of its
55!       contributors may be used to endorse or promote products
56!       derived from this software without specific prior written
57!       permission.
58!
59! THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
60! "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
61! LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
62! A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
63! OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
64! SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
65! LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
66! DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
67! THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
68! (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
69! OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE. 
70!
71! *****************************COPYRIGHT*******************************
72! *****************************COPYRIGHT*******************************
73! *****************************COPYRIGHT*******************************
74! *****************************COPYRIGHT*******************************
75
76      implicit none
77
78!     NOTE:   the maximum number of levels and columns is set by
79!             the following parameter statement
80
81      INTEGER ncolprint
82     
83!     -----
84!     Input
85!     -----
86
87      INTEGER npoints       !  number of model points in the horizontal
88      INTEGER nlev          !  number of model levels in column
89      INTEGER ncol          !  number of subcolumns
90
91      INTEGER sunlit(npoints) !  1 for day points, 0 for night time
92
93      REAL pfull(npoints,nlev)
94                       !  pressure of full model levels (Pascals)
95                  !  pfull(npoints,1) is top level of model
96                  !  pfull(npoints,nlev) is bot of model
97
98      REAL phalf(npoints,nlev+1)
99                  !  pressure of half model levels (Pascals)
100                  !  phalf(npoints,1) is top of model
101                  !  phalf(npoints,nlev+1) is the surface pressure
102
103      REAL qv(npoints,nlev)
104                  !  water vapor specific humidity (kg vapor/ kg air)
105                  !         on full model levels
106
107      REAL cc(npoints,nlev)   
108                  !  input cloud cover in each model level (fraction)
109                  !  NOTE:  This is the HORIZONTAL area of each
110                  !         grid box covered by clouds
111
112      REAL conv(npoints,nlev)
113                  !  input convective cloud cover in each model
114                  !   level (fraction)
115                  !  NOTE:  This is the HORIZONTAL area of each
116                  !         grid box covered by convective clouds
117
118      REAL dtau_s(npoints,nlev)
119                  !  mean 0.67 micron optical depth of stratiform
120                !  clouds in each model level
121                  !  NOTE:  this the cloud optical depth of only the
122                  !  cloudy part of the grid box, it is not weighted
123                  !  with the 0 cloud optical depth of the clear
124                  !         part of the grid box
125
126      REAL dtau_c(npoints,nlev)
127                  !  mean 0.67 micron optical depth of convective
128                !  clouds in each
129                  !  model level.  Same note applies as in dtau_s.
130
131      INTEGER overlap                   !  overlap type
132                              !  1=max
133                              !  2=rand
134                              !  3=max/rand
135
136      INTEGER top_height                !  1 = adjust top height using both a computed
137                                        !  infrared brightness temperature and the visible
138                              !  optical depth to adjust cloud top pressure. Note
139                              !  that this calculation is most appropriate to compare
140                              !  to ISCCP data during sunlit hours.
141                                        !  2 = do not adjust top height, that is cloud top
142                                        !  pressure is the actual cloud top pressure
143                                        !  in the model
144                              !  3 = adjust top height using only the computed
145                              !  infrared brightness temperature. Note that this
146                              !  calculation is most appropriate to compare to ISCCP
147                              !  IR only algortihm (i.e. you can compare to nighttime
148                              !  ISCCP data with this option)
149
150      INTEGER top_height_direction ! direction for finding atmosphere pressure level
151                                 ! with interpolated temperature equal to the radiance
152                                 ! determined cloud-top temperature
153                                 !
154                                 ! 1 = find the *lowest* altitude (highest pressure) level
155                                 ! with interpolated temperature equal to the radiance
156                                 ! determined cloud-top temperature
157                                 !
158                                 ! 2 = find the *highest* altitude (lowest pressure) level
159                                 ! with interpolated temperature equal to the radiance
160                                 ! determined cloud-top temperature
161                                 !
162                                 ! ONLY APPLICABLE IF top_height EQUALS 1 or 3
163                                 !                               !
164                                 ! 1 = old setting: matches all versions of
165                                 ! ISCCP simulator with versions numbers 3.5.1 and lower
166                                 !
167                                 ! 2 = default setting: for version numbers 4.0 and higher
168!
169!     The following input variables are used only if top_height = 1 or top_height = 3
170!
171      REAL skt(npoints)                 !  skin Temperature (K)
172      REAL emsfc_lw                     !  10.5 micron emissivity of surface (fraction)                                           
173      REAL at(npoints,nlev)                   !  temperature in each model level (K)
174      REAL dem_s(npoints,nlev)                !  10.5 micron longwave emissivity of stratiform
175                              !  clouds in each
176                                        !  model level.  Same note applies as in dtau_s.
177      REAL dem_c(npoints,nlev)                  !  10.5 micron longwave emissivity of convective
178                              !  clouds in each
179                                        !  model level.  Same note applies as in dtau_s.
180
181      REAL frac_out(npoints,ncol,nlev) ! boxes gridbox divided up into
182                              ! Equivalent of BOX in original version, but
183                              ! indexed by column then row, rather than
184                              ! by row then column
185
186
187
188!     ------
189!     Output
190!     ------
191
192      REAL fq_isccp(npoints,7,7)        !  the fraction of the model grid box covered by
193                                        !  each of the 49 ISCCP D level cloud types
194
195      REAL totalcldarea(npoints)        !  the fraction of model grid box columns
196                                        !  with cloud somewhere in them.  NOTE: This diagnostic
197                                        ! does not count model clouds with tau < isccp_taumin
198                              ! Thus this diagnostic does not equal the sum over all entries of fq_isccp.
199                              ! However, this diagnostic does equal the sum over entries of fq_isccp with
200                              ! itau = 2:7 (omitting itau = 1)
201     
202     
203      ! The following three means are averages only over the cloudy areas with tau > isccp_taumin. 
204      ! If no clouds with tau > isccp_taumin are in grid box all three quantities should equal zero.     
205                             
206      REAL meanptop(npoints)            !  mean cloud top pressure (mb) - linear averaging
207                                        !  in cloud top pressure.
208                             
209      REAL meantaucld(npoints)          !  mean optical thickness
210                                        !  linear averaging in albedo performed.
211     
212      real meanalbedocld(npoints)        ! mean cloud albedo
213                                        ! linear averaging in albedo performed
214                                       
215      real meantb(npoints)              ! mean all-sky 10.5 micron brightness temperature
216     
217      real meantbclr(npoints)           ! mean clear-sky 10.5 micron brightness temperature
218     
219      REAL boxtau(npoints,ncol)         !  optical thickness in each column
220     
221      REAL boxptop(npoints,ncol)        !  cloud top pressure (mb) in each column
222                             
223                                                                                         
224!
225!     ------
226!     Working variables added when program updated to mimic Mark Webb's PV-Wave code
227!     ------
228
229      REAL dem(npoints,ncol),bb(npoints)     !  working variables for 10.5 micron longwave
230                              !  emissivity in part of
231                              !  gridbox under consideration
232
233      REAL ptrop(npoints)
234      REAL attrop(npoints)
235      REAL attropmin (npoints)
236      REAL atmax(npoints)
237      REAL btcmin(npoints)
238      REAL transmax(npoints)
239
240      INTEGER i,j,ilev,ibox,itrop(npoints)
241      INTEGER ipres(npoints)
242      INTEGER itau(npoints),ilev2
243      INTEGER acc(nlev,ncol)
244      INTEGER match(npoints,nlev-1)
245      INTEGER nmatch(npoints)
246      INTEGER levmatch(npoints,ncol)
247     
248      !variables needed for water vapor continuum absorption
249      real fluxtop_clrsky(npoints),trans_layers_above_clrsky(npoints)
250      real taumin(npoints)
251      real dem_wv(npoints,nlev), wtmair, wtmh20, Navo, grav, pstd, t0
252      real press(npoints), dpress(npoints), atmden(npoints)
253      real rvh20(npoints), wk(npoints), rhoave(npoints)
254      real rh20s(npoints), rfrgn(npoints)
255      real tmpexp(npoints),tauwv(npoints)
256     
257      character*1 cchar(6),cchar_realtops(6)
258      integer icycle
259      REAL tau(npoints,ncol)
260      LOGICAL box_cloudy(npoints,ncol)
261      REAL tb(npoints,ncol)
262      REAL ptop(npoints,ncol)
263      REAL emcld(npoints,ncol)
264      REAL fluxtop(npoints,ncol)
265      REAL trans_layers_above(npoints,ncol)
266      real isccp_taumin,fluxtopinit(npoints),tauir(npoints)
267      REAL albedocld(npoints,ncol)
268      real boxarea
269      integer debug       ! set to non-zero value to print out inputs
270                    ! with step debug
271      integer debugcol    ! set to non-zero value to print out column
272                    ! decomposition with step debugcol
273      integer rangevec(npoints),rangeerror
274
275      integer index1(npoints),num1,jj,k1,k2
276      real rec2p13,tauchk,logp,logp1,logp2,atd
277      real output_missing_value
278
279      character*10 ftn09
280     
281      DATA isccp_taumin / 0.3 /
282      DATA output_missing_value / -1.E+30 /
283      DATA cchar / ' ','-','1','+','I','+'/
284      DATA cchar_realtops / ' ',' ','1','1','I','I'/
285
286!     ------ End duplicate definitions common to wrapper routine
287
288      tauchk = -1.*log(0.9999999)
289      rec2p13=1./2.13
290
291      ncolprint=0
292
293      if ( debug.ne.0 ) then
294          j=1
295          write(6,'(a10)') 'j='
296          write(6,'(8I10)') j
297          write(6,'(a10)') 'debug='
298          write(6,'(8I10)') debug
299          write(6,'(a10)') 'debugcol='
300          write(6,'(8I10)') debugcol
301          write(6,'(a10)') 'npoints='
302          write(6,'(8I10)') npoints
303          write(6,'(a10)') 'nlev='
304          write(6,'(8I10)') nlev
305          write(6,'(a10)') 'ncol='
306          write(6,'(8I10)') ncol
307          write(6,'(a11)') 'top_height='
308          write(6,'(8I10)') top_height
309          write(6,'(a21)') 'top_height_direction='
310          write(6,'(8I10)') top_height_direction
311          write(6,'(a10)') 'overlap='
312          write(6,'(8I10)') overlap
313          write(6,'(a10)') 'emsfc_lw='
314          write(6,'(8f10.2)') emsfc_lw
315        do j=1,npoints,debug
316          write(6,'(a10)') 'j='
317          write(6,'(8I10)') j
318          write(6,'(a10)') 'sunlit='
319          write(6,'(8I10)') sunlit(j)
320          write(6,'(a10)') 'pfull='
321          write(6,'(8f10.2)') (pfull(j,i),i=1,nlev)
322          write(6,'(a10)') 'phalf='
323          write(6,'(8f10.2)') (phalf(j,i),i=1,nlev+1)
324          write(6,'(a10)') 'qv='
325          write(6,'(8f10.3)') (qv(j,i),i=1,nlev)
326          write(6,'(a10)') 'cc='
327          write(6,'(8f10.3)') (cc(j,i),i=1,nlev)
328          write(6,'(a10)') 'conv='
329          write(6,'(8f10.2)') (conv(j,i),i=1,nlev)
330          write(6,'(a10)') 'dtau_s='
331          write(6,'(8g12.5)') (dtau_s(j,i),i=1,nlev)
332          write(6,'(a10)') 'dtau_c='
333          write(6,'(8f10.2)') (dtau_c(j,i),i=1,nlev)
334          write(6,'(a10)') 'skt='
335          write(6,'(8f10.2)') skt(j)
336          write(6,'(a10)') 'at='
337          write(6,'(8f10.2)') (at(j,i),i=1,nlev)
338          write(6,'(a10)') 'dem_s='
339          write(6,'(8f10.3)') (dem_s(j,i),i=1,nlev)
340          write(6,'(a10)') 'dem_c='
341          write(6,'(8f10.3)') (dem_c(j,i),i=1,nlev)
342        enddo
343      endif
344
345!     ---------------------------------------------------!
346
347      if (ncolprint.ne.0) then
348      do j=1,npoints,1000
349        write(6,'(a10)') 'j='
350        write(6,'(8I10)') j
351      enddo
352      endif
353
354      if (top_height .eq. 1 .or. top_height .eq. 3) then
355
356      do j=1,npoints
357          ptrop(j)=5000.
358          attropmin(j) = 400.
359          atmax(j) = 0.
360          attrop(j) = 120.
361          itrop(j) = 1
362      enddo
363
364      do 12 ilev=1,nlev
365        do j=1,npoints
366         if (pfull(j,ilev) .lt. 40000. .and.
367     &          pfull(j,ilev) .gt.  5000. .and.
368     &          at(j,ilev) .lt. attropmin(j)) then
369                ptrop(j) = pfull(j,ilev)
370                attropmin(j) = at(j,ilev)
371                attrop(j) = attropmin(j)
372                itrop(j)=ilev
373           end if
374        enddo
37512    continue
376
377      do 13 ilev=1,nlev
378        do j=1,npoints
379           if (at(j,ilev) .gt. atmax(j) .and.
380     &              ilev  .ge. itrop(j)) atmax(j)=at(j,ilev)
381        enddo
38213    continue
383
384      end if
385
386
387      if (top_height .eq. 1 .or. top_height .eq. 3) then
388          do j=1,npoints
389              meantb(j) = 0.
390              meantbclr(j) = 0.
391          end do
392      else
393          do j=1,npoints
394              meantb(j) = output_missing_value
395              meantbclr(j) = output_missing_value
396          end do
397      end if
398     
399!     -----------------------------------------------------!
400
401!     ---------------------------------------------------!
402
403      do ilev=1,nlev
404        do j=1,npoints
405
406          rangevec(j)=0
407
408          if (cc(j,ilev) .lt. 0. .or. cc(j,ilev) .gt. 1.) then
409!           error = cloud fraction less than zero
410!           error = cloud fraction greater than 1
411            rangevec(j)=rangevec(j)+1
412          endif
413
414          if (conv(j,ilev) .lt. 0. .or. conv(j,ilev) .gt. 1.) then
415!           ' error = convective cloud fraction less than zero'
416!           ' error = convective cloud fraction greater than 1'
417            rangevec(j)=rangevec(j)+2
418          endif
419
420          if (dtau_s(j,ilev) .lt. 0.) then
421!           ' error = stratiform cloud opt. depth less than zero'
422            rangevec(j)=rangevec(j)+4
423          endif
424
425          if (dtau_c(j,ilev) .lt. 0.) then
426!           ' error = convective cloud opt. depth less than zero'
427            rangevec(j)=rangevec(j)+8
428          endif
429
430          if (dem_s(j,ilev) .lt. 0. .or. dem_s(j,ilev) .gt. 1.) then
431!             ' error = stratiform cloud emissivity less than zero'
432!             ' error = stratiform cloud emissivity greater than 1'
433            rangevec(j)=rangevec(j)+16
434          endif
435
436          if (dem_c(j,ilev) .lt. 0. .or. dem_c(j,ilev) .gt. 1.) then
437!             ' error = convective cloud emissivity less than zero'
438!             ' error = convective cloud emissivity greater than 1'
439              rangevec(j)=rangevec(j)+32
440          endif
441        enddo
442
443        rangeerror=0
444        do j=1,npoints
445            rangeerror=rangeerror+rangevec(j)
446        enddo
447
448        if (rangeerror.ne.0) then
449              write (6,*) 'Input variable out of range'
450              write (6,*) 'rangevec:'
451              write (6,*) rangevec
452              STOP
453        endif
454      enddo
455
456!
457!     ---------------------------------------------------!
458
459     
460!
461!     ---------------------------------------------------!
462!     COMPUTE CLOUD OPTICAL DEPTH FOR EACH COLUMN and
463!     put into vector tau
464 
465      !initialize tau and albedocld to zero
466      do 15 ibox=1,ncol
467        do j=1,npoints
468            tau(j,ibox)=0.
469          albedocld(j,ibox)=0.
470          boxtau(j,ibox)=output_missing_value
471          boxptop(j,ibox)=output_missing_value
472          box_cloudy(j,ibox)=.false.
473        enddo
47415    continue
475
476      !compute total cloud optical depth for each column     
477      do ilev=1,nlev
478            !increment tau for each of the boxes
479            do ibox=1,ncol
480              do j=1,npoints
481                 if (frac_out(j,ibox,ilev).eq.1) then
482                        tau(j,ibox)=tau(j,ibox)
483     &                     + dtau_s(j,ilev)
484                 endif
485                 if (frac_out(j,ibox,ilev).eq.2) then
486                        tau(j,ibox)=tau(j,ibox)
487     &                     + dtau_c(j,ilev)
488                 end if
489              enddo
490            enddo ! ibox
491      enddo ! ilev
492          if (ncolprint.ne.0) then
493
494              do j=1,npoints ,1000
495                write(6,'(a10)') 'j='
496                write(6,'(8I10)') j
497                write(6,'(i2,1X,8(f7.2,1X))')
498     &          ilev,
499     &          (tau(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
500              enddo
501          endif
502!
503!     ---------------------------------------------------!
504
505
506
507!     
508!     ---------------------------------------------------!
509!     COMPUTE INFRARED BRIGHTNESS TEMPERUATRES
510!     AND CLOUD TOP TEMPERATURE SATELLITE SHOULD SEE
511!
512!     again this is only done if top_height = 1 or 3
513!
514!     fluxtop is the 10.5 micron radiance at the top of the
515!              atmosphere
516!     trans_layers_above is the total transmissivity in the layers
517!             above the current layer
518!     fluxtop_clrsky(j) and trans_layers_above_clrsky(j) are the clear
519!             sky versions of these quantities.
520
521      if (top_height .eq. 1 .or. top_height .eq. 3) then
522
523
524        !----------------------------------------------------------------------
525        !   
526        !             DO CLEAR SKY RADIANCE CALCULATION FIRST
527        !
528        !compute water vapor continuum emissivity
529        !this treatment follows Schwarkzopf and Ramasamy
530        !JGR 1999,vol 104, pages 9467-9499.
531        !the emissivity is calculated at a wavenumber of 955 cm-1,
532        !or 10.47 microns
533        wtmair = 28.9644
534        wtmh20 = 18.01534
535        Navo = 6.023E+23
536        grav = 9.806650E+02
537        pstd = 1.013250E+06
538        t0 = 296.
539        if (ncolprint .ne. 0)
540     &         write(6,*)  'ilev   pw (kg/m2)   tauwv(j)      dem_wv'
541        do 125 ilev=1,nlev
542          do j=1,npoints
543               !press and dpress are dyne/cm2 = Pascals *10
544               press(j) = pfull(j,ilev)*10.
545               dpress(j) = (phalf(j,ilev+1)-phalf(j,ilev))*10
546               !atmden = g/cm2 = kg/m2 / 10
547               atmden(j) = dpress(j)/grav
548               rvh20(j) = qv(j,ilev)*wtmair/wtmh20
549               wk(j) = rvh20(j)*Navo*atmden(j)/wtmair
550               rhoave(j) = (press(j)/pstd)*(t0/at(j,ilev))
551               rh20s(j) = rvh20(j)*rhoave(j)
552               rfrgn(j) = rhoave(j)-rh20s(j)
553               tmpexp(j) = exp(-0.02*(at(j,ilev)-t0))
554               tauwv(j) = wk(j)*1.e-20*(
555     &           (0.0224697*rh20s(j)*tmpexp(j)) +
556     &                (3.41817e-7*rfrgn(j)) )*0.98
557               dem_wv(j,ilev) = 1. - exp( -1. * tauwv(j))
558          enddo
559               if (ncolprint .ne. 0) then
560               do j=1,npoints ,1000
561               write(6,'(a10)') 'j='
562               write(6,'(8I10)') j
563               write(6,'(i2,1X,3(f8.3,3X))') ilev,
564     &           qv(j,ilev)*(phalf(j,ilev+1)-phalf(j,ilev))/(grav/100.),
565     &           tauwv(j),dem_wv(j,ilev)
566               enddo
567             endif
568125     continue
569
570        !initialize variables
571        do j=1,npoints
572          fluxtop_clrsky(j) = 0.
573          trans_layers_above_clrsky(j)=1.
574        enddo
575
576        do ilev=1,nlev
577          do j=1,npoints
578 
579            ! Black body emission at temperature of the layer
580
581              bb(j)=1 / ( exp(1307.27/at(j,ilev)) - 1. )
582              !bb(j)= 5.67e-8*at(j,ilev)**4
583
584              ! increase TOA flux by flux emitted from layer
585              ! times total transmittance in layers above
586
587                fluxtop_clrsky(j) = fluxtop_clrsky(j)
588     &            + dem_wv(j,ilev)*bb(j)*trans_layers_above_clrsky(j)
589           
590                ! update trans_layers_above with transmissivity
591              ! from this layer for next time around loop
592
593                trans_layers_above_clrsky(j)=
594     &            trans_layers_above_clrsky(j)*(1.-dem_wv(j,ilev))
595                   
596
597          enddo   
598            if (ncolprint.ne.0) then
599             do j=1,npoints ,1000
600              write(6,'(a10)') 'j='
601              write(6,'(8I10)') j
602              write (6,'(a)') 'ilev:'
603              write (6,'(I2)') ilev
604   
605              write (6,'(a)')
606     &        'emiss_layer,100.*bb(j),100.*f,total_trans:'
607              write (6,'(4(f7.2,1X))') dem_wv(j,ilev),100.*bb(j),
608     &             100.*fluxtop_clrsky(j),trans_layers_above_clrsky(j)
609             enddo   
610            endif
611
612        enddo   !loop over level
613       
614        do j=1,npoints
615          !add in surface emission
616          bb(j)=1/( exp(1307.27/skt(j)) - 1. )
617          !bb(j)=5.67e-8*skt(j)**4
618
619          fluxtop_clrsky(j) = fluxtop_clrsky(j) + emsfc_lw * bb(j)
620     &     * trans_layers_above_clrsky(j)
621     
622          !clear sky brightness temperature
623          meantbclr(j) = 1307.27/(log(1.+(1./fluxtop_clrsky(j))))
624         
625        enddo
626
627        if (ncolprint.ne.0) then
628        do j=1,npoints ,1000
629          write(6,'(a10)') 'j='
630          write(6,'(8I10)') j
631          write (6,'(a)') 'id:'
632          write (6,'(a)') 'surface'
633
634          write (6,'(a)') 'emsfc,100.*bb(j),100.*f,total_trans:'
635          write (6,'(5(f7.2,1X))') emsfc_lw,100.*bb(j),
636     &      100.*fluxtop_clrsky(j),
637     &       trans_layers_above_clrsky(j), meantbclr(j)
638        enddo
639      endif
640   
641
642        !
643        !           END OF CLEAR SKY CALCULATION
644        !
645        !----------------------------------------------------------------
646
647
648
649        if (ncolprint.ne.0) then
650
651        do j=1,npoints ,1000
652            write(6,'(a10)') 'j='
653            write(6,'(8I10)') j
654            write (6,'(a)') 'ts:'
655            write (6,'(8f7.2)') (skt(j),ibox=1,ncolprint)
656   
657            write (6,'(a)') 'ta_rev:'
658            write (6,'(8f7.2)')
659     &       ((at(j,ilev2),ibox=1,ncolprint),ilev2=1,nlev)
660
661        enddo
662        endif
663        !loop over columns
664        do ibox=1,ncol
665          do j=1,npoints
666            fluxtop(j,ibox)=0.
667            trans_layers_above(j,ibox)=1.
668          enddo
669        enddo
670
671        do ilev=1,nlev
672              do j=1,npoints
673                ! Black body emission at temperature of the layer
674
675              bb(j)=1 / ( exp(1307.27/at(j,ilev)) - 1. )
676              !bb(j)= 5.67e-8*at(j,ilev)**4
677              enddo
678
679            do ibox=1,ncol
680              do j=1,npoints
681
682              ! emissivity for point in this layer
683                if (frac_out(j,ibox,ilev).eq.1) then
684                dem(j,ibox)= 1. -
685     &             ( (1. - dem_wv(j,ilev)) * (1. -  dem_s(j,ilev)) )
686                else if (frac_out(j,ibox,ilev).eq.2) then
687                dem(j,ibox)= 1. -
688     &             ( (1. - dem_wv(j,ilev)) * (1. -  dem_c(j,ilev)) )
689                else
690                dem(j,ibox)=  dem_wv(j,ilev)
691                end if
692               
693
694                ! increase TOA flux by flux emitted from layer
695              ! times total transmittance in layers above
696
697                fluxtop(j,ibox) = fluxtop(j,ibox)
698     &            + dem(j,ibox) * bb(j)
699     &            * trans_layers_above(j,ibox)
700           
701                ! update trans_layers_above with transmissivity
702              ! from this layer for next time around loop
703
704                trans_layers_above(j,ibox)=
705     &            trans_layers_above(j,ibox)*(1.-dem(j,ibox))
706
707              enddo ! j
708            enddo ! ibox
709
710            if (ncolprint.ne.0) then
711              do j=1,npoints,1000
712              write (6,'(a)') 'ilev:'
713              write (6,'(I2)') ilev
714   
715              write(6,'(a10)') 'j='
716              write(6,'(8I10)') j
717              write (6,'(a)') 'emiss_layer:'
718              write (6,'(8f7.2)') (dem(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
719       
720              write (6,'(a)') '100.*bb(j):'
721              write (6,'(8f7.2)') (100.*bb(j),ibox=1,ncolprint)
722       
723              write (6,'(a)') '100.*f:'
724              write (6,'(8f7.2)')
725     &         (100.*fluxtop(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
726       
727              write (6,'(a)') 'total_trans:'
728              write (6,'(8f7.2)')
729     &          (trans_layers_above(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
730            enddo
731          endif
732
733        enddo ! ilev
734
735
736          do j=1,npoints
737            !add in surface emission
738            bb(j)=1/( exp(1307.27/skt(j)) - 1. )
739            !bb(j)=5.67e-8*skt(j)**4
740          end do
741
742        do ibox=1,ncol
743          do j=1,npoints
744
745            !add in surface emission
746
747            fluxtop(j,ibox) = fluxtop(j,ibox)
748     &         + emsfc_lw * bb(j)
749     &         * trans_layers_above(j,ibox)
750           
751          end do
752        end do
753
754        !calculate mean infrared brightness temperature
755        do ibox=1,ncol
756          do j=1,npoints
757            meantb(j) = meantb(j)+1307.27/(log(1.+(1./fluxtop(j,ibox))))
758          end do
759        end do
760          do j=1, npoints
761            meantb(j) = meantb(j) / real(ncol)
762          end do       
763
764        if (ncolprint.ne.0) then
765
766          do j=1,npoints ,1000
767          write(6,'(a10)') 'j='
768          write(6,'(8I10)') j
769          write (6,'(a)') 'id:'
770          write (6,'(a)') 'surface'
771
772          write (6,'(a)') 'emiss_layer:'
773          write (6,'(8f7.2)') (dem(1,ibox),ibox=1,ncolprint)
774   
775          write (6,'(a)') '100.*bb(j):'
776          write (6,'(8f7.2)') (100.*bb(j),ibox=1,ncolprint)
777   
778          write (6,'(a)') '100.*f:'
779          write (6,'(8f7.2)') (100.*fluxtop(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
780         
781          write (6,'(a)') 'meantb(j):'
782          write (6,'(8f7.2)') (meantb(j),ibox=1,ncolprint)
783     
784          end do
785      endif
786   
787        !now that you have the top of atmosphere radiance account
788        !for ISCCP procedures to determine cloud top temperature
789
790        !account for partially transmitting cloud recompute flux
791        !ISCCP would see assuming a single layer cloud
792        !note choice here of 2.13, as it is primarily ice
793        !clouds which have partial emissivity and need the
794        !adjustment performed in this section
795        !
796      !If it turns out that the cloud brightness temperature
797      !is greater than 260K, then the liquid cloud conversion
798        !factor of 2.56 is used.
799      !
800        !Note that this is discussed on pages 85-87 of
801        !the ISCCP D level documentation (Rossow et al. 1996)
802           
803          do j=1,npoints 
804            !compute minimum brightness temperature and optical depth
805            btcmin(j) = 1. /  ( exp(1307.27/(attrop(j)-5.)) - 1. )
806          enddo
807        do ibox=1,ncol
808          do j=1,npoints 
809            transmax(j) = (fluxtop(j,ibox)-btcmin(j))
810     &                /(fluxtop_clrsky(j)-btcmin(j))
811          !note that the initial setting of tauir(j) is needed so that
812          !tauir(j) has a realistic value should the next if block be
813          !bypassed
814            tauir(j) = tau(j,ibox) * rec2p13
815            taumin(j) = -1. * log(max(min(transmax(j),0.9999999),0.001))
816
817          enddo
818
819          if (top_height .eq. 1) then
820            do j=1,npoints 
821              if (transmax(j) .gt. 0.001 .and.
822     &          transmax(j) .le. 0.9999999) then
823                fluxtopinit(j) = fluxtop(j,ibox)
824              tauir(j) = tau(j,ibox) *rec2p13
825              endif
826            enddo
827            do icycle=1,2
828              do j=1,npoints 
829                if (tau(j,ibox) .gt. (tauchk            )) then
830                if (transmax(j) .gt. 0.001 .and.
831     &            transmax(j) .le. 0.9999999) then
832                  emcld(j,ibox) = 1. - exp(-1. * tauir(j)  )
833                  fluxtop(j,ibox) = fluxtopinit(j) -   
834     &              ((1.-emcld(j,ibox))*fluxtop_clrsky(j))
835                  fluxtop(j,ibox)=max(1.E-06,
836     &              (fluxtop(j,ibox)/emcld(j,ibox)))
837                  tb(j,ibox)= 1307.27
838     &              / (log(1. + (1./fluxtop(j,ibox))))
839                  if (tb(j,ibox) .gt. 260.) then
840                  tauir(j) = tau(j,ibox) / 2.56
841                  end if                   
842                end if
843                end if
844              enddo
845            enddo
846               
847          endif
848       
849          do j=1,npoints
850            if (tau(j,ibox) .gt. (tauchk            )) then
851                !cloudy box
852                !NOTE: tb is the cloud-top temperature not infrared brightness temperature
853                !at this point in the code
854                tb(j,ibox)= 1307.27/ (log(1. + (1./fluxtop(j,ibox))))
855                if (top_height.eq.1.and.tauir(j).lt.taumin(j)) then
856                         tb(j,ibox) = attrop(j) - 5.
857                   tau(j,ibox) = 2.13*taumin(j)
858                end if
859            else
860                !clear sky brightness temperature
861                tb(j,ibox) = meantbclr(j)
862            end if
863          enddo ! j
864        enddo ! ibox
865
866        if (ncolprint.ne.0) then
867
868          do j=1,npoints,1000
869          write(6,'(a10)') 'j='
870          write(6,'(8I10)') j
871
872          write (6,'(a)') 'attrop:'
873          write (6,'(8f7.2)') (attrop(j))
874   
875          write (6,'(a)') 'btcmin:'
876          write (6,'(8f7.2)') (btcmin(j))
877   
878          write (6,'(a)') 'fluxtop_clrsky*100:'
879          write (6,'(8f7.2)')
880     &      (100.*fluxtop_clrsky(j))
881
882          write (6,'(a)') '100.*f_adj:'
883          write (6,'(8f7.2)') (100.*fluxtop(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
884   
885          write (6,'(a)') 'transmax:'
886          write (6,'(8f7.2)') (transmax(ibox),ibox=1,ncolprint)
887   
888          write (6,'(a)') 'tau:'
889          write (6,'(8f7.2)') (tau(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
890   
891          write (6,'(a)') 'emcld:'
892          write (6,'(8f7.2)') (emcld(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
893   
894          write (6,'(a)') 'total_trans:'
895          write (6,'(8f7.2)')
896     &        (trans_layers_above(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
897   
898          write (6,'(a)') 'total_emiss:'
899          write (6,'(8f7.2)')
900     &        (1.0-trans_layers_above(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
901   
902          write (6,'(a)') 'total_trans:'
903          write (6,'(8f7.2)')
904     &        (trans_layers_above(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
905   
906          write (6,'(a)') 'ppout:'
907          write (6,'(8f7.2)') (tb(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
908          enddo ! j
909      endif
910
911      end if
912
913!     ---------------------------------------------------!
914
915!     
916!     ---------------------------------------------------!
917!     DETERMINE CLOUD TOP PRESSURE
918!
919!     again the 2 methods differ according to whether
920!     or not you use the physical cloud top pressure (top_height = 2)
921!     or the radiatively determined cloud top pressure (top_height = 1 or 3)
922!
923
924      !compute cloud top pressure
925      do 30 ibox=1,ncol
926        !segregate according to optical thickness
927        if (top_height .eq. 1 .or. top_height .eq. 3) then 
928          !find level whose temperature
929          !most closely matches brightness temperature
930          do j=1,npoints
931            nmatch(j)=0
932          enddo
933          do 29 k1=1,nlev-1
934            if (top_height_direction .eq. 2) then
935              ilev = nlev - k1
936            else
937              ilev = k1
938            end if
939            !cdir nodep
940            do j=1,npoints
941             if (ilev .ge. itrop(j)) then
942              if ((at(j,ilev)   .ge. tb(j,ibox) .and.
943     &          at(j,ilev+1) .le. tb(j,ibox)) .or.
944     &          (at(j,ilev) .le. tb(j,ibox) .and.
945     &          at(j,ilev+1) .ge. tb(j,ibox))) then
946                nmatch(j)=nmatch(j)+1
947                match(j,nmatch(j))=ilev
948              end if 
949             end if                         
950            enddo
95129        continue
952
953          do j=1,npoints
954            if (nmatch(j) .ge. 1) then
955              k1 = match(j,nmatch(j))
956              k2 = k1 + 1
957              logp1 = log(pfull(j,k1))
958              logp2 = log(pfull(j,k2))
959              atd = max(tauchk,abs(at(j,k2) - at(j,k1)))
960              logp=logp1+(logp2-logp1)*abs(tb(j,ibox)-at(j,k1))/atd
961              ptop(j,ibox) = exp(logp)
962              if(abs(pfull(j,k1)-ptop(j,ibox)) .lt.
963     &            abs(pfull(j,k2)-ptop(j,ibox))) then
964                 levmatch(j,ibox)=k1
965              else
966                 levmatch(j,ibox)=k2
967              end if   
968            else
969              if (tb(j,ibox) .le. attrop(j)) then
970                ptop(j,ibox)=ptrop(j)
971                levmatch(j,ibox)=itrop(j)
972              end if
973              if (tb(j,ibox) .ge. atmax(j)) then
974                ptop(j,ibox)=pfull(j,nlev)
975                levmatch(j,ibox)=nlev
976              end if                               
977            end if
978          enddo ! j
979
980        else ! if (top_height .eq. 1 .or. top_height .eq. 3)
981 
982          do j=1,npoints     
983            ptop(j,ibox)=0.
984          enddo
985          do ilev=1,nlev
986            do j=1,npoints     
987              if ((ptop(j,ibox) .eq. 0. )
988     &           .and.(frac_out(j,ibox,ilev) .ne. 0)) then
989                ptop(j,ibox)=phalf(j,ilev)
990              levmatch(j,ibox)=ilev
991              end if
992            end do
993          end do
994        end if                           
995         
996        do j=1,npoints
997          if (tau(j,ibox) .le. (tauchk            )) then
998            ptop(j,ibox)=0.
999            levmatch(j,ibox)=0     
1000          endif
1001        enddo
1002
100330    continue
1004             
1005!
1006!
1007!     ---------------------------------------------------!
1008
1009
1010!     
1011!     ---------------------------------------------------!
1012!     DETERMINE ISCCP CLOUD TYPE FREQUENCIES
1013!
1014!     Now that ptop and tau have been determined,
1015!     determine amount of each of the 49 ISCCP cloud
1016!     types
1017!
1018!     Also compute grid box mean cloud top pressure and
1019!     optical thickness.  The mean cloud top pressure and
1020!     optical thickness are averages over the cloudy
1021!     area only. The mean cloud top pressure is a linear
1022!     average of the cloud top pressures.  The mean cloud
1023!     optical thickness is computed by converting optical
1024!     thickness to an albedo, averaging in albedo units,
1025!     then converting the average albedo back to a mean
1026!     optical thickness. 
1027!
1028
1029      !compute isccp frequencies
1030
1031      !reset frequencies
1032      do 38 ilev=1,7
1033      do 38 ilev2=1,7
1034        do j=1,npoints !
1035             if (sunlit(j).eq.1 .or. top_height .eq. 3) then
1036                fq_isccp(j,ilev,ilev2)= 0.
1037             else
1038                fq_isccp(j,ilev,ilev2)= output_missing_value
1039             end if
1040        enddo
104138    continue
1042
1043      !reset variables need for averaging cloud properties
1044      do j=1,npoints
1045        if (sunlit(j).eq.1 .or. top_height .eq. 3) then
1046             totalcldarea(j) = 0.
1047             meanalbedocld(j) = 0.
1048             meanptop(j) = 0.
1049             meantaucld(j) = 0.
1050        else
1051             totalcldarea(j) = output_missing_value
1052             meanalbedocld(j) = output_missing_value
1053             meanptop(j) = output_missing_value
1054             meantaucld(j) = output_missing_value
1055        end if
1056      enddo ! j
1057
1058      boxarea = 1./real(ncol)
1059     
1060      do 39 ibox=1,ncol
1061        do j=1,npoints
1062
1063          if (tau(j,ibox) .gt. (tauchk            )
1064     &      .and. ptop(j,ibox) .gt. 0.) then
1065              box_cloudy(j,ibox)=.true.
1066          endif
1067
1068          if (box_cloudy(j,ibox)) then
1069
1070              if (sunlit(j).eq.1 .or. top_height .eq. 3) then
1071
1072                boxtau(j,ibox) = tau(j,ibox)
1073
1074                if (tau(j,ibox) .ge. isccp_taumin) then
1075                   totalcldarea(j) = totalcldarea(j) + boxarea
1076               
1077                   !convert optical thickness to albedo
1078                   albedocld(j,ibox)
1079     &             = (tau(j,ibox)**0.895)/((tau(j,ibox)**0.895)+6.82)
1080         
1081                   !contribute to averaging
1082                   meanalbedocld(j) = meanalbedocld(j)
1083     &                                +albedocld(j,ibox)*boxarea
1084
1085                end if
1086
1087            endif
1088
1089          endif
1090
1091          if (sunlit(j).eq.1 .or. top_height .eq. 3) then
1092
1093           if (box_cloudy(j,ibox)) then
1094         
1095              !convert ptop to millibars
1096              ptop(j,ibox)=ptop(j,ibox) / 100.
1097           
1098              !save for output cloud top pressure and optical thickness
1099              boxptop(j,ibox) = ptop(j,ibox)
1100   
1101              if (tau(j,ibox) .ge. isccp_taumin) then
1102                meanptop(j) = meanptop(j) + ptop(j,ibox)*boxarea
1103              end if           
1104
1105              !reset itau(j), ipres(j)
1106              itau(j) = 0
1107              ipres(j) = 0
1108
1109              !determine optical depth category
1110              if (tau(j,ibox) .lt. isccp_taumin) then
1111                  itau(j)=1
1112              else if (tau(j,ibox) .ge. isccp_taumin
1113     &                                   
1114     &          .and. tau(j,ibox) .lt. 1.3) then
1115                itau(j)=2
1116              else if (tau(j,ibox) .ge. 1.3
1117     &          .and. tau(j,ibox) .lt. 3.6) then
1118                itau(j)=3
1119              else if (tau(j,ibox) .ge. 3.6
1120     &          .and. tau(j,ibox) .lt. 9.4) then
1121                  itau(j)=4
1122              else if (tau(j,ibox) .ge. 9.4
1123     &          .and. tau(j,ibox) .lt. 23.) then
1124                  itau(j)=5
1125              else if (tau(j,ibox) .ge. 23.
1126     &          .and. tau(j,ibox) .lt. 60.) then
1127                  itau(j)=6
1128              else if (tau(j,ibox) .ge. 60.) then
1129                  itau(j)=7
1130              end if
1131
1132              !determine cloud top pressure category
1133              if (    ptop(j,ibox) .gt. 0. 
1134     &          .and.ptop(j,ibox) .lt. 180.) then
1135                  ipres(j)=1
1136              else if(ptop(j,ibox) .ge. 180.
1137     &          .and.ptop(j,ibox) .lt. 310.) then
1138                  ipres(j)=2
1139              else if(ptop(j,ibox) .ge. 310.
1140     &          .and.ptop(j,ibox) .lt. 440.) then
1141                  ipres(j)=3
1142              else if(ptop(j,ibox) .ge. 440.
1143     &          .and.ptop(j,ibox) .lt. 560.) then
1144                  ipres(j)=4
1145              else if(ptop(j,ibox) .ge. 560.
1146     &          .and.ptop(j,ibox) .lt. 680.) then
1147                  ipres(j)=5
1148              else if(ptop(j,ibox) .ge. 680.
1149     &          .and.ptop(j,ibox) .lt. 800.) then
1150                  ipres(j)=6
1151              else if(ptop(j,ibox) .ge. 800.) then
1152                  ipres(j)=7
1153              end if
1154
1155              !update frequencies
1156              if(ipres(j) .gt. 0.and.itau(j) .gt. 0) then
1157              fq_isccp(j,itau(j),ipres(j))=
1158     &          fq_isccp(j,itau(j),ipres(j))+ boxarea
1159              end if
1160
1161            end if
1162
1163          end if
1164                       
1165        enddo ! j
116639    continue
1167     
1168      !compute mean cloud properties
1169      do j=1,npoints
1170        if (totalcldarea(j) .gt. 0.) then
1171          ! code above guarantees that totalcldarea > 0
1172          ! only if sunlit .eq. 1 .or. top_height = 3
1173          ! and applies only to clouds with tau > isccp_taumin
1174          meanptop(j) = meanptop(j) / totalcldarea(j)
1175          meanalbedocld(j) = meanalbedocld(j) / totalcldarea(j)
1176          meantaucld(j) = (6.82/((1./meanalbedocld(j))-1.))**(1./0.895)
1177        else
1178          ! this code is necessary so that in the case that totalcldarea = 0.,
1179          ! that these variables, which are in-cloud averages, are set to missing
1180          ! note that totalcldarea will be 0. if all the clouds in the grid box have
1181          ! tau < isccp_taumin
1182          meanptop(j) = output_missing_value
1183          meanalbedocld(j) = output_missing_value
1184          meantaucld(j) = output_missing_value
1185        end if
1186      enddo ! j
1187!
1188!     ---------------------------------------------------!
1189
1190!     ---------------------------------------------------!
1191!     OPTIONAL PRINTOUT OF DATA TO CHECK PROGRAM
1192!
1193      if (debugcol.ne.0) then
1194!     
1195         do j=1,npoints,debugcol
1196
1197            !produce character output
1198            do ilev=1,nlev
1199              do ibox=1,ncol
1200                   acc(ilev,ibox)=0
1201              enddo
1202            enddo
1203
1204            do ilev=1,nlev
1205              do ibox=1,ncol
1206                   acc(ilev,ibox)=frac_out(j,ibox,ilev)*2
1207                   if (levmatch(j,ibox) .eq. ilev)
1208     &                 acc(ilev,ibox)=acc(ilev,ibox)+1
1209              enddo
1210            enddo
1211
1212             !print test
1213
1214          write(ftn09,11) j
121511        format('ftn09.',i4.4)
1216          open(9, FILE=ftn09, FORM='FORMATTED')
1217
1218             write(9,'(a1)') ' '
1219             write(9,'(10i5)')
1220     &                  (ilev,ilev=5,nlev,5)
1221             write(9,'(a1)') ' '
1222             
1223             do ibox=1,ncol
1224               write(9,'(40(a1),1x,40(a1))')
1225     &           (cchar_realtops(acc(ilev,ibox)+1),ilev=1,nlev)
1226     &           ,(cchar(acc(ilev,ibox)+1),ilev=1,nlev)
1227             end do
1228             close(9)
1229
1230             if (ncolprint.ne.0) then
1231               write(6,'(a1)') ' '
1232                    write(6,'(a2,1X,5(a7,1X),a50)')
1233     &                  'ilev',
1234     &                  'pfull','at',
1235     &                  'cc*100','dem_s','dtau_s',
1236     &                  'cchar'
1237
1238!               do 4012 ilev=1,nlev
1239!                    write(6,'(60i2)') (box(i,ilev),i=1,ncolprint)
1240!                   write(6,'(i2,1X,5(f7.2,1X),50(a1))')
1241!     &                  ilev,
1242!     &                  pfull(j,ilev)/100.,at(j,ilev),
1243!     &                  cc(j,ilev)*100.0,dem_s(j,ilev),dtau_s(j,ilev)
1244!     &                  ,(cchar(acc(ilev,ibox)+1),ibox=1,ncolprint)
1245!4012           continue
1246               write (6,'(a)') 'skt(j):'
1247               write (6,'(8f7.2)') skt(j)
1248                                     
1249               write (6,'(8I7)') (ibox,ibox=1,ncolprint)
1250           
1251               write (6,'(a)') 'tau:'
1252               write (6,'(8f7.2)') (tau(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
1253   
1254               write (6,'(a)') 'tb:'
1255               write (6,'(8f7.2)') (tb(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
1256   
1257               write (6,'(a)') 'ptop:'
1258               write (6,'(8f7.2)') (ptop(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
1259             endif
1260   
1261        enddo
1262       
1263      end if
1264
1265      return
1266      end
1267
1268
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.