source: LMDZ6/branches/Amaury_dev/libf/phylmd/cosp/icarus.F @ 5441

Last change on this file since 5441 was 5185, checked in by abarral, 3 months ago

Replace REPROBUS CPP KEY by logical using handmade wonky wrapper

  • Property copyright set to
    Name of program: LMDZ
    Creation date: 1984
    Version: LMDZ5
    License: CeCILL version 2
    Holder: Laboratoire de m\'et\'eorologie dynamique, CNRS, UMR 8539
    See the license file in the root directory
File size: 42.7 KB
Line 
1! $Revision: 88 $, $Date: 2013-11-13 15:08:38 +0100 (mer. 13 nov. 2013) $
2! $URL: http://cfmip-obs-sim.googlecode.com/svn/stable/v1.4.0/icarus-scops-4.1-bsd/icarus.f $
3      SUBROUTINE ICARUS(
4     &     debug,
5     &     debugcol,
6     &     npoints,
7     &     sunlit,
8     &     nlev,
9     &     ncol,
10     &     pfull,
11     &     phalf,
12     &     qv,
13     &     cc,
14     &     conv,
15     &     dtau_s,
16     &     dtau_c,
17     &     top_height,
18     &     top_height_direction,
19     &     overlap,
20     &     frac_out,
21     &     skt,
22     &     emsfc_lw,
23     &     at,
24     &     dem_s,
25     &     dem_c,
26     &     fq_isccp,
27     &     totalcldarea,
28     &     meanptop,
29     &     meantaucld,
30     &     meanalbedocld,
31     &     meantb,
32     &     meantbclr,
33     &     boxtau,
34     &     boxptop
35     &)
36
37!$Id: icarus.f,v 4.1 2010/05/27 16:30:18 hadmw Exp $
38
39! *****************************COPYRIGHT****************************
40! (c) 2009, Lawrence Livermore National Security Limited Liability
41! Corporation.
42! All rights reserved.
43
44! Redistribution and use in source and binary forms, with or without
45! modification, are permitted provided that the
46! following conditions are met:
47
48!     * Redistributions of source code must retain the above
49!       copyright  notice, this list of conditions and the following
50!       disclaimer.
51!     * Redistributions in binary form must reproduce the above
52!       copyright notice, this list of conditions and the following
53!       disclaimer in the documentation and/or other materials
54!       provided with the distribution.
55!     * Neither the name of the Lawrence Livermore National Security
56!       Limited Liability Corporation nor the names of its
57!       contributors may be used to endorse or promote products
58!       derived from this software without specific prior written
59!       permission.
60
61! THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
62! "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
63! LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
64! A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
65! OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
66! SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
67! LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
68! DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
69! THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
70! (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
71! OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE. 
72
73! *****************************COPYRIGHT*******************************
74! *****************************COPYRIGHT*******************************
75! *****************************COPYRIGHT*******************************
76! *****************************COPYRIGHT*******************************
77
78      implicit none
79
80!     NOTE:   the maximum number of levels and columns is set by
81!             the following parameter statement
82
83      INTEGER ncolprint
84     
85!     -----
86!     Input
87!     -----
88
89      INTEGER npoints       !  number of model points in the horizontal
90      INTEGER nlev          !  number of model levels in column
91      INTEGER ncol          !  number of subcolumns
92
93      INTEGER sunlit(npoints) !  1 for day points, 0 for night time
94
95      REAL pfull(npoints,nlev)
96                       !  pressure of full model levels (Pascals)
97                  !  pfull(npoints,1) is top level of model
98                  !  pfull(npoints,nlev) is bot of model
99
100      REAL phalf(npoints,nlev+1)
101                  !  pressure of half model levels (Pascals)
102                  !  phalf(npoints,1) is top of model
103                  !  phalf(npoints,nlev+1) is the surface pressure
104
105      REAL qv(npoints,nlev)
106                  !  water vapor specific humidity (kg vapor/ kg air)
107                  !         on full model levels
108
109      REAL cc(npoints,nlev)   
110                  !  input cloud cover in each model level (fraction)
111                  !  NOTE:  This is the HORIZONTAL area of each
112                  !         grid box covered by clouds
113
114      REAL conv(npoints,nlev)
115                  !  input convective cloud cover in each model
116                  !   level (fraction)
117                  !  NOTE:  This is the HORIZONTAL area of each
118                  !         grid box covered by convective clouds
119
120      REAL dtau_s(npoints,nlev)
121                  !  mean 0.67 micron optical depth of stratiform
122                !  clouds in each model level
123                  !  NOTE:  this the cloud optical depth of only the
124                  !  cloudy part of the grid box, it is not weighted
125                  !  with the 0 cloud optical depth of the clear
126                  !         part of the grid box
127
128      REAL dtau_c(npoints,nlev)
129                  !  mean 0.67 micron optical depth of convective
130                !  clouds in each
131                  !  model level.  Same note applies as in dtau_s.
132
133      INTEGER overlap                   !  overlap type
134                              !  1=max
135                              !  2=rand
136                              !  3=max/rand
137
138      INTEGER top_height                !  1 = adjust top height using both a computed
139                                        !  infrared brightness temperature and the visible
140                              !  optical depth to adjust cloud top pressure. Note
141                              !  that this calculation is most appropriate to compare
142                              !  to ISCCP data during sunlit hours.
143                                        !  2 = do not adjust top height, that is cloud top
144                                        !  pressure is the actual cloud top pressure
145                                        !  in the model
146                              !  3 = adjust top height using only the computed
147                              !  infrared brightness temperature. Note that this
148                              !  calculation is most appropriate to compare to ISCCP
149                              !  IR only algortihm (i.e. you can compare to nighttime
150                              !  ISCCP data with this option)
151
152      INTEGER top_height_direction ! direction for finding atmosphere pressure level
153                                 ! with interpolated temperature equal to the radiance
154                                 ! determined cloud-top temperature
155
156                                 ! 1 = find the *lowest* altitude (highest pressure) level
157                                 ! with interpolated temperature equal to the radiance
158                                 ! determined cloud-top temperature
159
160                                 ! 2 = find the *highest* altitude (lowest pressure) level
161                                 ! with interpolated temperature equal to the radiance
162                                 ! determined cloud-top temperature
163
164                                 ! ONLY APPLICABLE IF top_height EQUALS 1 or 3
165                                 !                               !
166                                 ! 1 = old setting: matches all versions of
167                                 ! ISCCP simulator with versions numbers 3.5.1 and lower
168
169                                 ! 2 = default setting: for version numbers 4.0 and higher
170
171!     The following input variables are used only if top_height = 1 or top_height = 3
172
173      REAL skt(npoints)                 !  skin Temperature (K)
174      REAL emsfc_lw                     !  10.5 micron emissivity of surface (fraction)                                           
175      REAL at(npoints,nlev)                   !  temperature in each model level (K)
176      REAL dem_s(npoints,nlev)                !  10.5 micron longwave emissivity of stratiform
177                              !  clouds in each
178                                        !  model level.  Same note applies as in dtau_s.
179      REAL dem_c(npoints,nlev)                  !  10.5 micron longwave emissivity of convective
180                              !  clouds in each
181                                        !  model level.  Same note applies as in dtau_s.
182
183      REAL frac_out(npoints,ncol,nlev) ! boxes gridbox divided up into
184                              ! Equivalent of BOX in original version, but
185                              ! indexed by column then row, rather than
186                              ! by row then column
187
188
189
190!     ------
191!     Output
192!     ------
193
194      REAL fq_isccp(npoints,7,7)        !  the fraction of the model grid box covered by
195                                        !  each of the 49 ISCCP D level cloud types
196
197      REAL totalcldarea(npoints)        !  the fraction of model grid box columns
198                                        !  with cloud somewhere in them.  NOTE: This diagnostic
199                                        ! does not count model clouds with tau < isccp_taumin
200                              ! Thus this diagnostic does not equal the sum over all entries of fq_isccp.
201                              ! However, this diagnostic does equal the sum over entries of fq_isccp with
202                              ! itau = 2:7 (omitting itau = 1)
203     
204     
205      ! The following three means are averages only over the cloudy areas with tau > isccp_taumin. 
206      ! If no clouds with tau > isccp_taumin are in grid box all three quantities should equal zero.     
207                             
208      REAL meanptop(npoints)            !  mean cloud top pressure (mb) - linear averaging
209                                        !  in cloud top pressure.
210                             
211      REAL meantaucld(npoints)          !  mean optical thickness
212                                        !  linear averaging in albedo performed.
213     
214      real meanalbedocld(npoints)        ! mean cloud albedo
215                                        ! linear averaging in albedo performed
216                                       
217      real meantb(npoints)              ! mean all-sky 10.5 micron brightness temperature
218     
219      real meantbclr(npoints)           ! mean clear-sky 10.5 micron brightness temperature
220     
221      REAL boxtau(npoints,ncol)         !  optical thickness in each column
222     
223      REAL boxptop(npoints,ncol)        !  cloud top pressure (mb) in each column
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!     COMPUTE CLOUD OPTICAL DEPTH FOR EACH COLUMN and
460!     put into vector tau
461 
462      !initialize tau and albedocld to zero
463      do 15 ibox=1,ncol
464        do j=1,npoints
465            tau(j,ibox)=0.
466          albedocld(j,ibox)=0.
467          boxtau(j,ibox)=output_missing_value
468          boxptop(j,ibox)=output_missing_value
469          box_cloudy(j,ibox)=.false.
470        enddo
47115    continue
472
473      !compute total cloud optical depth for each column     
474      do ilev=1,nlev
475            !increment tau for each of the boxes
476            do ibox=1,ncol
477              do j=1,npoints
478                 if (frac_out(j,ibox,ilev).eq.1) then
479                        tau(j,ibox)=tau(j,ibox)
480     &                     + dtau_s(j,ilev)
481                 endif
482                 if (frac_out(j,ibox,ilev).eq.2) then
483                        tau(j,ibox)=tau(j,ibox)
484     &                     + dtau_c(j,ilev)
485                 end if
486              enddo
487            enddo ! ibox
488      enddo ! ilev
489          if (ncolprint.ne.0) then
490
491              do j=1,npoints ,1000
492                write(6,'(a10)') 'j='
493                write(6,'(8I10)') j
494                write(6,'(i2,1X,8(f7.2,1X))')
495     &          ilev,
496     &          (tau(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
497              enddo
498          endif
499
500!     ---------------------------------------------------!
501
502!     ---------------------------------------------------!
503!     COMPUTE INFRARED BRIGHTNESS TEMPERUATRES
504!     AND CLOUD TOP TEMPERATURE SATELLITE SHOULD SEE
505
506!     again this is only done if top_height = 1 or 3
507
508!     fluxtop is the 10.5 micron radiance at the top of the
509!              atmosphere
510!     trans_layers_above is the total transmissivity in the layers
511!             above the current layer
512!     fluxtop_clrsky(j) and trans_layers_above_clrsky(j) are the clear
513!             sky versions of these quantities.
514
515      if (top_height .eq. 1 .or. top_height .eq. 3) then
516
517
518        !----------------------------------------------------------------------
519
520        !             DO CLEAR SKY RADIANCE CALCULATION FIRST
521
522        !compute water vapor continuum emissivity
523        !this treatment follows Schwarkzopf and Ramasamy
524        !JGR 1999,vol 104, pages 9467-9499.
525        !the emissivity is calculated at a wavenumber of 955 cm-1,
526        !or 10.47 microns
527        wtmair = 28.9644
528        wtmh20 = 18.01534
529        Navo = 6.023E+23
530        grav = 9.806650E+02
531        pstd = 1.013250E+06
532        t0 = 296.
533        if (ncolprint .ne. 0)
534     &         write(6,*)  'ilev   pw (kg/m2)   tauwv(j)      dem_wv'
535        do 125 ilev=1,nlev
536          do j=1,npoints
537               !press and dpress are dyne/cm2 = Pascals *10
538               press(j) = pfull(j,ilev)*10.
539               dpress(j) = (phalf(j,ilev+1)-phalf(j,ilev))*10
540               !atmden = g/cm2 = kg/m2 / 10
541               atmden(j) = dpress(j)/grav
542               rvh20(j) = qv(j,ilev)*wtmair/wtmh20
543               wk(j) = rvh20(j)*Navo*atmden(j)/wtmair
544               rhoave(j) = (press(j)/pstd)*(t0/at(j,ilev))
545               rh20s(j) = rvh20(j)*rhoave(j)
546               rfrgn(j) = rhoave(j)-rh20s(j)
547               tmpexp(j) = exp(-0.02*(at(j,ilev)-t0))
548               tauwv(j) = wk(j)*1.e-20*(
549     &           (0.0224697*rh20s(j)*tmpexp(j)) +
550     &                (3.41817e-7*rfrgn(j)) )*0.98
551               dem_wv(j,ilev) = 1. - exp( -1. * tauwv(j))
552          enddo
553               if (ncolprint .ne. 0) then
554               do j=1,npoints ,1000
555               write(6,'(a10)') 'j='
556               write(6,'(8I10)') j
557               write(6,'(i2,1X,3(f8.3,3X))') ilev,
558     &           qv(j,ilev)*(phalf(j,ilev+1)-phalf(j,ilev))/(grav/100.),
559     &           tauwv(j),dem_wv(j,ilev)
560               enddo
561             endif
562125     continue
563
564        !initialize variables
565        do j=1,npoints
566          fluxtop_clrsky(j) = 0.
567          trans_layers_above_clrsky(j)=1.
568        enddo
569
570        do ilev=1,nlev
571          do j=1,npoints
572 
573            ! Black body emission at temperature of the layer
574
575              bb(j)=1 / ( exp(1307.27/at(j,ilev)) - 1. )
576              !bb(j)= 5.67e-8*at(j,ilev)**4
577
578              ! increase TOA flux by flux emitted from layer
579              ! times total transmittance in layers above
580
581                fluxtop_clrsky(j) = fluxtop_clrsky(j)
582     &            + dem_wv(j,ilev)*bb(j)*trans_layers_above_clrsky(j)
583           
584                ! update trans_layers_above with transmissivity
585              ! from this layer for next time around loop
586
587                trans_layers_above_clrsky(j)=
588     &            trans_layers_above_clrsky(j)*(1.-dem_wv(j,ilev))
589                   
590
591          enddo   
592            if (ncolprint.ne.0) then
593             do j=1,npoints ,1000
594              write(6,'(a10)') 'j='
595              write(6,'(8I10)') j
596              write (6,'(a)') 'ilev:'
597              write (6,'(I2)') ilev
598   
599              write (6,'(a)')
600     &        'emiss_layer,100.*bb(j),100.*f,total_trans:'
601              write (6,'(4(f7.2,1X))') dem_wv(j,ilev),100.*bb(j),
602     &             100.*fluxtop_clrsky(j),trans_layers_above_clrsky(j)
603             enddo   
604            endif
605
606        enddo   !loop over level
607       
608        do j=1,npoints
609          !add in surface emission
610          bb(j)=1/( exp(1307.27/skt(j)) - 1. )
611          !bb(j)=5.67e-8*skt(j)**4
612
613          fluxtop_clrsky(j) = fluxtop_clrsky(j) + emsfc_lw * bb(j)
614     &     * trans_layers_above_clrsky(j)
615     
616          !clear sky brightness temperature
617          meantbclr(j) = 1307.27/(log(1.+(1./fluxtop_clrsky(j))))
618         
619        enddo
620
621        if (ncolprint.ne.0) then
622        do j=1,npoints ,1000
623          write(6,'(a10)') 'j='
624          write(6,'(8I10)') j
625          write (6,'(a)') 'id:'
626          write (6,'(a)') 'surface'
627
628          write (6,'(a)') 'emsfc,100.*bb(j),100.*f,total_trans:'
629          write (6,'(5(f7.2,1X))') emsfc_lw,100.*bb(j),
630     &      100.*fluxtop_clrsky(j),
631     &       trans_layers_above_clrsky(j), meantbclr(j)
632        enddo
633      endif
634
635        !           END OF CLEAR SKY CALCULATION
636
637        !----------------------------------------------------------------
638
639
640
641        if (ncolprint.ne.0) then
642
643        do j=1,npoints ,1000
644            write(6,'(a10)') 'j='
645            write(6,'(8I10)') j
646            write (6,'(a)') 'ts:'
647            write (6,'(8f7.2)') (skt(j),ibox=1,ncolprint)
648   
649            write (6,'(a)') 'ta_rev:'
650            write (6,'(8f7.2)')
651     &       ((at(j,ilev2),ibox=1,ncolprint),ilev2=1,nlev)
652
653        enddo
654        endif
655        !loop over columns
656        do ibox=1,ncol
657          do j=1,npoints
658            fluxtop(j,ibox)=0.
659            trans_layers_above(j,ibox)=1.
660          enddo
661        enddo
662
663        do ilev=1,nlev
664              do j=1,npoints
665                ! Black body emission at temperature of the layer
666
667              bb(j)=1 / ( exp(1307.27/at(j,ilev)) - 1. )
668              !bb(j)= 5.67e-8*at(j,ilev)**4
669              enddo
670
671            do ibox=1,ncol
672              do j=1,npoints
673
674              ! emissivity for point in this layer
675                if (frac_out(j,ibox,ilev).eq.1) then
676                dem(j,ibox)= 1. -
677     &             ( (1. - dem_wv(j,ilev)) * (1. -  dem_s(j,ilev)) )
678                else if (frac_out(j,ibox,ilev).eq.2) then
679                dem(j,ibox)= 1. -
680     &             ( (1. - dem_wv(j,ilev)) * (1. -  dem_c(j,ilev)) )
681                else
682                dem(j,ibox)=  dem_wv(j,ilev)
683                end if
684               
685
686                ! increase TOA flux by flux emitted from layer
687              ! times total transmittance in layers above
688
689                fluxtop(j,ibox) = fluxtop(j,ibox)
690     &            + dem(j,ibox) * bb(j)
691     &            * trans_layers_above(j,ibox)
692           
693                ! update trans_layers_above with transmissivity
694              ! from this layer for next time around loop
695
696                trans_layers_above(j,ibox)=
697     &            trans_layers_above(j,ibox)*(1.-dem(j,ibox))
698
699              enddo ! j
700            enddo ! ibox
701
702            if (ncolprint.ne.0) then
703              do j=1,npoints,1000
704              write (6,'(a)') 'ilev:'
705              write (6,'(I2)') ilev
706   
707              write(6,'(a10)') 'j='
708              write(6,'(8I10)') j
709              write (6,'(a)') 'emiss_layer:'
710              write (6,'(8f7.2)') (dem(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
711       
712              write (6,'(a)') '100.*bb(j):'
713              write (6,'(8f7.2)') (100.*bb(j),ibox=1,ncolprint)
714       
715              write (6,'(a)') '100.*f:'
716              write (6,'(8f7.2)')
717     &         (100.*fluxtop(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
718       
719              write (6,'(a)') 'total_trans:'
720              write (6,'(8f7.2)')
721     &          (trans_layers_above(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
722            enddo
723          endif
724
725        enddo ! ilev
726
727
728          do j=1,npoints
729            !add in surface emission
730            bb(j)=1/( exp(1307.27/skt(j)) - 1. )
731            !bb(j)=5.67e-8*skt(j)**4
732          end do
733
734        do ibox=1,ncol
735          do j=1,npoints
736
737            !add in surface emission
738
739            fluxtop(j,ibox) = fluxtop(j,ibox)
740     &         + emsfc_lw * bb(j)
741     &         * trans_layers_above(j,ibox)
742           
743          end do
744        end do
745
746        !calculate mean infrared brightness temperature
747        do ibox=1,ncol
748          do j=1,npoints
749            meantb(j) = meantb(j)+1307.27/(log(1.+(1./fluxtop(j,ibox))))
750          end do
751        end do
752          do j=1, npoints
753            meantb(j) = meantb(j) / real(ncol)
754          end do       
755
756        if (ncolprint.ne.0) then
757
758          do j=1,npoints ,1000
759          write(6,'(a10)') 'j='
760          write(6,'(8I10)') j
761          write (6,'(a)') 'id:'
762          write (6,'(a)') 'surface'
763
764          write (6,'(a)') 'emiss_layer:'
765          write (6,'(8f7.2)') (dem(1,ibox),ibox=1,ncolprint)
766   
767          write (6,'(a)') '100.*bb(j):'
768          write (6,'(8f7.2)') (100.*bb(j),ibox=1,ncolprint)
769   
770          write (6,'(a)') '100.*f:'
771          write (6,'(8f7.2)') (100.*fluxtop(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
772         
773          write (6,'(a)') 'meantb(j):'
774          write (6,'(8f7.2)') (meantb(j),ibox=1,ncolprint)
775     
776          end do
777      endif
778   
779        !now that you have the top of atmosphere radiance account
780        !for ISCCP procedures to determine cloud top temperature
781
782        !account for partially transmitting cloud recompute flux
783        !ISCCP would see assuming a single layer cloud
784        !note choice here of 2.13, as it is primarily ice
785        !clouds which have partial emissivity and need the
786        !adjustment performed in this section
787
788      !If it turns out that the cloud brightness temperature
789      !is greater than 260K, then the liquid cloud conversion
790        !factor of 2.56 is used.
791
792        !Note that this is discussed on pages 85-87 of
793        !the ISCCP D level documentation (Rossow et al. 1996)
794           
795          do j=1,npoints 
796            !compute minimum brightness temperature and optical depth
797            btcmin(j) = 1. /  ( exp(1307.27/(attrop(j)-5.)) - 1. )
798          enddo
799        do ibox=1,ncol
800          do j=1,npoints 
801            transmax(j) = (fluxtop(j,ibox)-btcmin(j))
802     &                /(fluxtop_clrsky(j)-btcmin(j))
803          !note that the initial setting of tauir(j) is needed so that
804          !tauir(j) has a realistic value should the next if block be
805          !bypassed
806            tauir(j) = tau(j,ibox) * rec2p13
807            taumin(j) = -1. * log(max(min(transmax(j),0.9999999),0.001))
808
809          enddo
810
811          if (top_height .eq. 1) then
812            do j=1,npoints 
813              if (transmax(j) .gt. 0.001 .AND.
814     &          transmax(j) .le. 0.9999999) then
815                fluxtopinit(j) = fluxtop(j,ibox)
816              tauir(j) = tau(j,ibox) *rec2p13
817              endif
818            enddo
819            do icycle=1,2
820              do j=1,npoints 
821                if (tau(j,ibox) .gt. (tauchk            )) then
822                if (transmax(j) .gt. 0.001 .AND.
823     &            transmax(j) .le. 0.9999999) then
824                  emcld(j,ibox) = 1. - exp(-1. * tauir(j)  )
825                  fluxtop(j,ibox) = fluxtopinit(j) -   
826     &              ((1.-emcld(j,ibox))*fluxtop_clrsky(j))
827                  fluxtop(j,ibox)=max(1.E-06,
828     &              (fluxtop(j,ibox)/emcld(j,ibox)))
829                  tb(j,ibox)= 1307.27
830     &              / (log(1. + (1./fluxtop(j,ibox))))
831                  if (tb(j,ibox) .gt. 260.) then
832                  tauir(j) = tau(j,ibox) / 2.56
833                  end if                   
834                end if
835                end if
836              enddo
837            enddo
838               
839          endif
840       
841          do j=1,npoints
842            if (tau(j,ibox) .gt. (tauchk            )) then
843                !cloudy box
844                !NOTE: tb is the cloud-top temperature not infrared brightness temperature
845                !at this point in the code
846                tb(j,ibox)= 1307.27/ (log(1. + (1./fluxtop(j,ibox))))
847                if (top_height.eq.1.AND.tauir(j).lt.taumin(j)) then
848                         tb(j,ibox) = attrop(j) - 5.
849                   tau(j,ibox) = 2.13*taumin(j)
850                end if
851            else
852                !clear sky brightness temperature
853                tb(j,ibox) = meantbclr(j)
854            end if
855          enddo ! j
856        enddo ! ibox
857
858        if (ncolprint.ne.0) then
859
860          do j=1,npoints,1000
861          write(6,'(a10)') 'j='
862          write(6,'(8I10)') j
863
864          write (6,'(a)') 'attrop:'
865          write (6,'(8f7.2)') (attrop(j))
866   
867          write (6,'(a)') 'btcmin:'
868          write (6,'(8f7.2)') (btcmin(j))
869   
870          write (6,'(a)') 'fluxtop_clrsky*100:'
871          write (6,'(8f7.2)')
872     &      (100.*fluxtop_clrsky(j))
873
874          write (6,'(a)') '100.*f_adj:'
875          write (6,'(8f7.2)') (100.*fluxtop(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
876   
877          write (6,'(a)') 'transmax:'
878          write (6,'(8f7.2)') (transmax(ibox),ibox=1,ncolprint)
879   
880          write (6,'(a)') 'tau:'
881          write (6,'(8f7.2)') (tau(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
882   
883          write (6,'(a)') 'emcld:'
884          write (6,'(8f7.2)') (emcld(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
885   
886          write (6,'(a)') 'total_trans:'
887          write (6,'(8f7.2)')
888     &        (trans_layers_above(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
889   
890          write (6,'(a)') 'total_emiss:'
891          write (6,'(8f7.2)')
892     &        (1.0-trans_layers_above(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)') 'ppout:'
899          write (6,'(8f7.2)') (tb(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
900          enddo ! j
901      endif
902
903      end if
904
905!     ---------------------------------------------------!
906
907!     ---------------------------------------------------!
908!     DETERMINE CLOUD TOP PRESSURE
909
910!     again the 2 methods differ according to whether
911!     or not you use the physical cloud top pressure (top_height = 2)
912!     or the radiatively determined cloud top pressure (top_height = 1 or 3)
913
914      !compute cloud top pressure
915      do 30 ibox=1,ncol
916        !segregate according to optical thickness
917        if (top_height .eq. 1 .or. top_height .eq. 3) then 
918          !find level whose temperature
919          !most closely matches brightness temperature
920          do j=1,npoints
921            nmatch(j)=0
922          enddo
923          do 29 k1=1,nlev-1
924            if (top_height_direction .eq. 2) then
925              ilev = nlev - k1
926            else
927              ilev = k1
928            end if
929            !cdir nodep
930            do j=1,npoints
931             if (ilev .ge. itrop(j)) then
932              if ((at(j,ilev)   .ge. tb(j,ibox) .AND.
933     &          at(j,ilev+1) .le. tb(j,ibox)) .or.
934     &          (at(j,ilev) .le. tb(j,ibox) .AND.
935     &          at(j,ilev+1) .ge. tb(j,ibox))) then
936                nmatch(j)=nmatch(j)+1
937                match(j,nmatch(j))=ilev
938              end if 
939             end if                         
940            enddo
94129        continue
942
943          do j=1,npoints
944            if (nmatch(j) .ge. 1) then
945              k1 = match(j,nmatch(j))
946              k2 = k1 + 1
947              logp1 = log(pfull(j,k1))
948              logp2 = log(pfull(j,k2))
949              atd = max(tauchk,abs(at(j,k2) - at(j,k1)))
950              logp=logp1+(logp2-logp1)*abs(tb(j,ibox)-at(j,k1))/atd
951              ptop(j,ibox) = exp(logp)
952              if(abs(pfull(j,k1)-ptop(j,ibox)) .lt.
953     &            abs(pfull(j,k2)-ptop(j,ibox))) then
954                 levmatch(j,ibox)=k1
955              else
956                 levmatch(j,ibox)=k2
957              end if   
958            else
959              if (tb(j,ibox) .le. attrop(j)) then
960                ptop(j,ibox)=ptrop(j)
961                levmatch(j,ibox)=itrop(j)
962              end if
963              if (tb(j,ibox) .ge. atmax(j)) then
964                ptop(j,ibox)=pfull(j,nlev)
965                levmatch(j,ibox)=nlev
966              end if                               
967            end if
968          enddo ! j
969
970        else ! if (top_height .eq. 1 .or. top_height .eq. 3)
971 
972          do j=1,npoints     
973            ptop(j,ibox)=0.
974          enddo
975          do ilev=1,nlev
976            do j=1,npoints     
977              if ((ptop(j,ibox) .eq. 0. )
978     &           .AND.(frac_out(j,ibox,ilev) .ne. 0)) then
979                ptop(j,ibox)=phalf(j,ilev)
980              levmatch(j,ibox)=ilev
981              end if
982            end do
983          end do
984        end if                           
985         
986        do j=1,npoints
987          if (tau(j,ibox) .le. (tauchk            )) then
988            ptop(j,ibox)=0.
989            levmatch(j,ibox)=0     
990          endif
991        enddo
992
99330    continue
994
995
996!     ---------------------------------------------------!
997
998!     ---------------------------------------------------!
999!     DETERMINE ISCCP CLOUD TYPE FREQUENCIES
1000
1001!     Now that ptop and tau have been determined,
1002!     determine amount of each of the 49 ISCCP cloud
1003!     types
1004
1005!     Also compute grid box mean cloud top pressure and
1006!     optical thickness.  The mean cloud top pressure and
1007!     optical thickness are averages over the cloudy
1008!     area only. The mean cloud top pressure is a linear
1009!     average of the cloud top pressures.  The mean cloud
1010!     optical thickness is computed by converting optical
1011!     thickness to an albedo, averaging in albedo units,
1012!     then converting the average albedo back to a mean
1013!     optical thickness. 
1014
1015      !compute isccp frequencies
1016
1017      !reset frequencies
1018      do 38 ilev=1,7
1019      do 38 ilev2=1,7
1020        do j=1,npoints !
1021             if (sunlit(j).eq.1 .or. top_height .eq. 3) then
1022                fq_isccp(j,ilev,ilev2)= 0.
1023             else
1024                fq_isccp(j,ilev,ilev2)= output_missing_value
1025             end if
1026        enddo
102738    continue
1028
1029      !reset variables need for averaging cloud properties
1030      do j=1,npoints
1031        if (sunlit(j).eq.1 .or. top_height .eq. 3) then
1032             totalcldarea(j) = 0.
1033             meanalbedocld(j) = 0.
1034             meanptop(j) = 0.
1035             meantaucld(j) = 0.
1036        else
1037             totalcldarea(j) = output_missing_value
1038             meanalbedocld(j) = output_missing_value
1039             meanptop(j) = output_missing_value
1040             meantaucld(j) = output_missing_value
1041        end if
1042      enddo ! j
1043
1044      boxarea = 1./real(ncol)
1045     
1046      do 39 ibox=1,ncol
1047        do j=1,npoints
1048
1049          if (tau(j,ibox) .gt. (tauchk            )
1050     &      .AND. ptop(j,ibox) .gt. 0.) then
1051              box_cloudy(j,ibox)=.true.
1052          endif
1053
1054          if (box_cloudy(j,ibox)) then
1055
1056              if (sunlit(j).eq.1 .or. top_height .eq. 3) then
1057
1058                boxtau(j,ibox) = tau(j,ibox)
1059
1060                if (tau(j,ibox) .ge. isccp_taumin) then
1061                   totalcldarea(j) = totalcldarea(j) + boxarea
1062               
1063                   !convert optical thickness to albedo
1064                   albedocld(j,ibox)
1065     &             = (tau(j,ibox)**0.895)/((tau(j,ibox)**0.895)+6.82)
1066         
1067                   !contribute to averaging
1068                   meanalbedocld(j) = meanalbedocld(j)
1069     &                                +albedocld(j,ibox)*boxarea
1070
1071                end if
1072
1073            endif
1074
1075          endif
1076
1077          if (sunlit(j).eq.1 .or. top_height .eq. 3) then
1078
1079           if (box_cloudy(j,ibox)) then
1080         
1081              !convert ptop to millibars
1082              ptop(j,ibox)=ptop(j,ibox) / 100.
1083           
1084              !save for output cloud top pressure and optical thickness
1085              boxptop(j,ibox) = ptop(j,ibox)
1086   
1087              if (tau(j,ibox) .ge. isccp_taumin) then
1088                meanptop(j) = meanptop(j) + ptop(j,ibox)*boxarea
1089              end if           
1090
1091              !reset itau(j), ipres(j)
1092              itau(j) = 0
1093              ipres(j) = 0
1094
1095              !determine optical depth category
1096              if (tau(j,ibox) .lt. isccp_taumin) then
1097                  itau(j)=1
1098              else if (tau(j,ibox) .ge. isccp_taumin
1099     &                                   
1100     &          .AND. tau(j,ibox) .lt. 1.3) then
1101                itau(j)=2
1102              else if (tau(j,ibox) .ge. 1.3
1103     &          .AND. tau(j,ibox) .lt. 3.6) then
1104                itau(j)=3
1105              else if (tau(j,ibox) .ge. 3.6
1106     &          .AND. tau(j,ibox) .lt. 9.4) then
1107                  itau(j)=4
1108              else if (tau(j,ibox) .ge. 9.4
1109     &          .AND. tau(j,ibox) .lt. 23.) then
1110                  itau(j)=5
1111              else if (tau(j,ibox) .ge. 23.
1112     &          .AND. tau(j,ibox) .lt. 60.) then
1113                  itau(j)=6
1114              else if (tau(j,ibox) .ge. 60.) then
1115                  itau(j)=7
1116              end if
1117
1118              !determine cloud top pressure category
1119              if (    ptop(j,ibox) .gt. 0. 
1120     &          .AND.ptop(j,ibox) .lt. 180.) then
1121                  ipres(j)=1
1122              else if(ptop(j,ibox) .ge. 180.
1123     &          .AND.ptop(j,ibox) .lt. 310.) then
1124                  ipres(j)=2
1125              else if(ptop(j,ibox) .ge. 310.
1126     &          .AND.ptop(j,ibox) .lt. 440.) then
1127                  ipres(j)=3
1128              else if(ptop(j,ibox) .ge. 440.
1129     &          .AND.ptop(j,ibox) .lt. 560.) then
1130                  ipres(j)=4
1131              else if(ptop(j,ibox) .ge. 560.
1132     &          .AND.ptop(j,ibox) .lt. 680.) then
1133                  ipres(j)=5
1134              else if(ptop(j,ibox) .ge. 680.
1135     &          .AND.ptop(j,ibox) .lt. 800.) then
1136                  ipres(j)=6
1137              else if(ptop(j,ibox) .ge. 800.) then
1138                  ipres(j)=7
1139              end if
1140
1141              !update frequencies
1142              if(ipres(j) .gt. 0.AND.itau(j) .gt. 0) then
1143              fq_isccp(j,itau(j),ipres(j))=
1144     &          fq_isccp(j,itau(j),ipres(j))+ boxarea
1145              end if
1146
1147            end if
1148
1149          end if
1150                       
1151        enddo ! j
115239    continue
1153     
1154      !compute mean cloud properties
1155      do j=1,npoints
1156        if (totalcldarea(j) .gt. 0.) then
1157          ! code above guarantees that totalcldarea > 0
1158          ! only if sunlit .eq. 1 .or. top_height = 3
1159          ! and applies only to clouds with tau > isccp_taumin
1160          meanptop(j) = meanptop(j) / totalcldarea(j)
1161          meanalbedocld(j) = meanalbedocld(j) / totalcldarea(j)
1162          meantaucld(j) = (6.82/((1./meanalbedocld(j))-1.))**(1./0.895)
1163        else
1164          ! this code is necessary so that in the case that totalcldarea = 0.,
1165          ! that these variables, which are in-cloud averages, are set to missing
1166          ! note that totalcldarea will be 0. if all the clouds in the grid box have
1167          ! tau < isccp_taumin
1168          meanptop(j) = output_missing_value
1169          meanalbedocld(j) = output_missing_value
1170          meantaucld(j) = output_missing_value
1171        end if
1172      enddo ! j
1173
1174!     ---------------------------------------------------!
1175
1176!     ---------------------------------------------------!
1177!     OPTIONAL PRINTOUT OF DATA TO CHECK PROGRAM
1178
1179      if (debugcol.ne.0) then
1180
1181         do j=1,npoints,debugcol
1182
1183            !produce character output
1184            do ilev=1,nlev
1185              do ibox=1,ncol
1186                   acc(ilev,ibox)=0
1187              enddo
1188            enddo
1189
1190            do ilev=1,nlev
1191              do ibox=1,ncol
1192                   acc(ilev,ibox)=frac_out(j,ibox,ilev)*2
1193                   if (levmatch(j,ibox) .eq. ilev)
1194     &                 acc(ilev,ibox)=acc(ilev,ibox)+1
1195              enddo
1196            enddo
1197
1198             !print test
1199
1200          write(ftn09,11) j
120111        format('ftn09.',i4.4)
1202          open(9, FILE=ftn09, FORM='FORMATTED')
1203
1204             write(9,'(a1)') ' '
1205             write(9,'(10i5)')
1206     &                  (ilev,ilev=5,nlev,5)
1207             write(9,'(a1)') ' '
1208             
1209             do ibox=1,ncol
1210               write(9,'(40(a1),1x,40(a1))')
1211     &           (cchar_realtops(acc(ilev,ibox)+1),ilev=1,nlev)
1212     &           ,(cchar(acc(ilev,ibox)+1),ilev=1,nlev)
1213             end do
1214             close(9)
1215
1216             if (ncolprint.ne.0) then
1217               write(6,'(a1)') ' '
1218                    write(6,'(a2,1X,5(a7,1X),a50)')
1219     &                  'ilev',
1220     &                  'pfull','at',
1221     &                  'cc*100','dem_s','dtau_s',
1222     &                  'cchar'
1223
1224!               do 4012 ilev=1,nlev
1225!                    write(6,'(60i2)') (box(i,ilev),i=1,ncolprint)
1226!                   write(6,'(i2,1X,5(f7.2,1X),50(a1))')
1227!     &                  ilev,
1228!     &                  pfull(j,ilev)/100.,at(j,ilev),
1229!     &                  cc(j,ilev)*100.0,dem_s(j,ilev),dtau_s(j,ilev)
1230!     &                  ,(cchar(acc(ilev,ibox)+1),ibox=1,ncolprint)
1231!4012           continue
1232               write (6,'(a)') 'skt(j):'
1233               write (6,'(8f7.2)') skt(j)
1234                                     
1235               write (6,'(8I7)') (ibox,ibox=1,ncolprint)
1236           
1237               write (6,'(a)') 'tau:'
1238               write (6,'(8f7.2)') (tau(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
1239   
1240               write (6,'(a)') 'tb:'
1241               write (6,'(8f7.2)') (tb(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
1242   
1243               write (6,'(a)') 'ptop:'
1244               write (6,'(8f7.2)') (ptop(j,ibox),ibox=1,ncolprint)
1245             endif
1246   
1247        enddo
1248       
1249      end if
1250
1251      return
1252      end
1253
1254
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.