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MODULE lmdz_screenp

  ! This module contains some procedures for calculation of the first
  ! guess of temperature, specific humidity and wind at a reference level
  ! coefficients for turbulent diffusion at surface

  IMPLICIT NONE; PRIVATE
  PUBLIC screenp, screenpn

CONTAINS

  !****************************************************************************************

  !r original routine

  SUBROUTINE screenp(klon, knon, &
          speed, tair, qair, &
          ts, qsurf, rugos, lmon, &
          ustar, testar, qstar, zref, &
          delu, delte, delq)
    IMPLICIT NONE
    !-------------------------------------------------------------------------

    ! Objet : calcul "predicteur" des anomalies du vent, de la temperature
    !         potentielle et de l'humidite relative au niveau de reference zref et
    !         par rapport au 1er niveau (pour u) ou a la surface (pour theta et q)
    !         a partir des relations de Dyer-Businger.

    ! Reference : Hess, Colman et McAvaney (1995)

    ! I. Musat, 01.07.2002
    !-------------------------------------------------------------------------

    ! klon----input-I- dimension de la grille physique (= nb_pts_latitude X nb_pts_longitude)
    ! knon----input-I- nombre de points pour un type de surface
    ! speed---input-R- module du vent au 1er niveau du modele
    ! tair----input-R- temperature de l'air au 1er niveau du modele
    ! qair----input-R- humidite relative au 1er niveau du modele
    ! ts------input-R- temperature de l'air a la surface
    ! qsurf---input-R- humidite relative a la surface
    ! rugos---input-R- rugosite
    ! lmon----input-R- longueur de Monin-Obukov
    ! ustar---input-R- facteur d'echelle pour le vent
    ! testar--input-R- facteur d'echelle pour la temperature potentielle
    ! qstar---input-R- facteur d'echelle pour l'humidite relative
    ! zref----input-R- altitude de reference

    ! delu----input-R- anomalie du vent par rapport au 1er niveau
    ! delte---input-R- anomalie de la temperature potentielle par rapport a la surface
    ! delq----input-R- anomalie de l'humidite relative par rapport a la surface

    INTEGER, INTENT(IN) :: klon, knon
    REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: speed, tair, qair
    REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: ts, qsurf, rugos
    DOUBLE PRECISION, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: lmon
    REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: ustar, testar, qstar
    REAL, INTENT(IN) :: zref

    REAL, DIMENSION(klon), INTENT(OUT) :: delu, delte, delq

    !-------------------------------------------------------------------------
    ! Variables locales et constantes :
    REAL, PARAMETER :: RKAR = 0.40
    INTEGER :: i
    REAL :: xtmp, xtmp0
    !-------------------------------------------------------------------------
    DO i = 1, knon

      IF (lmon(i)>=0.) THEN

        ! STABLE CASE

        IF (speed(i)>1.5.AND.lmon(i)<=1.0                        &
                .AND. rugos(i)<=1.0) THEN
          delu(i) = (ustar(i) / RKAR) * &
                  (log(zref / (rugos(i)) + 1.) + &
                          min(5.d0, 5.0 * (zref - rugos(i)) / lmon(i)))
          delte(i) = (testar(i) / RKAR) * &
                  (log(zref / (rugos(i)) + 1.) + &
                          min(5.d0, 5.0 * (zref - rugos(i)) / lmon(i)))
          delq(i) = (qstar(i) / RKAR) * &
                  (log(zref / (rugos(i)) + 1.) + &
                          min(5.d0, 5.0 * (zref - rugos(i)) / lmon(i)))
        ELSE
          delu(i) = 0.1 * speed(i)
          delte(i) = 0.1 * (tair(i) - ts(i))
          delq(i) = 0.1 * (max(qair(i), 0.0) - max(qsurf(i), 0.0))
        ENDIF
      ELSE

        ! UNSTABLE CASE

        IF (speed(i)>5.0.AND.abs(lmon(i))<=50.0) THEN
          xtmp = (1. - 16. * (zref / lmon(i)))**(1. / 4.)
          xtmp0 = (1. - 16. * (rugos(i) / lmon(i)))**(1. / 4.)
          delu(i) = (ustar(i) / RKAR) * &
                  (log(zref / (rugos(i)) + 1.) &
                          - 2. * log(0.5 * (1. + xtmp)) &
                          + 2. * log(0.5 * (1. + xtmp0)) &
                          - log(0.5 * (1. + xtmp * xtmp)) &
                          + log(0.5 * (1. + xtmp0 * xtmp0)) &
                          + 2. * atan(xtmp) - 2. * atan(xtmp0))
          delte(i) = (testar(i) / RKAR) * &
                  (log(zref / (rugos(i)) + 1.) &
                          - 2.0 * log(0.5 * (1. + xtmp * xtmp)) &
                          + 2.0 * log(0.5 * (1. + xtmp0 * xtmp0)))
          delq(i) = (qstar(i) / RKAR) * &
                  (log(zref / (rugos(i)) + 1.) &
                          - 2.0 * log(0.5 * (1. + xtmp * xtmp)) &
                          + 2.0 * log(0.5 * (1. + xtmp0 * xtmp0)))
        ELSE
          delu(i) = 0.5 * speed(i)
          delte(i) = 0.5 * (tair(i) - ts(i))
          delq(i) = 0.5 * (max(qair(i), 0.0) - max(qsurf(i), 0.0))
        ENDIF
      ENDIF

    ENDDO

  END SUBROUTINE screenp

  SUBROUTINE screenpn(klon, knon, speed, tair, qair, ts, qsurf, zri1, delu, delte, delq)
    IMPLICIT NONE
    !-------------------------------------------------------------------------

    ! Objet : calcul "predicteur" des anomalies du vent, de la temperature
    !         potentielle et de l'humidite relative au niveau de reference zref et
    !         par rapport au 1er niveau (pour u) ou a la surface (pour theta et q)
    !         a partir des relations de Dyer-Businger.

    ! Reference : Hess, Colman et McAvaney (1995)

    ! I. Musat, 01.07.2002
    !-------------------------------------------------------------------------

    ! klon----input-I- dimension de la grille physique (= nb_pts_latitude X nb_pts_longitude)
    ! knon----input-I- nombre de points pour un type de surface
    ! speed---input-R- module du vent au 1er niveau du modele
    ! tair----input-R- temperature de l'air au 1er niveau du modele
    ! qair----input-R- humidite relative au 1er niveau du modele
    ! ts------input-R- temperature de l'air a la surface
    ! qsurf---input-R- humidite relative a la surface

    ! delu----input-R- anomalie du vent par rapport au 1er niveau
    ! delte---input-R- anomalie de la temperature potentielle par rapport a la surface
    ! delq----input-R- anomalie de l'humidite relative par rapport a la surface

    INTEGER, INTENT(IN) :: klon, knon
    REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: speed, tair, qair
    REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: ts, qsurf
    REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: zri1

    REAL, DIMENSION(klon), INTENT(OUT) :: delu, delte, delq

    !-------------------------------------------------------------------------
    ! Variables locales et constantes :
    REAL, PARAMETER :: RKAR = 0.40
    INTEGER :: i
    !-------------------------------------------------------------------------
    DO i = 1, knon

      IF (zri1(i)>=0.) THEN
        delu(i) = 0.1 * speed(i)
        delte(i) = 0.1 * (tair(i) - ts(i))
        delq(i) = 0.1 * (max(qair(i), 0.0) - max(qsurf(i), 0.0))
      ELSE
        delu(i) = 0.5 * speed(i)
        delte(i) = 0.5 * (tair(i) - ts(i))
        delq(i) = 0.5 * (max(qair(i), 0.0) - max(qsurf(i), 0.0))
      ENDIF

    ENDDO

  END SUBROUTINE screenpn
END MODULE lmdz_screenp