source: palm/trunk/LIB/rrtmg/rrtmg_lw_cldprmc.f90 @ 1585

Last change on this file since 1585 was 1585, checked in by maronga, 6 years ago

Added support for RRTMG radiation code

File size: 12.7 KB
Line 
1!     path:      $Source: /storm/rc1/cvsroot/rc/rrtmg_lw/src/rrtmg_lw_cldprmc.f90,v $
2!     author:    $Author: miacono $
3!     revision:  $Revision: 1.9 $
4!     created:   $Date: 2011/04/08 20:25:00 $
5!
6      module rrtmg_lw_cldprmc
7
8!  --------------------------------------------------------------------------
9! |                                                                          |
10! |  Copyright 2002-2009, Atmospheric & Environmental Research, Inc. (AER).  |
11! |  This software may be used, copied, or redistributed as long as it is    |
12! |  not sold and this copyright notice is reproduced on each copy made.     |
13! |  This model is provided as is without any express or implied warranties. |
14! |                       (http://www.rtweb.aer.com/)                        |
15! |                                                                          |
16!  --------------------------------------------------------------------------
17
18! --------- Modules ----------
19
20      use parkind, only : im => kind_im, rb => kind_rb
21      use parrrtm, only : ngptlw, nbndlw
22      use rrlw_cld, only: abscld1, absliq0, absliq1, &
23                          absice0, absice1, absice2, absice3
24      use rrlw_wvn, only: ngb
25      use rrlw_vsn, only: hvrclc, hnamclc
26
27      implicit none
28
29      contains
30
31! ------------------------------------------------------------------------------
32      subroutine cldprmc(nlayers, inflag, iceflag, liqflag, cldfmc, &
33                         ciwpmc, clwpmc, reicmc, relqmc, ncbands, taucmc)
34! ------------------------------------------------------------------------------
35
36! Purpose:  Compute the cloud optical depth(s) for each cloudy layer.
37
38! ------- Input -------
39
40      integer(kind=im), intent(in) :: nlayers         ! total number of layers
41      integer(kind=im), intent(in) :: inflag          ! see definitions
42      integer(kind=im), intent(in) :: iceflag         ! see definitions
43      integer(kind=im), intent(in) :: liqflag         ! see definitions
44
45      real(kind=rb), intent(in) :: cldfmc(:,:)        ! cloud fraction [mcica]
46                                                      !    Dimensions: (ngptlw,nlayers)
47      real(kind=rb), intent(in) :: ciwpmc(:,:)        ! cloud ice water path [mcica]
48                                                      !    Dimensions: (ngptlw,nlayers)
49      real(kind=rb), intent(in) :: clwpmc(:,:)        ! cloud liquid water path [mcica]
50                                                      !    Dimensions: (ngptlw,nlayers)
51      real(kind=rb), intent(in) :: relqmc(:)          ! liquid particle effective radius (microns)
52                                                      !    Dimensions: (nlayers)
53      real(kind=rb), intent(in) :: reicmc(:)          ! ice particle effective radius (microns)
54                                                      !    Dimensions: (nlayers)
55                                                      ! specific definition of reicmc depends on setting of iceflag:
56                                                      ! iceflag = 0: ice effective radius, r_ec, (Ebert and Curry, 1992),
57                                                      !              r_ec must be >= 10.0 microns
58                                                      ! iceflag = 1: ice effective radius, r_ec, (Ebert and Curry, 1992),
59                                                      !              r_ec range is limited to 13.0 to 130.0 microns
60                                                      ! iceflag = 2: ice effective radius, r_k, (Key, Streamer Ref. Manual, 1996)
61                                                      !              r_k range is limited to 5.0 to 131.0 microns
62                                                      ! iceflag = 3: generalized effective size, dge, (Fu, 1996),
63                                                      !              dge range is limited to 5.0 to 140.0 microns
64                                                      !              [dge = 1.0315 * r_ec]
65
66! ------- Output -------
67
68      integer(kind=im), intent(out) :: ncbands        ! number of cloud spectral bands
69      real(kind=rb), intent(inout) :: taucmc(:,:)     ! cloud optical depth [mcica]
70                                                      !    Dimensions: (ngptlw,nlayers)
71
72! ------- Local -------
73
74      integer(kind=im) :: lay                         ! Layer index
75      integer(kind=im) :: ib                          ! spectral band index
76      integer(kind=im) :: ig                          ! g-point interval index
77      integer(kind=im) :: index
78      integer(kind=im) :: icb(nbndlw)
79
80      real(kind=rb) :: abscoice(ngptlw)               ! ice absorption coefficients
81      real(kind=rb) :: abscoliq(ngptlw)               ! liquid absorption coefficients
82      real(kind=rb) :: cwp                            ! cloud water path
83      real(kind=rb) :: radice                         ! cloud ice effective size (microns)
84      real(kind=rb) :: factor                         !
85      real(kind=rb) :: fint                           !
86      real(kind=rb) :: radliq                         ! cloud liquid droplet radius (microns)
87      real(kind=rb), parameter :: eps = 1.e-6_rb      ! epsilon
88      real(kind=rb), parameter :: cldmin = 1.e-20_rb  ! minimum value for cloud quantities
89
90! ------- Definitions -------
91
92!     Explanation of the method for each value of INFLAG.  Values of
93!     0 or 1 for INFLAG do not distingish being liquid and ice clouds.
94!     INFLAG = 2 does distinguish between liquid and ice clouds, and
95!     requires further user input to specify the method to be used to
96!     compute the aborption due to each.
97!     INFLAG = 0:  For each cloudy layer, the cloud fraction and (gray)
98!                  optical depth are input. 
99!     INFLAG = 1:  For each cloudy layer, the cloud fraction and cloud
100!                  water path (g/m2) are input.  The (gray) cloud optical
101!                  depth is computed as in CCM2.
102!     INFLAG = 2:  For each cloudy layer, the cloud fraction, cloud
103!                  water path (g/m2), and cloud ice fraction are input.
104!       ICEFLAG = 0:  The ice effective radius (microns) is input and the
105!                     optical depths due to ice clouds are computed as in CCM3.
106!       ICEFLAG = 1:  The ice effective radius (microns) is input and the
107!                     optical depths due to ice clouds are computed as in
108!                     Ebert and Curry, JGR, 97, 3831-3836 (1992).  The
109!                     spectral regions in this work have been matched with
110!                     the spectral bands in RRTM to as great an extent
111!                     as possible: 
112!                     E&C 1      IB = 5      RRTM bands 9-16
113!                     E&C 2      IB = 4      RRTM bands 6-8
114!                     E&C 3      IB = 3      RRTM bands 3-5
115!                     E&C 4      IB = 2      RRTM band 2
116!                     E&C 5      IB = 1      RRTM band 1
117!       ICEFLAG = 2:  The ice effective radius (microns) is input and the
118!                     optical properties due to ice clouds are computed from
119!                     the optical properties stored in the RT code,
120!                     STREAMER v3.0 (Reference: Key. J., Streamer
121!                     User's Guide, Cooperative Institute for
122!                     Meteorological Satellite Studies, 2001, 96 pp.).
123!                     Valid range of values for re are between 5.0 and
124!                     131.0 micron.
125!       ICEFLAG = 3: The ice generalized effective size (dge) is input
126!                    and the optical properties, are calculated as in
127!                    Q. Fu, J. Climate, (1998). Q. Fu provided high resolution
128!                    tables which were appropriately averaged for the
129!                    bands in RRTM_LW.  Linear interpolation is used to
130!                    get the coefficients from the stored tables.
131!                    Valid range of values for dge are between 5.0 and
132!                    140.0 micron.
133!       LIQFLAG = 0:  The optical depths due to water clouds are computed as
134!                     in CCM3.
135!       LIQFLAG = 1:  The water droplet effective radius (microns) is input
136!                     and the optical depths due to water clouds are computed
137!                     as in Hu and Stamnes, J., Clim., 6, 728-742, (1993).
138!                     The values for absorption coefficients appropriate for
139!                     the spectral bands in RRTM have been obtained for a
140!                     range of effective radii by an averaging procedure
141!                     based on the work of J. Pinto (private communication).
142!                     Linear interpolation is used to get the absorption
143!                     coefficients for the input effective radius.
144
145      data icb /1,2,3,3,3,4,4,4,5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5/
146
147      hvrclc = '$Revision: 1.9 $'
148
149      ncbands = 1
150
151! This initialization is done in rrtmg_lw_subcol.F90.
152!      do lay = 1, nlayers
153!         do ig = 1, ngptlw
154!            taucmc(ig,lay) = 0.0_rb
155!         enddo
156!      enddo
157
158! Main layer loop
159      do lay = 1, nlayers
160
161        do ig = 1, ngptlw
162          cwp = ciwpmc(ig,lay) + clwpmc(ig,lay)
163          if (cldfmc(ig,lay) .ge. cldmin .and. &
164             (cwp .ge. cldmin .or. taucmc(ig,lay) .ge. cldmin)) then
165
166! Ice clouds and water clouds combined.
167            if (inflag .eq. 0) then
168! Cloud optical depth already defined in taucmc, return to main program
169               return
170
171            elseif(inflag .eq. 1) then
172                stop 'INFLAG = 1 OPTION NOT AVAILABLE WITH MCICA'
173!               cwp = ciwpmc(ig,lay) + clwpmc(ig,lay)
174!               taucmc(ig,lay) = abscld1 * cwp
175
176! Separate treatement of ice clouds and water clouds.
177            elseif(inflag .eq. 2) then
178               radice = reicmc(lay)
179
180! Calculation of absorption coefficients due to ice clouds.
181               if (ciwpmc(ig,lay) .eq. 0.0_rb) then
182                  abscoice(ig) = 0.0_rb
183
184               elseif (iceflag .eq. 0) then
185                  if (radice .lt. 10.0_rb) stop 'ICE RADIUS TOO SMALL'
186                  abscoice(ig) = absice0(1) + absice0(2)/radice
187
188               elseif (iceflag .eq. 1) then
189                  if (radice .lt. 13.0_rb .or. radice .gt. 130._rb) stop &
190                      'ICE RADIUS OUT OF BOUNDS'
191                  ncbands = 5
192                  ib = icb(ngb(ig))
193                  abscoice(ig) = absice1(1,ib) + absice1(2,ib)/radice
194
195! For iceflag=2 option, ice particle effective radius is limited to 5.0 to 131.0 microns
196
197               elseif (iceflag .eq. 2) then
198                  if (radice .lt. 5.0_rb .or. radice .gt. 131.0_rb) stop 'ICE RADIUS OUT OF BOUNDS'
199                     ncbands = 16
200                     factor = (radice - 2._rb)/3._rb
201                     index = int(factor)
202                     if (index .eq. 43) index = 42
203                     fint = factor - real(index)
204                     ib = ngb(ig)
205                     abscoice(ig) = &
206                         absice2(index,ib) + fint * &
207                         (absice2(index+1,ib) - (absice2(index,ib))) 
208               
209! For iceflag=3 option, ice particle generalized effective size is limited to 5.0 to 140.0 microns
210
211               elseif (iceflag .eq. 3) then
212                  if (radice .lt. 5.0_rb .or. radice .gt. 140.0_rb) stop 'ICE GENERALIZED EFFECTIVE SIZE OUT OF BOUNDS'
213                     ncbands = 16
214                     factor = (radice - 2._rb)/3._rb
215                     index = int(factor)
216                     if (index .eq. 46) index = 45
217                     fint = factor - real(index)
218                     ib = ngb(ig)
219                     abscoice(ig) = &
220                         absice3(index,ib) + fint * &
221                         (absice3(index+1,ib) - (absice3(index,ib)))
222   
223               endif
224                 
225! Calculation of absorption coefficients due to water clouds.
226               if (clwpmc(ig,lay) .eq. 0.0_rb) then
227                  abscoliq(ig) = 0.0_rb
228
229               elseif (liqflag .eq. 0) then
230                   abscoliq(ig) = absliq0
231
232               elseif (liqflag .eq. 1) then
233                  radliq = relqmc(lay)
234                  if (radliq .lt. 2.5_rb .or. radliq .gt. 60._rb) stop &
235                       'LIQUID EFFECTIVE RADIUS OUT OF BOUNDS'
236                  index = int(radliq - 1.5_rb)
237                  if (index .eq. 0) index = 1
238                  if (index .eq. 58) index = 57
239                  fint = radliq - 1.5_rb - real(index)
240                  ib = ngb(ig)
241                  abscoliq(ig) = &
242                        absliq1(index,ib) + fint * &
243                        (absliq1(index+1,ib) - (absliq1(index,ib)))
244               endif
245
246               taucmc(ig,lay) = ciwpmc(ig,lay) * abscoice(ig) + &
247                                clwpmc(ig,lay) * abscoliq(ig)
248
249            endif
250         endif
251         enddo
252      enddo
253
254      end subroutine cldprmc
255
256      end module rrtmg_lw_cldprmc
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.