phys/module_cam_mp_radconstants.F

   1 #define WRF_PORT
   2 #define MODAL_AERO
   3 ! Updated to CESM1.0.3 (CAM5.1.01) by Balwinder.Singh@pnnl.gov
   4
   5 module radconstants
   6
   7 ! This module contains constants that are specific to the radiative transfer
   8 ! code used in the CAM3 model.
   9
  10 use shr_kind_mod,   only: r8 => shr_kind_r8
  11 #ifndef WRF_PORT
  12   use abortutils,     only: endrun
  13 #else
  14   use module_cam_support,    only: endrun
  15 #endif
  16
  17 implicit none
  18 private
  19
  20 ! public routines
  21
  22    public :: get_number_sw_bands
  23    public :: get_sw_spectral_boundaries
  24    public :: get_ref_solar_band_irrad
  25    public :: get_true_ref_solar_band_irrad
  26    public :: get_ref_total_solar_irrad
  27    public :: get_solar_band_fraction_irrad
  28    public :: radconstants_init
  29    public :: rad_gas_index
  30
  31 ! optics files specify a type.  What length is it?
  32 integer, parameter, public :: ot_length = 32
  33
  34 ! SHORTWAVE DATA
  35
  36 ! number of shorwave spectral intervals
  37 integer, parameter, public :: nswbands = 19
  38
  39 integer, parameter, public :: idx_sw_diag = 8 ! index to sw visible band
  40 integer, parameter, public :: idx_lw_diag = 2 ! index to (H20 window) LW band
  41
  42
  43 ! Number of evenly spaced intervals in rh
  44 ! The globality of this mesh may not be necessary
  45 ! Perhaps it could be specific to the aerosol
  46 ! But it is difficult to see how refined it must be
  47 ! for lookup.  This value was found to be sufficient
  48 ! for Sulfate and probably necessary to resolve the
  49 ! high variation near rh = 1.  Alternative methods
  50 ! were found to be too slow.
  51 ! Optimal approach would be for cam to specify size of aerosol
  52 ! based on each aerosol's characteristics.  Radiation
  53 ! should know nothing about hygroscopic growth!
  54 integer, parameter, public :: nrh = 1000
  55
  56 ! LONGWAVE DATA
  57
  58 ! number of lw bands
  59 integer, public, parameter  :: nlwbands = 7
  60 ! Index of volc. abs., H2O non-window
  61 integer, public, parameter :: idx_LW_H2O_NONWND=1
  62 ! Index of volc. abs., H2O window
  63 integer, public, parameter :: idx_LW_H2O_WINDOW=2
  64 ! Index of volc. cnt. abs. 0500--0650 cm-1
  65 integer, public, parameter :: idx_LW_0500_0650=3
  66 ! Index of volc. cnt. abs. 0650--0800 cm-1
  67 integer, public, parameter :: idx_LW_0650_0800=4
  68 ! Index of volc. cnt. abs. 0800--1000 cm-1
  69 integer, public, parameter :: idx_LW_0800_1000=5
  70 ! Index of volc. cnt. abs. 1000--1200 cm-1
  71 integer, public, parameter :: idx_LW_1000_1200=6
  72 ! Index of volc. cnt. abs. 1200--2000 cm-1
  73 integer, public, parameter :: idx_LW_1200_2000=7
  74
  75 ! GASES TREATED BY RADIATION (line spectrae)
  76
  77 ! gasses required by radiation
  78 integer, public, parameter :: gasnamelength = 5
  79 integer, public, parameter :: nradgas = 8
  80 character(len=gasnamelength), public, parameter :: gaslist(nradgas) &
  81    = (/'H2O  ','O3   ', 'O2   ', 'CO2  ', 'N2O  ', 'CH4  ', 'CFC11', 'CFC12'/)
  82
  83 ! what is the minimum mass mixing ratio that can be supported by radiation implementation?
  84 real(r8), public, parameter :: minmmr(nradgas) &
  85    = epsilon(1._r8)
  86
  87 ! Solar and SW data for CAMRT
  88
  89    ! minimum wavelength of band in micrometers
  90    real(r8), public, parameter :: wavmin(nswbands) = &
  91         (/   .200_r8,    .245_r8,    .265_r8,    .275_r8,    .285_r8, &
  92              .295_r8,  .305_r8,    .350_r8,    .640_r8,    .700_r8,    .701_r8, &
  93              .701_r8,  .701_r8,    .701_r8,    .702_r8,    .702_r8, &
  94             2.630_r8, 4.160_r8,   4.160_r8/)
  95
  96    real(r8), public, parameter :: wavmin_true(nswbands) = &
  97         (/   .200_r8,    .245_r8,    .265_r8,    .275_r8,    .285_r8, &
  98              .295_r8,  .305_r8,    .350_r8,    .640_r8,    .700_r8,    .700_r8, &
  99              .700_r8,  .700_r8,    .700_r8,    .700_r8,    .700_r8, &
 100             2.630_r8, 4.160_r8,   4.160_r8/)
 101
 102    ! maximum wavelength of band in micrometers
 103    real(r8), public, parameter :: wavmax(nswbands) = &
 104         (/   .245_r8,  .265_r8,    .275_r8,    .285_r8,    .295_r8, &
 105              .305_r8,  .350_r8,    .640_r8,    .700_r8,   5.000_r8,   5.000_r8, &
 106             5.000_r8, 5.000_r8,   5.000_r8,   5.000_r8,   5.000_r8, &
 107             2.860_r8, 4.550_r8,   4.550_r8/)
 108
 109    ! Fraction of solar flux in each stated spectral interval
 110    real(r8), public, parameter :: frcsol(nswbands) = &
 111      (/ .001488_r8, .001389_r8, .001290_r8, .001686_r8, .002877_r8, &
 112         .003869_r8, .026336_r8, .360739_r8, .065392_r8, .526861_r8, &
 113         .526861_r8, .526861_r8, .526861_r8, .526861_r8, .526861_r8, &
 114         .526861_r8, .006239_r8, .001834_r8, .001834_r8/)
 115
 116    ! Weight of h2o in spectral interval
 117    real(r8), public, parameter :: ph2o(nswbands) = &
 118              (/    .000_r8,    .000_r8,    .000_r8,    .000_r8,    .000_r8, &
 119         .000_r8,   .000_r8,    .000_r8,    .000_r8,    .505_r8,     &
 120         .210_r8,   .120_r8,    .070_r8,    .048_r8,    .029_r8,     &
 121         .018_r8,   .000_r8,    .000_r8,    .000_r8/)
 122
 123    ! Weight of co2 in spectral interval
 124    real(r8), public, parameter :: pco2(nswbands) = &
 125              (/    .000_r8,    .000_r8,    .000_r8,    .000_r8,    .000_r8, &
 126         .000_r8,   .000_r8,    .000_r8,    .000_r8,    .000_r8,     &
 127         .000_r8,   .000_r8,    .000_r8,    .000_r8,    .000_r8,     &
 128         .000_r8,  1.000_r8,    .640_r8,    .360_r8/)
 129
 130    ! Weight of o2  in spectral interval
 131    real(r8), public, parameter :: po2(nswbands) = &
 132              (/    .000_r8,    .000_r8,    .000_r8,    .000_r8,    .000_r8, &
 133         .000_r8,   .000_r8,    .000_r8,   1.000_r8,   1.000_r8,     &
 134         .000_r8,   .000_r8,    .000_r8,    .000_r8,    .000_r8,     &
 135         .000_r8,   .000_r8,    .000_r8,    .000_r8/)
 136
 137    real(r8) :: solfrac_true(nswbands)
 138
 139 contains
 140
 141
 142 !------------------------------------------------------------------------------
 143 subroutine get_number_sw_bands(number_of_bands)
 144    ! number of solar (shortwave) bands in the radiation code
 145    integer, intent(out) :: number_of_bands
 146
 147    number_of_bands = nswbands
 148
 149 end subroutine get_number_sw_bands
 150
 151 !------------------------------------------------------------------------------
 152 subroutine get_sw_spectral_boundaries(low_boundaries, high_boundaries, units)
 153    ! provide spectral boundaries of each shortwave band
 154
 155    real(r8), intent(out) :: low_boundaries(nswbands), high_boundaries(nswbands)
 156    character(*), intent(in) :: units ! requested units
 157
 158    select case (units)
 159    case ('inv_cm','cm^-1','cm-1')
 160       low_boundaries = 1.e4_r8/wavmax
 161       high_boundaries = 1.e4_r8/wavmin_true
 162    case('m')
 163       low_boundaries = 1.e-6_r8*wavmin_true
 164       high_boundaries = 1.e-6_r8*wavmax
 165    case('nm')
 166       low_boundaries = 1.e3_r8*wavmin_true
 167       high_boundaries = 1.e3_r8*wavmax
 168    case('micrometer','micron','um')
 169       low_boundaries = wavmin_true
 170       high_boundaries = wavmax
 171    case default
 172       call endrun('rad_constants.F90: spectral units not acceptable'//units)
 173    end select
 174
 175 end subroutine get_sw_spectral_boundaries
 176
 177 !------------------------------------------------------------------------------
 178 subroutine get_ref_solar_band_irrad( band_irrad )
 179
 180    ! solar irradiance in each band (W/m^2)
 181    real(r8), intent(out) :: band_irrad(nswbands)
 182
 183    band_irrad = frcsol
 184
 185 end subroutine get_ref_solar_band_irrad
 186
 187 !------------------------------------------------------------------------------
 188 subroutine radconstants_init()
 189 ! The last bands are implemented as scalings to the solar flux
 190 ! so the corresponding actual flux applied to the heating
 191 ! is different from the solar in that band.  These are the
 192 ! actual solar flux applied to each band
 193
 194    integer :: ns
 195    real(r8):: psf(nswbands)      !  scaled fractional solar spectrum in each band applied to unitary heating
 196
 197    do ns = 1, nswbands
 198       psf(ns) = 1.0_r8
 199       if(ph2o(ns)/=0._r8) psf(ns) = psf(ns)*ph2o(ns)
 200       if(pco2(ns)/=0._r8) psf(ns) = psf(ns)*pco2(ns)
 201       if(po2 (ns)/=0._r8) psf(ns) = psf(ns)*po2 (ns)
 202       solfrac_true(ns)   = frcsol(ns)*psf(ns)
 203     enddo
 204
 205 end subroutine radconstants_init
 206
 207
 208 !------------------------------------------------------------------------------
 209 subroutine get_true_ref_solar_band_irrad( solfrac_true_out )
 210
 211    ! solar irradiance in each band (W/m^2)
 212
 213    real(r8), intent(out) :: solfrac_true_out(nswbands)
 214
 215    solfrac_true_out(:) = solfrac_true(:)
 216
 217 end subroutine get_true_ref_solar_band_irrad
 218
 219 !------------------------------------------------------------------------------
 220 subroutine get_ref_total_solar_irrad(tsi)
 221    ! provide Total Solar Irradiance assumed by radiation
 222
 223    real(r8), intent(out) :: tsi
 224    real(r8) :: solfrac_true(nswbands)
 225
 226    call get_true_ref_solar_band_irrad( solfrac_true )
 227    tsi = sum(solfrac_true)
 228
 229 end subroutine get_ref_total_solar_irrad
 230
 231 !------------------------------------------------------------------------------
 232 subroutine get_solar_band_fraction_irrad(fractional_irradiance)
 233    ! provide fractional solar irradiance in each band
 234
 235    ! fraction of solar irradiance in each band
 236    real(r8), intent(out) :: fractional_irradiance(1:nswbands)
 237    real(r8) :: tsi ! total solar irradiance
 238
 239    fractional_irradiance = frcsol
 240
 241 end subroutine get_solar_band_fraction_irrad
 242
 243 !------------------------------------------------------------------------------
 244 integer function rad_gas_index(gasname)
 245
 246    ! return the index in the gaslist array of the specified gasname
 247
 248    character(len=*),intent(in) :: gasname
 249    integer :: igas
 250
 251    rad_gas_index = -1
 252    do igas = 1, nradgas
 253       if (trim(gaslist(igas)).eq.trim(gasname)) then
 254          rad_gas_index = igas
 255          return
 256       endif
 257    enddo
 258    call endrun ("rad_gas_index: can not find gas with name "//gasname)
 259 end function rad_gas_index
 260
 261 end module radconstants