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Line 
1! ================================================================================================================================
2!  MODULE       : diffuco
3!
4!  CONTACT      : orchidee-help _at_ listes.ipsl.fr
5!
6!  LICENCE      : IPSL (2006)
7!  This software is governed by the CeCILL licence see ORCHIDEE/ORCHIDEE_CeCILL.LIC
8!
9!>\BRIEF   This module calculates the limiting coefficients, both aerodynamic
10!! and hydrological, for the turbulent heat fluxes.
11!!
12!!\n DESCRIPTION: The aerodynamic resistance R_a is used to limit
13!! the transport of fluxes from the surface layer of vegetation to the point in the atmosphere at which
14!! interaction with the LMDZ atmospheric circulation model takes place. The aerodynamic resistance is
15!! calculated either within the module r_aerod (if the surface drag coefficient is provided by the LMDZ, and
16!! if the flag 'ldq_cdrag_from_gcm' is set to TRUE) or r_aero (if the surface drag coefficient must be calculated).\n
17!!
18!! Within ORCHIDEE, evapotranspiration is a function of the Evaporation Potential, but is modulated by a
19!! series of resistances (canopy and aerodynamic) of the surface layer, here represented by beta.\n
20!!
21!! DESCRIPTION  :
22!! \latexonly
23!!     \input{diffuco_intro.tex}
24!! \endlatexonly
25!! \n
26!!
27!! This module calculates the beta for several different scenarios:
28!! - diffuco_snow calculates the beta coefficient for sublimation by snow,
29!! - diffuco_inter calculates the beta coefficient for interception loss by each type of vegetation,
30!! - diffuco_bare calculates the beta coefficient for bare soil,
31!! - diffuco_trans_co2 calculates the beta coefficient for transpiration for each type of vegetation, using Farqhar's formula
32!! - chemistry_bvoc calculates the beta coefficient for emissions of biogenic compounds \n
33!!
34!! Finally, the module diffuco_comb computes the combined $\alpha$ and $\beta$ coefficients for use
35!! elsewhere in the module. \n
36
37!! RECENT CHANGE(S): Nathalie le 28 mars 2006 - sur proposition de Fred Hourdin, ajout
38!! d'un potentiometre pour regler la resistance de la vegetation (rveg is now in pft_parameters)
39!! October 2018: Removed diffuco_trans using Jarvis formula for calculation of beta coefficient
40!!
41!! REFERENCE(S) : None
42!!
43!! SVN          :
44!! $HeadURL$
45!! $Date$
46!! $Revision$
47!! \n
48!_ ================================================================================================================================
49
50MODULE diffuco
51
52  ! modules used :
53  USE constantes
54  USE constantes_soil
55  USE qsat_moisture
56  USE sechiba_io_p
57  USE ioipsl
58  USE pft_parameters
59  USE grid
60  USE time, ONLY : one_day, dt_sechiba
61  USE ioipsl_para 
62  USE xios_orchidee
63  USE chemistry, ONLY : chemistry_initialize, chemistry_bvoc, chemistry_clear
64  IMPLICIT NONE
65
66  ! public routines :
67  PRIVATE
68  PUBLIC :: diffuco_main, diffuco_initialize, diffuco_finalize, diffuco_clear
69
70  INTERFACE Arrhenius_modified
71     MODULE PROCEDURE Arrhenius_modified_0d, Arrhenius_modified_1d
72  END INTERFACE
73
74  !
75  ! variables used inside diffuco module : declaration and initialisation
76  !
77  REAL(r_std), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION (:)      :: wind                      !! Wind module (m s^{-1})
78!$OMP THREADPRIVATE(wind)
79
80CONTAINS
81
82
83!!  =============================================================================================================================
84!! SUBROUTINE:    diffuco_initialize
85!!
86!>\BRIEF          Allocate module variables, read from restart file or initialize with default values
87!!
88!! DESCRIPTION:   Allocate module variables, read from restart file or initialize with default values.
89!!                Call chemistry_initialize for initialization of variables needed for the calculations of BVOCs.
90!!
91!! RECENT CHANGE(S): None
92!!
93!! REFERENCE(S): None
94!!
95!! FLOWCHART: None
96!! \n
97!_ ==============================================================================================================================
98  SUBROUTINE diffuco_initialize (kjit,    kjpindex, index,                  &
99                                 rest_id, lalo,     neighbours, resolution, &
100                                 rstruct, q_cdrag)
101   
102    !! 0. Variable and parameter declaration
103    !! 0.1 Input variables
104    INTEGER(i_std), INTENT(in)                         :: kjit             !! Time step number (-)
105    INTEGER(i_std), INTENT(in)                         :: kjpindex         !! Domain size (-)
106    INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)   :: index            !! Indeces of the points on the map (-)
107    INTEGER(i_std),INTENT (in)                         :: rest_id          !! _Restart_ file identifier (-)
108    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,2),   INTENT (in)  :: lalo             !! Geographical coordinates
109    INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex,NbNeighb),INTENT (in):: neighbours  !! Vector of neighbours for each
110    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,2), INTENT(in)     :: resolution       !! The size in km of each grid-box in X and Y
111   
112    !! 0.2 Output variables
113    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: rstruct          !! Structural resistance for the vegetation
114   
115    !! 0.3 Modified variables
116    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: q_cdrag          !! Surface drag coefficient  (-)
117   
118    !! 0.4 Local variables
119    INTEGER                                            :: ilai
120    INTEGER                                            :: jv
121    INTEGER                                            :: ier
122    CHARACTER(LEN=4)                                   :: laistring
123    CHARACTER(LEN=80)                                  :: var_name       
124    !_ ================================================================================================================================
125   
126    !! 1. Define flag ldq_cdrag_from_gcm. This flag determines if the cdrag should be taken from the GCM or be calculated.
127    !!    The default value is true if the q_cdrag variables was already initialized. This is the case when coupled to the LMDZ.
128
129    !Config Key   = CDRAG_FROM_GCM
130    !Config Desc  = Keep cdrag coefficient from gcm.
131    !Config If    = OK_SECHIBA
132    !Config Def   = y
133    !Config Help  = Set to .TRUE. if you want q_cdrag coming from GCM (if q_cdrag on initialization is non zero).
134    !Config         Keep cdrag coefficient from gcm for latent and sensible heat fluxes.
135    !Config Units = [FLAG]
136    IF ( ABS(MAXVAL(q_cdrag)) .LE. EPSILON(q_cdrag)) THEN
137       ldq_cdrag_from_gcm = .FALSE.
138    ELSE
139       ldq_cdrag_from_gcm = .TRUE.
140    ENDIF
141    CALL getin_p('CDRAG_from_GCM', ldq_cdrag_from_gcm)
142    IF (printlev>=2) WRITE(numout,*) "ldq_cdrag_from_gcm = ",ldq_cdrag_from_gcm
143
144    !! 2. Allocate module variables
145    ALLOCATE (wind(kjpindex),stat=ier)
146    IF (ier /= 0) CALL ipslerr_p(3,'diffuco_initialize','Problem in allocate of variable wind','','')
147
148    !! 3. Read variables from restart file
149    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) 'Read DIFFUCO variables from restart file'
150
151    CALL ioconf_setatt_p('UNITS', 's/m')
152    CALL ioconf_setatt_p('LONG_NAME','Structural resistance')
153    CALL restget_p (rest_id, 'rstruct', nbp_glo, nvm, 1, kjit, .TRUE., rstruct, "gather", nbp_glo, index_g)
154    IF ( ALL(rstruct(:,:) == val_exp) ) THEN
155       DO jv = 1, nvm
156          rstruct(:,jv) = rstruct_const(jv)
157       ENDDO
158    ENDIF
159   
160    !! 4. Initialize chemistry module
161    IF (printlev>=3) WRITE(numout,*) "ok_bvoc:",ok_bvoc
162    IF ( ok_bvoc ) CALL chemistry_initialize(kjpindex, lalo, neighbours, resolution)
163   
164  END SUBROUTINE diffuco_initialize
165
166
167
168!! ================================================================================================================================
169!! SUBROUTINE    : diffuco_main
170!!
171!>\BRIEF         The root subroutine for the module, which calls all other required
172!! subroutines.
173!!
174!! DESCRIPTION   :
175
176!! This is the main subroutine for the module.
177!! First it calculates the surface drag coefficient (via a call to diffuco_aero), using available parameters to determine
178!! the stability of air in the surface layer by calculating the Richardson Nubmber. If a value for the
179!! surface drag coefficient is passed down from the atmospheric model and and if the flag 'ldq_cdrag_from_gcm'
180!! is set to TRUE, then the subroutine diffuco_aerod is called instead. This calculates the aerodynamic coefficient. \n
181!!
182!! Following this, an estimation of the saturated humidity at the surface is made (via a call
183!! to qsatcalc in the module qsat_moisture). Following this the beta coefficients for sublimation (via
184!! diffuco_snow), interception (diffuco_inter), bare soil (diffuco_bare), and transpiration (via
185!! diffuco_trans_co2) are calculated in sequence. Finally
186!! the alpha and beta coefficients are combined (diffuco_comb). \n
187!!
188!! The surface drag coefficient is calculated for use within the module enerbil. It is required to to
189!! calculate the aerodynamic coefficient for every flux. \n
190!!
191!! The various beta coefficients are used within the module enerbil for modifying the rate of evaporation,
192!! as appropriate for the surface. As explained in Chapter 2 of Guimberteau (2010), that module (enerbil)
193!! calculates the rate of evaporation essentially according to the expression $E = /beta E_{pot}$, where
194!! E is the total evaporation and $E_{pot}$ the evaporation potential. If $\beta = 1$, there would be
195!! essentially no resistance to evaporation, whereas should $\beta = 0$, there would be no evaporation and
196!! the surface layer would be subject to some very stong hydrological stress. \n
197!!
198!! The following processes are calculated:
199!! - call diffuco_aero for aerodynamic transfer coeficient
200!! - call diffuco_snow for partial beta coefficient: sublimation
201!! - call diffuco_inter for partial beta coefficient: interception for each type of vegetation
202!! - call diffuco_bare for partial beta coefficient: bare soil
203!! - call diffuco_trans_co2 for partial beta coefficient: transpiration for each type of vegetation, using Farqhar's formula
204!! - call diffuco_comb for alpha and beta coefficient
205!! - call chemistry_bvoc for alpha and beta coefficients for biogenic emissions
206!!
207!! RECENT CHANGE(S): None
208!!
209!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): humrel, q_cdrag, vbeta, vbeta1, vbeta4,
210!! vbeta2, vbeta3, rveget, cimean   
211!!
212!! REFERENCE(S) :                                       
213!! - de Noblet-Ducoudré, N, Laval, K & Perrier, A, 1993. SECHIBA, a new set of parameterisations
214!! of the hydrologic exchanges at the land-atmosphere interface within the LMD Atmospheric General
215!! Circulation Model. Journal of Climate, 6, pp.248-273.
216!! - de Rosnay, P, 1999. Représentation des interactions sol-plante-atmosphÚre dans le modÚle de circulation générale
217!! du LMD, 1999. PhD Thesis, Université Paris 6, available (25/01/12):
218!! http://www.ecmwf.int/staff/patricia_de_rosnay/publications.html#8
219!! - Ducharne, A, 1997. Le cycle de l'eau: modélisation de l'hydrologie continentale, étude de ses interactions avec
220!! le climat, PhD Thesis, Université Paris 6
221!! - Guimberteau, M, 2010. Modélisation de l'hydrologie continentale et influences de l'irrigation
222!! sur le cycle de l'eau, PhD Thesis, available (25/01/12):
223!! http://www.sisyphe.upmc.fr/~guimberteau/docs/manuscrit_these.pdf
224!! - LathiÚre, J, 2005. Evolution des émissions de composés organiques et azotés par la biosphÚre continentale dans le
225!! modÚle LMDz-INCA-ORCHIDEE, Université Paris 6
226!!
227!! FLOWCHART    :
228!! \latexonly
229!!     \includegraphics[scale=0.5]{diffuco_main_flowchart.png}
230!! \endlatexonly
231!! \n
232!_ ================================================================================================================================
233
234  SUBROUTINE diffuco_main (kjit, kjpindex, index, indexveg, indexlai, u, v, &
235     & zlev, z0m, z0h, roughheight, temp_sol, temp_air, temp_growth, rau, q_cdrag, qsurf, qair, pb, &
236     & evap_bare_lim, evap_bare_lim_ns, evapot, evapot_corr, snow, flood_frac, flood_res, frac_nobio, snow_nobio, totfrac_nobio, &
237     & swnet, swdown, coszang, ccanopy, humrel, veget, veget_max, lai, qsintveg, qsintmax, assim_param, &
238     & vbeta , vbeta1, vbeta2, vbeta3, vbeta3pot, vbeta4, vbeta5, gsmean, rveget, rstruct, cimean, gpp, co2_to_bm, &
239     & lalo, neighbours, resolution, ptnlev1, precip_rain, frac_age, tot_bare_soil, frac_snow_veg, frac_snow_nobio, &
240     & hist_id, hist2_id)
241
242  !! 0. Variable and parameter declaration
243
244    !! 0.1 Input variables
245
246    INTEGER(i_std), INTENT(in)                         :: kjit             !! Time step number (-)
247    INTEGER(i_std), INTENT(in)                         :: kjpindex         !! Domain size (-)
248    INTEGER(i_std),INTENT (in)                         :: hist_id          !! _History_ file identifier (-)
249    INTEGER(i_std),INTENT (in)                         :: hist2_id         !! _History_ file 2 identifier (-)
250    INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)     :: index          !! Indeces of the points on the map (-)
251    INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex*(nlai+1)), INTENT (in) :: indexlai  !! Indeces of the points on the 3D map
252    INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex*nvm), INTENT (in) :: indexveg       !! Indeces of the points on the 3D map (-)
253    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: u                !! Eastward Lowest level wind speed (m s^{-1})
254    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: v                !! Northward Lowest level wind speed (m s^{-1})
255    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: zlev             !! Height of first layer (m)
256    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: z0m              !! Surface roughness Length for momentum (m)
257    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: z0h              !! Surface roughness Length for heat (m)
258    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: roughheight      !! Effective height for roughness (m)
259    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: temp_sol         !! Skin temperature (K)
260    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: temp_air         !! Lowest level temperature (K)
261    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: temp_growth      !! Growth temperature (°C) - Is equal to t2m_month
262    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: rau              !! Air Density (kg m^{-3})
263    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: qsurf            !! Near surface air specific humidity (kg kg^{-1})
264    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: qair             !! Lowest level air specific humidity (kg kg^{-1})
265    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: snow             !! Snow mass (kg)
266    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: flood_frac       !! Fraction of floodplains
267    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: flood_res        !! Reservoir in floodplains (estimation to avoid over-evaporation)
268    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: pb               !! Surface level pressure (hPa)
269    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (inout)      :: evap_bare_lim    !! Limit to the bare soil evaporation when the
270                                                                           !! 11-layer hydrology is used (-)
271    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nstm), INTENT (inout) :: evap_bare_lim_ns !! Limit to the bare soil evaporation when the
272                                                                           !! 11-layer hydrology is used (-)
273    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: evapot           !! Soil Potential Evaporation (mm day^{-1})
274                                                                           !! NdN This variable does not seem to be used at
275                                                                           !! all in diffuco
276    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: evapot_corr      !! Soil Potential Evaporation
277    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nnobio), INTENT (in) :: frac_nobio     !! Fraction of ice,lakes,cities,... (-)
278    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nnobio), INTENT (in) :: snow_nobio     !! Snow on ice,lakes,cities,... (kg m^{-2})
279    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: totfrac_nobio    !! Total fraction of ice+lakes+cities+... (-)
280    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: swnet            !! Net surface short-wave flux (W m^{-2})
281    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: swdown           !! Down-welling surface short-wave flux (W m^{-2})
282    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: coszang          !! Cosine of the solar zenith angle (unitless)
283    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: ccanopy          !! CO2 concentration inside the canopy (ppm)
284    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: veget            !! Fraction of vegetation type (-)
285    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: veget_max        !! Max. fraction of vegetation type (LAI->infty)
286    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: lai              !! Leaf area index (m^2 m^{-2})
287    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: qsintveg         !! Water on vegetation due to interception (kg m^{-2})
288    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: qsintmax         !! Maximum water on vegetation for interception
289                                                                           !! (kg m^{-2})
290    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: co2_to_bm        !! virtual gpp ((gC m^{-2} s^{-1}), total area)
291    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm,npco2), INTENT (in) :: assim_param !! min+max+opt temps, vcmax, vjmax
292                                                                           !! for photosynthesis (K ??)
293    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,2),   INTENT (in)  :: lalo               !! Geographical coordinates
294    INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex,NbNeighb),INTENT (in):: neighbours    !! Vector of neighbours for each
295                                                                             !! grid point (1=N, 2=E, 3=S, 4=W)
296    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,2), INTENT(in)     :: resolution         !! The size in km of each grid-box in X and Y
297    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: ptnlev1            !! 1st level of soil temperature (Kelvin)
298    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: precip_rain        !! Rain precipitation expressed in mm/tstep
299    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm,nleafages), INTENT (in)  :: frac_age !! Age efficiency for isoprene emissions (from STOMATE)
300    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT(in)       :: tot_bare_soil      !! Total evaporating bare soil fraction
301    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT(in)       :: frac_snow_veg      !! Snow cover fraction on vegeted area
302    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nnobio), INTENT(in):: frac_snow_nobio    !! Snow cover fraction on non-vegeted area
303
304    !! 0.2 Output variables
305
306    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)     :: vbeta            !! Total beta coefficient (-)
307    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)     :: vbeta1           !! Beta for sublimation (-)
308    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)     :: vbeta4           !! Beta for bare soil evaporation (-)
309    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)     :: vbeta5           !! Beta for floodplains
310    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: gsmean           !! Mean stomatal conductance to CO2 (mol m-2 s-1)
311    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: vbeta2           !! Beta for interception loss (-)
312    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: vbeta3           !! Beta for transpiration (-)
313    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: vbeta3pot        !! Beta for potential transpiration
314    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: rveget           !! Stomatal resistance for the whole canopy (s m^{-1})
315    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: rstruct          !! Structural resistance for the vegetation
316    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: cimean           !! Mean leaf Ci (ppm) 
317    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT(out)  :: gpp              !! Assimilation ((gC m^{-2} s^{-1}), total area) 
318
319    !! 0.3 Modified variables
320 
321    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex, nvm), INTENT (inout) :: humrel        !! Soil moisture stress (within range 0 to 1)
322    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (inout)      :: q_cdrag       !! Surface drag coefficient  (-)
323
324    !! 0.4 Local variables
325
326    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm)     :: vbeta23            !! Beta for fraction of wetted foliage that will
327                                                                   !! transpire once intercepted water has evaporated (-)
328    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex)         :: raero              !! Aerodynamic resistance (s m^{-1})
329    INTEGER(i_std)                           :: ilai
330    CHARACTER(LEN=4)                         :: laistring
331    CHARACTER(LEN=80)                        :: var_name           !! To store variables names for I/O
332    REAL(r_std),DIMENSION(kjpindex)          :: qsatt              !! Surface saturated humidity (kg kg^{-1})
333    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm)     :: cim                !! Intercellular CO2 over nlai
334
335!_ ================================================================================================================================
336   
337    wind(:) = SQRT (u(:)*u(:) + v(:)*v(:))
338 
339  !! 1. Calculate the different coefficients
340
341    IF (.NOT.ldq_cdrag_from_gcm) THEN
342        ! Case 1a)
343       CALL diffuco_aero (kjpindex, kjit, u, v, zlev, z0h, z0m, roughheight, temp_sol, temp_air, &
344                          qsurf, qair, snow, q_cdrag)
345    ENDIF
346
347    ! Case 1b)
348    CALL diffuco_raerod (kjpindex, u, v, q_cdrag, raero)
349
350  !! 2. Make an estimation of the saturated humidity at the surface
351
352    CALL qsatcalc (kjpindex, temp_sol, pb, qsatt)
353
354  !! 3. Calculate the beta coefficient for sublimation
355 
356    CALL diffuco_snow (kjpindex, qair, qsatt, rau, u, v, q_cdrag, &
357         snow, frac_nobio, totfrac_nobio, snow_nobio, frac_snow_veg, frac_snow_nobio, &
358         vbeta1)
359
360
361    CALL diffuco_flood (kjpindex, qair, qsatt, rau, u, v, q_cdrag, evapot, evapot_corr, &
362         & flood_frac, flood_res, vbeta5)
363
364  !! 4. Calculate the beta coefficient for interception
365
366    CALL diffuco_inter (kjpindex, qair, qsatt, rau, u, v, q_cdrag, humrel, veget, &
367       & qsintveg, qsintmax, rstruct, vbeta2, vbeta23) 
368
369
370  !! 5. Calculate the beta coefficient for transpiration
371
372    CALL diffuco_trans_co2 (kjpindex, swdown, pb, qsurf, qair, temp_air, temp_growth, rau, u, v, q_cdrag, humrel, &
373         assim_param, ccanopy, &
374         veget, veget_max, lai, qsintveg, qsintmax, vbeta3, vbeta3pot, &
375         rveget, rstruct, cimean, gsmean, gpp, &
376         co2_to_bm, vbeta23, hist_id, indexveg, indexlai, index, kjit, cim)
377
378    !
379    !biogenic emissions
380    !
381    IF ( ok_bvoc ) THEN
382       CALL chemistry_bvoc (kjpindex, swdown, coszang, temp_air, &
383            temp_sol, ptnlev1, precip_rain, humrel, veget_max, &
384            lai, frac_age, lalo, ccanopy, cim, wind, snow, &
385            veget, hist_id, hist2_id, kjit, index, &
386            indexlai, indexveg)
387    ENDIF
388    !
389    ! combination of coefficient : alpha and beta coefficient
390    ! beta coefficient for bare soil
391    !
392
393    CALL diffuco_bare (kjpindex, evap_bare_lim, evap_bare_lim_ns, vbeta2, vbeta3, vbeta4)
394
395  !! 6. Combine the alpha and beta coefficients
396
397    ! Ajout qsintmax dans les arguments de la routine.... Nathalie / le 13-03-2006
398    CALL diffuco_comb (kjpindex, humrel, rau, u, v, q_cdrag, pb, qair, temp_sol, temp_air, snow, &
399       & veget, lai, tot_bare_soil, vbeta1, vbeta2, vbeta3, vbeta4, &
400       & evap_bare_lim, evap_bare_lim_ns, veget_max, vbeta, qsintmax)
401
402    CALL xios_orchidee_send_field("q_cdrag",q_cdrag)
403    CALL xios_orchidee_send_field("raero",raero)
404    CALL xios_orchidee_send_field("wind",wind)
405    CALL xios_orchidee_send_field("qsatt",qsatt)
406    CALL xios_orchidee_send_field("coszang",coszang)
407    CALL xios_orchidee_send_field('cim', cim)
408
409    IF ( .NOT. almaoutput ) THEN
410       CALL histwrite_p(hist_id, 'raero', kjit, raero, kjpindex, index)
411       CALL histwrite_p(hist_id, 'cdrag', kjit, q_cdrag, kjpindex, index)
412       CALL histwrite_p(hist_id, 'Wind', kjit, wind, kjpindex, index)
413       CALL histwrite_p(hist_id, 'qsatt', kjit, qsatt, kjpindex, index)
414       CALL histwrite_p(hist_id, 'cim', kjit, cim, kjpindex*nvm, indexveg)
415
416       IF ( hist2_id > 0 ) THEN
417          CALL histwrite_p(hist2_id, 'raero', kjit, raero, kjpindex, index)
418          CALL histwrite_p(hist2_id, 'cdrag', kjit, q_cdrag, kjpindex, index)
419          CALL histwrite_p(hist2_id, 'Wind', kjit, wind, kjpindex, index)
420          CALL histwrite_p(hist2_id, 'qsatt', kjit, qsatt, kjpindex, index)
421       ENDIF
422    ELSE
423       CALL histwrite_p(hist_id, 'cim', kjit, cim, kjpindex*nvm, indexveg)
424    ENDIF
425
426    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' diffuco_main done '
427
428  END SUBROUTINE diffuco_main
429
430!!  =============================================================================================================================
431!! SUBROUTINE: diffuco_finalize
432!!
433!>\BRIEF          Write to restart file
434!!
435!! DESCRIPTION:   This subroutine writes the module variables and variables calculated in diffuco
436!!                to restart file
437!!
438!! RECENT CHANGE(S): None
439!! REFERENCE(S): None
440!! FLOWCHART: None
441!! \n
442!_ ==============================================================================================================================
443  SUBROUTINE diffuco_finalize (kjit, kjpindex, rest_id, rstruct )
444
445    !! 0. Variable and parameter declaration
446    !! 0.1 Input variables
447    INTEGER(i_std), INTENT(in)                         :: kjit             !! Time step number (-)
448    INTEGER(i_std), INTENT(in)                         :: kjpindex         !! Domain size (-)
449    INTEGER(i_std),INTENT (in)                         :: rest_id          !! _Restart_ file identifier (-)
450    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: rstruct          !! Structural resistance for the vegetation
451
452    !! 0.4 Local variables
453    INTEGER                                            :: ilai
454    CHARACTER(LEN=4)                                   :: laistring
455    CHARACTER(LEN=80)                                  :: var_name       
456
457!_ ================================================================================================================================
458   
459  !! 1. Prepare the restart file for the next simulation
460    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) 'Complete restart file with DIFFUCO variables '
461
462    CALL restput_p (rest_id, 'rstruct', nbp_glo, nvm, 1, kjit, rstruct, 'scatter',  nbp_glo, index_g)
463   
464  END SUBROUTINE diffuco_finalize
465
466
467!! ================================================================================================================================
468!! SUBROUTINE                                   : diffuco_clear
469!!
470!>\BRIEF                                        Housekeeping module to deallocate the variables
471!! rstruct and raero
472!!
473!! DESCRIPTION                                  : Housekeeping module to deallocate the variables
474!! rstruct and raero
475!!
476!! RECENT CHANGE(S)                             : None
477!!
478!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S)                      : None
479!!
480!! REFERENCE(S)                                 : None
481!!
482!! FLOWCHART                                    : None
483!! \n
484!_ ================================================================================================================================
485
486  SUBROUTINE diffuco_clear()
487
488    ! Deallocate and reset variables in chemistry module
489    CALL chemistry_clear
490
491  END SUBROUTINE diffuco_clear
492
493
494!! ================================================================================================================================
495!! SUBROUTINE   : diffuco_aero
496!!
497!>\BRIEF        This module first calculates the surface drag
498!! coefficient, for cases in which the surface drag coefficient is NOT provided by the coupled
499!! atmospheric model LMDZ or when the flag ldq_cdrag_from_gcm is set to FALSE
500!!
501!! DESCRIPTION  : Computes the surface drag coefficient, for cases
502!! in which it is NOT provided by the coupled atmospheric model LMDZ. The module first uses the
503!! meteorolgical input to calculate the Richardson Number, which is an indicator of atmospheric
504!! stability in the surface layer. The formulation used to find this surface drag coefficient is
505!! dependent on the stability determined. \n
506!!
507!! Designation of wind speed
508!! \latexonly
509!!     \input{diffucoaero1.tex}
510!! \endlatexonly
511!!
512!! Calculation of geopotential. This is the definition of Geopotential height (e.g. Jacobson
513!! eqn.4.47, 2005). (required for calculation of the Richardson Number)
514!! \latexonly
515!!     \input{diffucoaero2.tex}
516!! \endlatexonly
517!!
518!! \latexonly
519!!     \input{diffucoaero3.tex}
520!! \endlatexonly
521!!
522!! Calculation of the virtual air temperature at the surface (required for calculation
523!! of the Richardson Number)
524!! \latexonly
525!!     \input{diffucoaero4.tex}
526!! \endlatexonly
527!!
528!! Calculation of the virtual surface temperature (required for calculation of th
529!! Richardson Number)
530!! \latexonly
531!!     \input{diffucoaero5.tex}
532!! \endlatexonly
533!!
534!! Calculation of the squared wind shear (required for calculation of the Richardson
535!! Number)
536!! \latexonly
537!!     \input{diffucoaero6.tex}
538!! \endlatexonly
539!!
540!! Calculation of the Richardson Number. The Richardson Number is defined as the ratio
541!! of potential to kinetic energy, or, in the context of atmospheric science, of the
542!! generation of energy by wind shear against consumption
543!! by static stability and is an indicator of flow stability (i.e. for when laminar flow
544!! becomes turbulent and vise versa). It is approximated using the expression below:
545!! \latexonly
546!!     \input{diffucoaero7.tex}
547!! \endlatexonly
548!!
549!! The Richardson Number hence calculated is subject to a minimum value:
550!! \latexonly
551!!     \input{diffucoaero8.tex}
552!! \endlatexonly
553!!
554!! Computing the drag coefficient. We add the add the height of the vegetation to the
555!! level height to take into account that the level 'seen' by the vegetation is actually
556!! the top of the vegetation. Then we we can subtract the displacement height.
557!! \latexonly
558!!     \input{diffucoaero9.tex}
559!! \endlatexonly
560!!
561!! For the stable case (i.e $R_i$ $\geq$ 0)
562!! \latexonly
563!!     \input{diffucoaero10.tex}
564!! \endlatexonly
565!!
566!! \latexonly
567!!     \input{diffucoaero11.tex}
568!! \endlatexonly
569!!         
570!! For the unstable case (i.e. $R_i$ < 0)
571!! \latexonly
572!!     \input{diffucoaero12.tex}
573!! \endlatexonly
574!!
575!! \latexonly
576!!     \input{diffucoaero13.tex}
577!! \endlatexonly
578!!               
579!! If the Drag Coefficient becomes too small than the surface may uncouple from the atmosphere.
580!! To prevent this, a minimum limit to the drag coefficient is defined as:
581!!
582!! \latexonly
583!!     \input{diffucoaero14.tex}
584!! \endlatexonly
585!!
586!! RECENT CHANGE(S): None
587!!
588!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): q_cdrag
589!!
590!! REFERENCE(S) :
591!! - de Noblet-Ducoudré, N, Laval, K & Perrier, A, 1993. SECHIBA, a new set of parameterisations
592!! of the hydrologic exchanges at the land-atmosphere interface within the LMD Atmospheric General
593!! Circulation Model. Journal of Climate, 6, pp.248-273
594!! - Guimberteau, M, 2010. Modélisation de l'hydrologie continentale et influences de l'irrigation
595!! sur le cycle de l'eau, PhD Thesis, available from:
596!! http://www.sisyphe.upmc.fr/~guimberteau/docs/manuscrit_these.pdf
597!! - Jacobson M.Z., Fundamentals of Atmospheric Modeling (2nd Edition), published Cambridge
598!! University Press, ISBN 0-521-54865-9
599!!
600!! FLOWCHART    :
601!! \latexonly
602!!     \includegraphics[scale=0.5]{diffuco_aero_flowchart.png}
603!! \endlatexonly
604!! \n
605!_ ================================================================================================================================
606
607  SUBROUTINE diffuco_aero (kjpindex, kjit, u, v, zlev, z0h, z0m, roughheight, temp_sol, temp_air, &
608                           qsurf, qair, snow, q_cdrag)
609
610  !! 0. Variable and parameter declaration
611
612    !! 0.1 Input variables
613
614    INTEGER(i_std), INTENT(in)                          :: kjpindex, kjit   !! Domain size
615    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: u                !! Eastward Lowest level wind speed (m s^{-1})
616    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: v                !! Northward Lowest level wind speed (m s^{-1})
617    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: zlev             !! Height of first atmospheric layer (m)
618    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: z0h               !! Surface roughness Length for heat (m)
619    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: z0m               !! Surface roughness Length for momentum (m)
620    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: roughheight      !! Effective roughness height (m)
621    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: temp_sol         !! Ground temperature (K)
622    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: temp_air         !! Lowest level temperature (K)
623    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: qsurf            !! near surface specific air humidity (kg kg^{-1})
624    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: qair             !! Lowest level specific air humidity (kg kg^{-1})
625    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: snow             !! Snow mass (kg)
626
627    !! 0.2 Output variables
628   
629    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)      :: q_cdrag          !! Surface drag coefficient  (-)
630
631    !! 0.3 Modified variables
632
633    !! 0.4 Local variables
634
635    INTEGER(i_std)                                      :: ji, jv
636    REAL(r_std)                                         :: speed, zg, zdphi, ztvd, ztvs, zdu2
637    REAL(r_std)                                         :: zri, cd_neut, zscf, cd_tmp
638!_ ================================================================================================================================
639
640  !! 1. Initialisation
641
642    ! test if we have to work with q_cdrag or to calcul it
643    DO ji=1,kjpindex
644       
645       !! 1a).1 Designation of wind speed
646       !! \latexonly
647       !!     \input{diffucoaero1.tex}
648       !! \endlatexonly
649       speed = wind(ji)
650   
651       !! 1a).2 Calculation of geopotentiel
652       !! This is the definition of Geopotential height (e.g. Jacobson eqn.4.47, 2005). (required
653       !! for calculation of the Richardson Number)
654       !! \latexonly
655       !!     \input{diffucoaero2.tex}
656       !! \endlatexonly
657       zg = zlev(ji) * cte_grav
658     
659       !! \latexonly
660       !!     \input{diffucoaero3.tex}
661       !! \endlatexonly
662       zdphi = zg/cp_air
663       
664       !! 1a).3 Calculation of the virtual air temperature at the surface
665       !! required for calculation of the Richardson Number
666       !! \latexonly
667       !!     \input{diffucoaero4.tex}
668       !! \endlatexonly
669       ztvd = (temp_air(ji) + zdphi / (un + rvtmp2 * qair(ji))) * (un + retv * qair(ji)) 
670       
671       !! 1a).4 Calculation of the virtual surface temperature
672       !! required for calculation of the Richardson Number
673       !! \latexonly
674       !!     \input{diffucoaero5.tex}
675       !! \endlatexonly
676       ztvs = temp_sol(ji) * (un + retv * qsurf(ji))
677     
678       !! 1a).5 Calculation of the squared wind shear
679       !! required for calculation of the Richardson Number
680       !! \latexonly
681       !!     \input{diffucoaero6.tex}
682       !! \endlatexonly
683       zdu2 = MAX(cepdu2,speed**2)
684       
685       !! 1a).6 Calculation of the Richardson Number
686       !!  The Richardson Number is defined as the ratio of potential to kinetic energy, or, in the
687       !!  context of atmospheric science, of the generation of energy by wind shear against consumption
688       !!  by static stability and is an indicator of flow stability (i.e. for when laminar flow
689       !!  becomes turbulent and vise versa).\n
690       !!  It is approximated using the expression below:
691       !!  \latexonly
692       !!     \input{diffucoaero7.tex}
693       !! \endlatexonly
694       zri = zg * (ztvd - ztvs) / (zdu2 * ztvd)
695     
696       !! The Richardson Number hence calculated is subject to a minimum value:
697       !! \latexonly
698       !!     \input{diffucoaero8.tex}
699       !! \endlatexonly       
700       zri = MAX(MIN(zri,5.),-5.)
701       
702       !! 1a).7 Computing the drag coefficient
703       !!  We add the add the height of the vegetation to the level height to take into account
704       !!  that the level 'seen' by the vegetation is actually the top of the vegetation. Then we
705       !!  we can subtract the displacement height.
706       !! \latexonly
707       !!     \input{diffucoaero9.tex}
708       !! \endlatexonly
709
710       !! 7.0 Snow smoothering
711       !! Snow induces low levels of turbulence.
712       !! Sensible heat fluxes can therefore be reduced of ~1/3. Pomeroy et al., 1998
713       cd_neut = ct_karman ** 2. / ( LOG( (zlev(ji) + roughheight(ji)) / z0m(ji) ) * LOG( (zlev(ji) + roughheight(ji)) / z0h(ji) ) )
714       
715       !! 1a).7.1 - for the stable case (i.e $R_i$ $\geq$ 0)
716       IF (zri .GE. zero) THEN
717         
718          !! \latexonly
719          !!     \input{diffucoaero10.tex}
720          !! \endlatexonly
721          zscf = SQRT(un + cd * ABS(zri))
722         
723          !! \latexonly
724          !!     \input{diffucoaero11.tex}
725          !! \endlatexonly         
726          cd_tmp=cd_neut/(un + trois * cb * zri * zscf)
727       ELSE
728         
729          !! 1a).7.2 - for the unstable case (i.e. $R_i$ < 0)
730          !! \latexonly
731          !!     \input{diffucoaero12.tex}
732          !! \endlatexonly
733          zscf = un / (un + trois * cb * cc * cd_neut * SQRT(ABS(zri) * &
734               & ((zlev(ji) + roughheight(ji)) / z0m(ji))))
735
736          !! \latexonly
737          !!     \input{diffucoaero13.tex}
738          !! \endlatexonly               
739          cd_tmp=cd_neut * (un - trois * cb * zri * zscf)
740       ENDIF
741       
742       !! If the Drag Coefficient becomes too small than the surface may uncouple from the atmosphere.
743       !! To prevent this, a minimum limit to the drag coefficient is defined as:
744       
745       !! \latexonly
746       !!     \input{diffucoaero14.tex}
747       !! \endlatexonly
748       !!
749       q_cdrag(ji) = MAX(cd_tmp, min_qc/MAX(speed,min_wind))
750
751       ! In some situations it might be useful to give an upper limit on the cdrag as well.
752       ! The line here should then be uncommented.
753      !q_cdrag(ji) = MIN(q_cdrag(ji), 0.5/MAX(speed,min_wind))
754
755    END DO
756
757    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' not ldqcdrag_from_gcm : diffuco_aero done '
758
759  END SUBROUTINE diffuco_aero
760
761
762!! ================================================================================================================================
763!! SUBROUTINE    : diffuco_snow
764!!
765!>\BRIEF         This subroutine computes the beta coefficient for snow sublimation.
766!!
767!! DESCRIPTION   : This routine computes beta coefficient for snow sublimation, which
768!! integrates the snow on both vegetation and other surface types (e.g. ice, lakes,
769!! cities etc.) \n
770!!
771!! A critical depth of snow (snowcri) is defined to calculate the fraction of each grid-cell
772!! that is covered with snow (snow/snowcri) while the remaining part is snow-free.
773!! We also carry out a first calculation of sublimation (subtest) to lower down the beta
774!! coefficient if necessary (if subtest > snow). This is a predictor-corrector test.
775!!
776!! RECENT CHANGE(S): None
777!!
778!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): ::vbeta1
779!!
780!! REFERENCE(S) :
781!! - de Noblet-Ducoudré, N, Laval, K & Perrier, A, 1993. SECHIBA, a new set of parameterisations
782!! of the hydrologic exchanges at the land-atmosphere interface within the LMD Atmospheric General
783!! Circulation Model. Journal of Climate, 6, pp. 248-273
784!! - Guimberteau, M, 2010. Modélisation de l'hydrologie continentale et influences de l'irrigation
785!! sur le cycle de l'eau, PhD Thesis, available from:
786!! http://www.sisyphe.upmc.fr/~guimberteau/docs/manuscrit_these.pdf
787!!
788!! FLOWCHART    : None
789!! \n
790!_ ================================================================================================================================
791 
792SUBROUTINE diffuco_snow (kjpindex, qair, qsatt, rau, u, v,q_cdrag, &
793       & snow, frac_nobio, totfrac_nobio, snow_nobio, frac_snow_veg, frac_snow_nobio, &
794       vbeta1)
795
796  !! 0. Variable and parameter declaration
797   
798    !! 0.1 Input variables
799 
800    INTEGER(i_std), INTENT(in)                           :: kjpindex       !! Domain size (-)
801    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: qair           !! Lowest level specific air humidity (kg kg^{-1})
802    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: qsatt          !! Surface saturated humidity (kg kg^{-1})
803    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: rau            !! Air density (kg m^{-3})
804    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: u              !! Eastward Lowest level wind speed (m s^{-1})
805    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: v              !! Northward Lowest level wind speed (m s^{-1})
806    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: q_cdrag        !! Surface drag coefficient  (-)
807    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: snow           !! Snow mass (kg m^{-2})
808    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nnobio), INTENT (in) :: frac_nobio     !! Fraction of ice, lakes, cities etc. (-)
809    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nnobio), INTENT (in) :: snow_nobio     !! Snow on ice, lakes, cities etc. (-)
810    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: totfrac_nobio  !! Total fraction of ice, lakes, cities etc. (-)
811    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT(in)         :: frac_snow_veg  !! Snow cover fraction on vegeted area
812    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nnobio), INTENT(in)  :: frac_snow_nobio!! Snow cover fraction on non-vegeted area
813   
814    !! 0.2 Output variables
815
816    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)       :: vbeta1         !! Beta for sublimation (dimensionless ratio)
817   
818    !! 0.3 Modified variables
819
820    !! 0.4 Local variables
821
822    REAL(r_std)                                          :: subtest        !! Sublimation for test (kg m^{-2})
823    REAL(r_std)                                          :: zrapp          !! Modified factor (ratio)
824    REAL(r_std)                                          :: speed          !! Wind speed (m s^{-1})
825    REAL(r_std)                                          :: vbeta1_add     !! Beta for sublimation (ratio)
826    INTEGER(i_std)                                       :: ji, jv         !! Indices (-)
827!_ ================================================================================================================================
828
829  !! 1. Calculate beta coefficient for snow sublimation on the vegetation\n
830
831    DO ji=1,kjpindex  ! Loop over # pixels - domain size
832
833       ! Fraction of mesh that can sublimate snow
834       vbeta1(ji) = (un - totfrac_nobio(ji)) * frac_snow_veg(ji)
835
836       ! Limitation of sublimation in case of snow amounts smaller than the atmospheric demand.
837       speed = MAX(min_wind, wind(ji))
838
839       subtest = dt_sechiba * vbeta1(ji) * speed * q_cdrag(ji) * rau(ji) * &
840               & ( qsatt(ji) - qair(ji) )
841
842       IF ( subtest .GT. min_sechiba ) THEN
843          zrapp = snow(ji) / subtest
844          IF ( zrapp .LT. un ) THEN
845             vbeta1(ji) = vbeta1(ji) * zrapp
846          ENDIF
847       ENDIF
848
849    END DO ! Loop over # pixels - domain size
850
851  !! 2. Add the beta coefficients calculated from other surfaces types (snow on ice,lakes, cities...)
852
853    DO jv = 1, nnobio ! Loop over # other surface types
854!!$      !
855!!$      IF ( jv .EQ. iice ) THEN
856!!$        !
857!!$        !  Land ice is of course a particular case
858!!$        !
859!!$        DO ji=1,kjpindex
860!!$          vbeta1(ji) = vbeta1(ji) + frac_nobio(ji,jv)
861!!$        ENDDO
862!!$        !
863!!$      ELSE
864        !
865        DO ji=1,kjpindex ! Loop over # pixels - domain size
866
867           vbeta1_add = frac_nobio(ji,jv) * frac_snow_nobio(ji, jv)
868
869           ! Limitation of sublimation in case of snow amounts smaller than
870           ! the atmospheric demand.
871           speed = MAX(min_wind, wind(ji))
872           
873            !!     Limitation of sublimation by the snow accumulated on the ground
874            !!     A first approximation is obtained with the old values of
875            !!     qair and qsol_sat: function of temp-sol and pb. (see call of qsatcalc)
876           subtest = dt_sechiba * vbeta1_add * speed * q_cdrag(ji) * rau(ji) * &
877                & ( qsatt(ji) - qair(ji) )
878
879           IF ( subtest .GT. min_sechiba ) THEN
880              zrapp = snow_nobio(ji,jv) / subtest
881              IF ( zrapp .LT. un ) THEN
882                 vbeta1_add = vbeta1_add * zrapp
883              ENDIF
884           ENDIF
885
886           vbeta1(ji) = vbeta1(ji) + vbeta1_add
887
888        ENDDO ! Loop over # pixels - domain size
889
890!!$      ENDIF
891     
892    ENDDO ! Loop over # other surface types
893
894    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' diffuco_snow done '
895
896  END SUBROUTINE diffuco_snow
897
898
899!! ================================================================================================================================
900!! SUBROUTINE                                   : diffuco_flood
901!!
902!>\BRIEF                                        This routine computes partial beta coefficient : floodplains
903!!
904!! DESCRIPTION                                  :
905!!
906!! RECENT CHANGE(S): None
907!!
908!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S)                      : vbeta5
909!!
910!! REFERENCE(S)                                 : None
911!!
912!! FLOWCHART                                    : None
913!! \n
914!_ ================================================================================================================================
915
916  SUBROUTINE diffuco_flood (kjpindex, qair, qsatt, rau, u, v, q_cdrag, evapot, evapot_corr, &
917       & flood_frac, flood_res, vbeta5)
918
919    ! interface description
920    ! input scalar
921    INTEGER(i_std), INTENT(in)                               :: kjpindex   !! Domain size
922    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: qair       !! Lowest level specific humidity
923    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: qsatt      !! Surface saturated humidity
924    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: rau        !! Density
925    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: u          !! Lowest level wind speed
926    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: v          !! Lowest level wind speed
927    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: q_cdrag    !! Surface drag coefficient  (-)
928    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: flood_res  !! water mass in flood reservoir
929    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: flood_frac !! fraction of floodplains
930    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: evapot     !! Potential evaporation
931    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: evapot_corr!! Potential evaporation2
932    ! output fields
933    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)           :: vbeta5     !! Beta for floodplains
934
935    ! local declaration
936    REAL(r_std)                                              :: subtest, zrapp, speed
937    INTEGER(i_std)                                           :: ji, jv
938
939!_ ================================================================================================================================
940    !
941    ! beta coefficient for sublimation for floodplains
942    !
943    DO ji=1,kjpindex
944       !
945       IF (evapot(ji) .GT. min_sechiba) THEN
946          vbeta5(ji) = flood_frac(ji) *evapot_corr(ji)/evapot(ji)
947       ELSE
948          vbeta5(ji) = flood_frac(ji)
949       ENDIF
950       !
951       ! -- Limitation of evaporation in case of water amounts smaller than
952       !    the atmospheric demand.
953       
954       !
955       speed = MAX(min_wind, SQRT (u(ji)*u(ji) + v(ji)*v(ji)))
956       !
957       subtest = dt_sechiba * vbeta5(ji) * speed * q_cdrag(ji) * rau(ji) * &
958               & ( qsatt(ji) - qair(ji) )
959       
960       IF ( subtest .GT. min_sechiba ) THEN
961          zrapp = flood_res(ji) / subtest
962          IF ( zrapp .LT. un ) THEN
963             vbeta5(ji) = vbeta5(ji) * zrapp
964          ENDIF
965       ENDIF
966       !
967    END DO
968
969    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' diffuco_flood done '
970
971  END SUBROUTINE diffuco_flood
972
973
974!! ================================================================================================================================
975!! SUBROUTINE    : diffuco_inter
976!!
977!>\BRIEF         This routine computes the partial beta coefficient
978!! for the interception for each type of vegetation
979!!
980!! DESCRIPTION   : We first calculate the dry and wet parts of each PFT (wet part = qsintveg/qsintmax).
981!! The former is submitted to transpiration only (vbeta3 coefficient, calculated in
982!! diffuco_trans_co2), while the latter is first submitted to interception loss
983!! (vbeta2 coefficient) and then to transpiration once all the intercepted water has been evaporated
984!! (vbeta23 coefficient). Interception loss is also submitted to a predictor-corrector test,
985!! as for snow sublimation. \n
986!!
987!! \latexonly
988!!     \input{diffucointer1.tex}
989!! \endlatexonly
990!! Calculate the wet fraction of vegetation as  the ration between the intercepted water and the maximum water
991!! on the vegetation. This ratio defines the wet portion of vegetation that will be submitted to interception loss.
992!!
993!! \latexonly
994!!     \input{diffucointer2.tex}
995!! \endlatexonly
996!!
997!! Calculation of $\beta_3$, the canopy transpiration resistance
998!! \latexonly
999!!     \input{diffucointer3.tex}
1000!! \endlatexonly           
1001!!
1002!! We here determine the limitation of interception loss by the water stored on the leaf.
1003!! A first approximation of interception loss is obtained using the old values of
1004!! qair and qsol_sat, which are functions of temp-sol and pb. (see call of 'qsatcalc')
1005!! \latexonly
1006!!     \input{diffucointer4.tex}
1007!! \endlatexonly
1008!!
1009!! \latexonly
1010!!     \input{diffucointer5.tex}
1011!! \endlatexonly
1012!!
1013!! \latexonly
1014!!     \input{diffucointer6.tex}
1015!! \endlatexonly
1016!!
1017!! Once the whole water stored on foliage has evaporated, transpiration can take place on the fraction
1018!! 'zqsvegrap'.
1019!! \latexonly
1020!!     \input{diffucointer7.tex}
1021!! \endlatexonly
1022!!
1023!! RECENT CHANGE(S): None
1024!!
1025!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): ::vbeta2, ::vbeta23
1026!!
1027!! REFERENCE(S) :
1028!! - de Noblet-Ducoudré, N, Laval, K & Perrier, A, 1993. SECHIBA, a new set of parameterisations
1029!! of the hydrologic exchanges at the land-atmosphere interface within the LMD Atmospheric General
1030!! Circulation Model. Journal of Climate, 6, pp. 248-273
1031!! - Guimberteau, M, 2010. Modélisation de l'hydrologie continentale et influences de l'irrigation
1032!! sur le cycle de l'eau, PhD Thesis, available from:
1033!! http://www.sisyphe.upmc.fr/~guimberteau/docs/manuscrit_these.pdf
1034!! - Perrier, A, 1975. Etude physique de l'évaporation dans les conditions naturelles. Annales
1035!! Agronomiques, 26(1-18): pp. 105-123, pp. 229-243
1036!!
1037!! FLOWCHART    : None
1038!! \n
1039!_ ================================================================================================================================
1040
1041  SUBROUTINE diffuco_inter (kjpindex, qair, qsatt, rau, u, v, q_cdrag, humrel, veget, &
1042     & qsintveg, qsintmax, rstruct, vbeta2, vbeta23)
1043   
1044  !! 0 Variable and parameter declaration
1045
1046    !! 0.1 Input variables
1047
1048    INTEGER(i_std), INTENT(in)                           :: kjpindex   !! Domain size (-)
1049    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: qair       !! Lowest level specific air humidity (kg kg^{-1})
1050    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: qsatt      !! Surface saturated humidity (kg kg^{-1})
1051    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: rau        !! Air Density (kg m^{-3})
1052    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: u          !! Eastward Lowest level wind speed (m s^{-1})
1053    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: v          !! Northward Lowest level wind speed (m s^{-1})
1054    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: q_cdrag    !! Surface drag coefficient  (-)
1055    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: humrel     !! Soil moisture stress (within range 0 to 1)
1056    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: veget      !! vegetation fraction for each type (fraction)
1057    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: qsintveg   !! Water on vegetation due to interception (kg m^{-2})
1058    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: qsintmax   !! Maximum water on vegetation (kg m^{-2})
1059    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: rstruct    !! architectural resistance (s m^{-1})
1060   
1061    !! 0.2 Output variables
1062   
1063    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)   :: vbeta2     !! Beta for interception loss (-)
1064    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)   :: vbeta23    !! Beta for fraction of wetted foliage that will
1065                                                                       !! transpire (-)
1066
1067    !! 0.4 Local variables
1068
1069    INTEGER(i_std)                                       :: ji, jv                               !! (-), (-)
1070    REAL(r_std)                                          :: zqsvegrap, ziltest, zrapp, speed     !!
1071!_ ================================================================================================================================
1072
1073  !! 1. Initialize
1074
1075    vbeta2(:,:) = zero
1076    vbeta23(:,:) = zero
1077   
1078  !! 2. The beta coefficient for interception by vegetation.
1079   
1080    DO jv = 2,nvm
1081
1082      DO ji=1,kjpindex
1083
1084         IF (veget(ji,jv) .GT. min_sechiba .AND. qsintveg(ji,jv) .GT. zero ) THEN
1085
1086            zqsvegrap = zero
1087            IF (qsintmax(ji,jv) .GT. min_sechiba ) THEN
1088
1089            !! \latexonly
1090            !!     \input{diffucointer1.tex}
1091            !! \endlatexonly
1092            !!
1093            !! We calculate the wet fraction of vegetation as  the ration between the intercepted water and the maximum water
1094            !! on the vegetation. This ratio defines the wet portion of vegetation that will be submitted to interception loss.
1095            !!
1096                zqsvegrap = MAX(zero, qsintveg(ji,jv) / qsintmax(ji,jv))
1097            END IF
1098
1099            !! \latexonly
1100            !!     \input{diffucointer2.tex}
1101            !! \endlatexonly
1102            speed = MAX(min_wind, wind(ji))
1103
1104            !! Calculation of $\beta_3$, the canopy transpiration resistance
1105            !! \latexonly
1106            !!     \input{diffucointer3.tex}
1107            !! \endlatexonly
1108            vbeta2(ji,jv) = veget(ji,jv) * zqsvegrap * (un / (un + speed * q_cdrag(ji) * rstruct(ji,jv)))
1109           
1110            !! We here determine the limitation of interception loss by the water stored on the leaf.
1111            !! A first approximation of interception loss is obtained using the old values of
1112            !! qair and qsol_sat, which are functions of temp-sol and pb. (see call of 'qsatcalc')
1113            !! \latexonly
1114            !!     \input{diffucointer4.tex}
1115            !! \endlatexonly
1116            ziltest = dt_sechiba * vbeta2(ji,jv) * speed * q_cdrag(ji) * rau(ji) * &
1117               & ( qsatt(ji) - qair(ji) )
1118
1119            IF ( ziltest .GT. min_sechiba ) THEN
1120
1121                !! \latexonly
1122                !!     \input{diffucointer5.tex}
1123                !! \endlatexonly
1124                zrapp = qsintveg(ji,jv) / ziltest
1125                IF ( zrapp .LT. un ) THEN
1126                   
1127                    !! \latexonly
1128                    !!     \input{diffucointer6.tex}
1129                    !! \endlatexonly
1130                    !!
1131                    !! Once the whole water stored on foliage has evaporated, transpiration can take place on the fraction
1132                    !! 'zqsvegrap'.
1133                   IF ( humrel(ji,jv) >= min_sechiba ) THEN
1134                      vbeta23(ji,jv) = MAX(vbeta2(ji,jv) - vbeta2(ji,jv) * zrapp, zero)
1135                   ELSE
1136                      ! We don't want transpiration when the soil cannot deliver it
1137                      vbeta23(ji,jv) = zero
1138                   ENDIF
1139                   
1140                    !! \latexonly
1141                    !!     \input{diffucointer7.tex}
1142                    !! \endlatexonly
1143                    vbeta2(ji,jv) = vbeta2(ji,jv) * zrapp
1144                ENDIF
1145            ENDIF
1146        END IF
1147!        ! Autre formulation possible pour l'evaporation permettant une transpiration sur tout le feuillage
1148!        !commenter si formulation Nathalie sinon Tristan
1149!        speed = MAX(min_wind, wind(ji))
1150!       
1151!        vbeta23(ji,jv) = MAX(zero, veget(ji,jv) * (un / (un + speed * q_cdrag(ji) * rstruct(ji,jv))) - vbeta2(ji,jv))
1152
1153      END DO
1154
1155    END DO
1156
1157    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' diffuco_inter done '
1158
1159  END SUBROUTINE diffuco_inter
1160
1161
1162!! ==============================================================================================================================
1163!! SUBROUTINE      : diffuco_bare
1164!!
1165!>\BRIEF           This routine computes the partial beta coefficient corresponding to
1166!! bare soil
1167!!
1168!! DESCRIPTION     : Bare soil evaporation is submitted to a maximum possible flow (evap_bare_lim)
1169!!
1170!! Calculation of wind speed
1171!! \latexonly
1172!!     \input{diffucobare1.tex}
1173!! \endlatexonly
1174!!             
1175!! The calculation of $\beta_4$
1176!! \latexonly
1177!!     \input{diffucobare2.tex}
1178!! \endlatexonly
1179!!
1180!! RECENT CHANGE(S): None
1181!!
1182!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): ::vbeta4
1183!!
1184!! REFERENCE(S)  :
1185!! - de Noblet-Ducoudré, N, Laval, K & Perrier, A, 1993. SECHIBA, a new set of parameterisations
1186!! of the hydrologic exchanges at the land-atmosphere interface within the LMD Atmospheric General
1187!! Circulation Model. Journal of Climate, 6, pp.248-273
1188!! - Guimberteau, M, 2010. Modélisation de l'hydrologie continentale et influences de l'irrigation
1189!! sur le cycle de l'eau, PhD Thesis, available from:
1190!! http://www.sisyphe.upmc.fr/~guimberteau/docs/manuscrit_these.pdf
1191!!
1192!! FLOWCHART    : None
1193!! \n
1194!_ ================================================================================================================================
1195
1196  SUBROUTINE diffuco_bare (kjpindex, evap_bare_lim, evap_bare_lim_ns, vbeta2, vbeta3, vbeta4)
1197
1198    !! 0. Variable and parameter declaration
1199
1200    !! 0.1 Input variables
1201    INTEGER(i_std), INTENT(in)                         :: kjpindex       !! Domain size (-)
1202    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: vbeta2         !! Beta for Interception
1203    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: vbeta3         !! Beta for Transpiration
1204
1205    !! 0.2 Output variables
1206    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)     :: vbeta4         !! Beta for bare soil evaporation (-)
1207   
1208    !! 0.3 Modified variables
1209    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (inout)   :: evap_bare_lim  !! limiting factor for bare soil evaporation
1210                                                                         !! when the 11-layer hydrology is used (-)
1211    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nstm), INTENT (inout) :: evap_bare_lim_ns !! limiting factor for bare soil evaporation
1212                                                                         !! when the 11-layer hydrology is used (-)       
1213    !! 0.4 Local variables
1214    INTEGER(i_std)                                     :: ji
1215
1216!_ ================================================================================================================================
1217
1218  !! 1. Calculation of the soil resistance and the beta (beta_4) for bare soil
1219
1220    ! To use the new version of hydrol_split_soil and ensure the water conservation, we must have throughout sechiba at all time:
1221    !        a) evap_bare_lim(ji) = SUM(evap_bare_lim_ns(ji,:)*soiltile(ji,:)*vegtot(ji))
1222    !        b) all the terms (vbeta4, evap_bare_lim, evap_bare_lim_ns) =0 if evap_bare_lim(ji) LE min_sechiba
1223    ! This must also be kept true in diffuco_comb
1224   
1225    DO ji = 1, kjpindex
1226       
1227       ! The limitation by 1-beta2-beta3 is due to the fact that evaporation under vegetation is possible
1228       !! \latexonly
1229       !!     \input{diffucobare3.tex}
1230       !! \endlatexonly
1231       
1232       IF ( (evap_bare_lim(ji) .GT. min_sechiba) .AND. & 
1233            ! in this case we can't have vegtot LE min_sechina, cf hydrol_soil
1234            (un - SUM(vbeta2(ji,:)+vbeta3(ji,:)) .GT. min_sechiba) ) THEN 
1235          ! eventually, none of the left-hand term is close to zero
1236         
1237          vbeta4(ji) = MIN(evap_bare_lim(ji), un - SUM(vbeta2(ji,:)+vbeta3(ji,:))) 
1238          ! so that vbeta does not exceed 1
1239         
1240       ELSE ! instead of having very small vbeta4, we set everything to zero
1241          vbeta4(ji) = zero
1242          evap_bare_lim(ji) = zero
1243          evap_bare_lim_ns(ji,:) = zero
1244       ENDIF
1245       
1246    END DO
1247   
1248    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' diffuco_bare done '
1249   
1250  END SUBROUTINE diffuco_bare
1251
1252
1253!! ==============================================================================================================================
1254!! SUBROUTINE   : diffuco_trans_co2
1255!!
1256!>\BRIEF        This subroutine computes carbon assimilation and stomatal
1257!! conductance, following respectively Farqhuar et al. (1980) and Ball et al. (1987).
1258!!
1259!! DESCRIPTION  :\n
1260!! *** General:\n
1261!! The equations are different depending on the photosynthesis mode (C3 versus C4).\n
1262!! Assimilation and conductance are computed over 20 levels of LAI and then
1263!! integrated at the canopy level.\n
1264!! This routine also computes partial beta coefficient: transpiration for each
1265!! type of vegetation.\n
1266!! There is a main loop on the PFTs, then inner loops on the points where
1267!! assimilation has to be calculated.\n
1268!! This subroutine is called at each sechiba time step by sechiba_main.\n
1269!! *** Details:
1270!! - Integration at the canopy level\n
1271!! \latexonly
1272!! \input{diffuco_trans_co2_1.1.tex}
1273!! \endlatexonly
1274!! - Light''s extinction \n
1275!! The available light follows a simple Beer extinction law.
1276!! The extinction coefficients (ext_coef) are PFT-dependant constants and are defined in constant_co2.f90.\n
1277!! \latexonly
1278!! \input{diffuco_trans_co2_1.2.tex}
1279!! \endlatexonly
1280!! - Estimation of relative humidity of air (for calculation of the stomatal conductance)\n
1281!! \latexonly
1282!! \input{diffuco_trans_co2_1.3.tex}
1283!! \endlatexonly
1284!! - Calculation of the water limitation factor\n
1285!! \latexonly
1286!! \input{diffuco_trans_co2_2.1.tex}
1287!! \endlatexonly
1288!! - Calculation of temperature dependent parameters for C4 plants\n
1289!! \latexonly
1290!! \input{diffuco_trans_co2_2.2.tex}
1291!! \endlatexonly
1292!! - Calculation of temperature dependent parameters for C3 plants\n
1293!! \latexonly
1294!! \input{diffuco_trans_co2_2.3.tex}
1295!! \endlatexonly
1296!! - Vmax scaling\n
1297!! Vmax is scaled into the canopy due to reduction of nitrogen
1298!! (Johnson and Thornley,1984).\n
1299!! \latexonly
1300!! \input{diffuco_trans_co2_2.4.1.tex}
1301!! \endlatexonly
1302!! - Assimilation for C4 plants (Collatz et al., 1992)\n
1303!! \latexonly
1304!! \input{diffuco_trans_co2_2.4.2.tex}
1305!! \endlatexonly         
1306!! - Assimilation for C3 plants (Farqhuar et al., 1980)\n
1307!! \latexonly
1308!! \input{diffuco_trans_co2_2.4.3.tex}
1309!! \endlatexonly
1310!! - Estimation of the stomatal conductance (Ball et al., 1987)\n
1311!! \latexonly
1312!! \input{diffuco_trans_co2_2.4.4.tex}
1313!! \endlatexonly
1314!!
1315!! RECENT CHANGE(S):
1316!!
1317!!   2018/11 replaced t2m and q2m by temp_air and qair; prognostic variables on first atmospheric model layer
1318!!
1319!!   2006/06   N. de Noblet
1320!!                - addition of q2m and t2m as input parameters for the
1321!!                calculation of Rveget
1322!!                - introduction of vbeta23
1323!!
1324!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): beta coefficients, resistances, CO2 intercellular
1325!! concentration
1326!!
1327!! REFERENCE(S) :
1328!! - Ball, J., T. Woodrow, and J. Berry (1987), A model predicting stomatal
1329!! conductance and its contribution to the control of photosynthesis under
1330!! different environmental conditions, Prog. Photosynthesis, 4, 221– 224.
1331!! - Collatz, G., M. Ribas-Carbo, and J. Berry (1992), Coupled photosynthesis
1332!! stomatal conductance model for leaves of C4 plants, Aust. J. Plant Physiol.,
1333!! 19, 519–538.
1334!! - Farquhar, G., S. von Caemmener, and J. Berry (1980), A biochemical model of
1335!! photosynthesis CO2 fixation in leaves of C3 species, Planta, 149, 78–90.
1336!! - Johnson, I. R., and J. Thornley (1984), A model of instantaneous and daily
1337!! canopy photosynthesis, J Theor. Biol., 107, 531 545
1338!! - McMurtrie, R.E., Rook, D.A. and Kelliher, F.M., 1990. Modelling the yield of Pinus radiata on a
1339!! site limited by water and nitrogen. For. Ecol. Manage., 30: 381-413
1340!! - Bounoua, L., Hall, F. G., Sellers, P. J., Kumar, A., Collatz, G. J., Tucker, C. J., and Imhoff, M. L. (2010), Quantifying the
1341!! negative feedback of vegetation to greenhouse warming: A modeling approach, Geophysical Research Letters, 37, Artn L23701,
1342!! Doi 10.1029/2010gl045338
1343!! - Bounoua, L., Collatz, G. J., Sellers, P. J., Randall, D. A., Dazlich, D. A., Los, S. O., Berry, J. A., Fung, I.,
1344!! Tucker, C. J., Field, C. B., and Jensen, T. G. (1999), Interactions between vegetation and climate: Radiative and physiological
1345!! effects of doubled atmospheric co2, Journal of Climate, 12, 309-324, Doi 10.1175/1520-0442(1999)012<0309:Ibvacr>2.0.Co;2
1346!! - Sellers, P. J., Bounoua, L., Collatz, G. J., Randall, D. A., Dazlich, D. A., Los, S. O., Berry, J. A., Fung, I.,
1347!! Tucker, C. J., Field, C. B., and Jensen, T. G. (1996), Comparison of radiative and physiological effects of doubled atmospheric
1348!! co2 on climate, Science, 271, 1402-1406, DOI 10.1126/science.271.5254.1402
1349!! - Lewis, J. D., Ward, J. K., and Tissue, D. T. (2010), Phosphorus supply drives nonlinear responses of cottonwood
1350!! (populus deltoides) to increases in co2 concentration from glacial to future concentrations, New Phytologist, 187, 438-448,
1351!! DOI 10.1111/j.1469-8137.2010.03307.x
1352!! - Kattge, J., Knorr, W., Raddatz, T., and Wirth, C. (2009), Quantifying photosynthetic capacity and its relationship to leaf
1353!! nitrogen content for global-scale terrestrial biosphere models, Global Change Biology, 15, 976-991,
1354!! DOI 10.1111/j.1365-2486.2008.01744.x
1355!!
1356!! FLOWCHART    : None
1357!! \n
1358!_ ================================================================================================================================
1359
1360SUBROUTINE diffuco_trans_co2 (kjpindex, swdown, pb, qsurf, qair, temp_air, temp_growth, rau, u, v, q_cdrag, humrel, &
1361                                assim_param, Ca, &
1362                                veget, veget_max, lai, qsintveg, qsintmax, vbeta3, vbeta3pot, rveget, rstruct, &
1363                                cimean, gsmean, gpp, &
1364                                co2_to_bm, vbeta23, hist_id, indexveg, indexlai, index, kjit, cim)
1365
1366    !
1367    !! 0. Variable and parameter declaration
1368    !
1369
1370    !
1371    !! 0.1 Input variables
1372    !
1373    INTEGER(i_std), INTENT(in)                               :: kjpindex         !! Domain size (unitless)
1374    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: swdown           !! Downwelling short wave flux
1375                                                                                 !! @tex ($W m^{-2}$) @endtex
1376    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: pb               !! Lowest level pressure (hPa)
1377    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: qsurf            !! Near surface specific humidity
1378                                                                                 !! @tex ($kg kg^{-1}$) @endtex
1379    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: qair             !! Specific humidity at first atmospheric model layer
1380                                                                                 !! @tex ($kg kg^{-1}$) @endtex
1381    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: temp_air         !! Air temperature at first atmospheric model layer (K)
1382    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: temp_growth      !! Growth temperature (°C) - Is equal to t2m_month
1383    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: rau              !! air density @tex ($kg m^{-3}$) @endtex
1384    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: u                !! Lowest level wind speed
1385                                                                                 !! @tex ($m s^{-1}$) @endtex
1386    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: v                !! Lowest level wind speed
1387                                                                                 !! @tex ($m s^{-1}$) @endtex
1388    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: q_cdrag          !! Surface drag coefficient  (-)
1389    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm,npco2), INTENT (in)  :: assim_param      !! min+max+opt temps (K), vcmax, vjmax for
1390                                                                                 !! photosynthesis
1391                                                                                 !! @tex ($\mu mol m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1392    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: Ca               !! CO2 concentration inside the canopy
1393                                                                                 !! @tex ($\mu mol mol^{-1}$) @endtex
1394    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: humrel           !! Soil moisture stress (0-1,unitless)
1395    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: veget            !! Coverage fraction of vegetation for each PFT
1396                                                                                 !! depending on LAI (0-1, unitless)
1397    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: veget_max        !! Maximum vegetation fraction of each PFT inside
1398                                                                                 !! the grid box (0-1, unitless)
1399    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: lai              !! Leaf area index @tex ($m^2 m^{-2}$) @endtex
1400                                                                                 !! @tex ($m s^{-1}$) @endtex
1401    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: qsintveg         !! Water on vegetation due to interception
1402                                                                                 !! @tex ($kg m^{-2}$) @endte
1403    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: qsintmax         !! Maximum water on vegetation
1404                                                                                 !! @tex ($kg m^{-2}$) @endtex
1405    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: vbeta23          !! Beta for fraction of wetted foliage that will
1406                                                                                 !! transpire (unitless)
1407    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: co2_to_bm        !! virtual gpp ((gC m^{-2} s^{-1}), total area)
1408    INTEGER(i_std),INTENT (in)                               :: hist_id          !! _History_ file identifier (-)   
1409    INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex*nvm), INTENT (in) :: indexveg       !! Indeces of the points on the 3D map (-)   
1410    INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex*(nlai+1)), INTENT (in) :: indexlai  !! Indeces of the points on the 3D map
1411INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)   :: index            !! Indeces of the points on the map (-)
1412    INTEGER(i_std), INTENT(in)                         :: kjit             !! Time step number (-)       
1413    !
1414    !! 0.2 Output variables
1415    !
1416    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: vbeta3           !! Beta for Transpiration (unitless)
1417    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: vbeta3pot        !! Beta for Potential Transpiration
1418    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: rveget           !! stomatal resistance of vegetation
1419                                                                                 !! @tex ($s m^{-1}$) @endtex
1420    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: rstruct          !! structural resistance @tex ($s m^{-1}$) @endtex
1421    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: cimean           !! mean intercellular CO2 concentration
1422                                                                                 !! @tex ($\mu mol mol^{-1}$) @endtex
1423    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: gsmean           !! mean stomatal conductance to CO2 (umol m-2 s-1)
1424    REAL(r_Std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: gpp
1425 !! Assimilation ((gC m^{-2} s^{-1}), total area)
1426    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: cim              !! Intercellular CO2 over nlai
1427    !
1428    !! 0.3 Modified variables
1429    !
1430 
1431    !
1432    !! 0.4 Local variables
1433    !
1434    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm)  :: vcmax                               !! maximum rate of carboxylation
1435                                                                                 !! @tex ($\mu mol CO2 m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1436    INTEGER(i_std)                        :: ji, jv, jl, limit_photo             !! indices (unitless)
1437    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex,nlai+1) :: info_limitphoto
1438    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex,nvm,nlai)  :: leaf_ci                        !! intercellular CO2 concentration (ppm)
1439    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: leaf_ci_lowest                      !! intercellular CO2 concentration at the lowest
1440                                                                                 !! LAI level
1441                                                                                 !! @tex ($\mu mol mol^{-1}$) @endtex
1442    INTEGER(i_std), DIMENSION(kjpindex)   :: ilai                                !! counter for loops on LAI levels (unitless)
1443    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: zqsvegrap                           !! relative water quantity in the water
1444                                                                                 !! interception reservoir (0-1,unitless)
1445    REAL(r_std)                           :: speed                               !! wind speed @tex ($m s^{-1}$) @endtex
1446    ! Assimilation
1447    LOGICAL, DIMENSION(kjpindex)          :: assimilate                          !! where assimilation is to be calculated
1448                                                                                 !! (unitless)
1449    LOGICAL, DIMENSION(kjpindex)          :: calculate                           !! where assimilation is to be calculated for
1450                                                                                 !! in the PFTs loop (unitless)
1451    INTEGER(i_std)                        :: nic,inic,icinic                     !! counter/indices (unitless)
1452    INTEGER(i_std), DIMENSION(kjpindex)   :: index_calc                          !! index (unitless)
1453    INTEGER(i_std)                        :: nia,inia,nina,inina,iainia          !! counter/indices (unitless)
1454    INTEGER(i_std), DIMENSION(kjpindex)   :: index_assi,index_non_assi           !! indices (unitless)
1455    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex, nlai+1)      :: vc2                                 !! rate of carboxylation (at a specific LAI level)
1456                                                                                 !! @tex ($\mu mol CO2 m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1457    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex, nlai+1)      :: vj2                                 !! rate of Rubisco regeneration (at a specific LAI
1458                                                                                 !! level) @tex ($\mu mol e- m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1459    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex, nlai+1)      :: assimi                              !! assimilation (at a specific LAI level)
1460                                                                                 !! @tex ($\mu mol m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1461                                                                                 !! (temporary variables)
1462    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)             :: gstop                        !! stomatal conductance to H2O at topmost level
1463                                                                                 !! @tex ($m s^{-1}$) @endtex
1464    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex,nlai+1)      :: gs                                  !! stomatal conductance to CO2
1465                                                                                 !! @tex ($\mol m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1466    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex,nlai)      :: templeafci 
1467
1468
1469    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: gamma_star                          !! CO2 compensation point (ppm)
1470                                                                                 !! @tex ($\mu mol mol^{-1}$) @endtex
1471
1472    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: air_relhum                          !! air relative humidity at 2m
1473                                                                                 !! @tex ($kg kg^{-1}$) @endtex
1474    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: VPD                                 !! Vapor Pressure Deficit (kPa)
1475    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: water_lim                           !! water limitation factor (0-1,unitless)
1476
1477    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: gstot                               !! total stomatal conductance to H2O
1478                                                                                 !! Final unit is
1479                                                                                 !! @tex ($m s^{-1}$) @endtex
1480    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: assimtot                            !! total assimilation
1481                                                                                 !! @tex ($\mu mol CO2 m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1482    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: Rdtot                               !! Total Day respiration (respiratory CO2 release other than by photorespiration) (mumol CO2 m−2 s−1)
1483    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: leaf_gs_top                         !! leaf stomatal conductance to H2O at topmost level
1484                                                                                 !! @tex ($\mol H2O m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1485    REAL(r_std), DIMENSION(nlai+1)        :: laitab                              !! tabulated LAI steps @tex ($m^2 m^{-2}$) @endtex
1486    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: qsatt                               !! surface saturated humidity at 2m (??)
1487                                                                                 !! @tex ($g g^{-1}$) @endtex
1488    REAL(r_std), DIMENSION(nvm,nlai)      :: light                               !! fraction of light that gets through upper LAI   
1489                                                                                 !! levels (0-1,unitless)
1490    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_Vcmax                             !! Temperature dependance of Vcmax (unitless)
1491    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: S_Vcmax_acclim_temp                 !! Entropy term for Vcmax
1492                                                                                 !! accounting for acclimation to temperature (J K-1 mol-1)
1493    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_Jmax                              !! Temperature dependance of Jmax
1494    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: S_Jmax_acclim_temp                  !! Entropy term for Jmax
1495                                                                                 !! accounting for acclimation toxs temperature (J K-1 mol-1)
1496    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_gm                                !! Temperature dependance of gmw
1497    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_Rd                                !! Temperature dependance of Rd (unitless)
1498    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_Kmc                               !! Temperature dependance of KmC (unitless)
1499    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_KmO                               !! Temperature dependance of KmO (unitless)
1500    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_Sco                               !! Temperature dependance of Sco
1501    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_gamma_star                        !! Temperature dependance of gamma_star (unitless)   
1502    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: vc                                  !! Maximum rate of Rubisco activity-limited carboxylation (mumol CO2 m−2 s−1)
1503    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: vj                                  !! Maximum rate of e- transport under saturated light (mumol CO2 m−2 s−1)
1504    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: gm                                  !! Mesophyll diffusion conductance (molCO2 m−2 s−1 bar−1)
1505    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: g0var
1506    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex,nlai+1)      :: Rd                                  !! Day respiration (respiratory CO2 release other than by photorespiration) (mumol CO2 m−2 s−1)
1507    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: Kmc                                 !! Michaelis–Menten constant of Rubisco for CO2 (mubar)
1508    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: KmO                                 !! Michaelis–Menten constant of Rubisco for O2 (mubar)
1509    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: Sco                                 !! Relative CO2 /O2 specificity factor for Rubisco (bar bar-1)
1510    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: gb_co2                              !! Boundary-layer conductance (molCO2 m−2 s−1 bar−1)
1511    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: gb_h2o                              !! Boundary-layer conductance (molH2O m−2 s−1 bar−1)
1512    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: fvpd                                !! Factor for describing the effect of leaf-to-air vapour difference on gs (-)
1513    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: low_gamma_star                      !! Half of the reciprocal of Sc/o (bar bar-1)
1514    REAL(r_std)                           :: N_Vcmax                             !! Nitrogen level dependance of Vcmacx and Jmax
1515    REAL(r_std)                           :: fcyc                                !! Fraction of electrons at PSI that follow cyclic transport around PSI (-)
1516    REAL(r_std)                           :: z                                   !! A lumped parameter (see Yin et al. 2009) ( mol mol-1)                         
1517    REAL(r_std)                           :: Rm                                  !! Day respiration in the mesophyll (umol CO2 m−2 s−1)
1518    REAL(r_std)                           :: Cs_star                             !! Cs -based CO2 compensation point in the absence of Rd (ubar)
1519    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: Iabs                                !! Photon flux density absorbed by leaf photosynthetic pigments (umol photon m−2 s−1)
1520    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: Jmax                                !! Maximum value of J under saturated light (umol e− m−2 s−1)
1521    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex, nlai+1)      :: JJ                                  !! Rate of e− transport (umol e− m−2 s−1)
1522    REAL(r_std)                           :: J2                                  !! Rate of all e− transport through PSII (umol e− m−2 s−1)
1523    REAL(r_std)                           :: VpJ2                                !! e− transport-limited PEP carboxylation rate (umol CO2 m−2 s−1)
1524    REAL(r_std)                           :: A_1, A_3                            !! Lowest First and third roots of the analytical solution for a general cubic equation (see Appendix A of Yin et al. 2009) (umol CO2 m−2 s−1)
1525    REAL(r_std)                           :: A_1_tmp, A_3_tmp                            !! Temporary First and third roots of the analytical solution for a general cubic equation (see Appendix A of Yin et al. 2009) (umol CO2 m−2 s−1)
1526    REAL(r_std)                           :: Obs                                 !! Bundle-sheath oxygen partial pressure (ubar)
1527    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex, nlai+1)      :: Cc                                  !! Chloroplast CO2 partial pressure (ubar)
1528    REAL(r_std)                           :: ci_star                             !! Ci -based CO2 compensation point in the absence of Rd (ubar)       
1529    REAL(r_std)                           :: a,b,c,d,m,f,j,g,h,i,l,p,q,r         !! Variables used for solving the cubic equation (see Yin et al. (2009))
1530    REAL(r_std)                           :: QQ,UU,PSI,x1,x2,x3                      !! Variables used for solving the cubic equation (see Yin et al. (2009))
1531                                       
1532    REAL(r_std)                           :: cresist                             !! coefficient for resistances (??)
1533    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: laisum                              !! when calculating cim over nlai
1534
1535! @defgroup Photosynthesis Photosynthesis
1536! @{   
1537    ! 1. Preliminary calculations\n
1538!_ ================================================================================================================================
1539
1540    cim(:,:)=zero
1541
1542    !
1543    ! 1.1 Calculate LAI steps\n
1544    ! The integration at the canopy level is done over nlai fixed levels.
1545    !! \latexonly
1546    !! \input{diffuco_trans_co2_1.1.tex}
1547    !! \endlatexonly
1548! @}
1549! @codeinc
1550    DO jl = 1, nlai+1
1551      laitab(jl) = laimax*(EXP(lai_level_depth*REAL(jl-1,r_std))-1.)/(EXP(lai_level_depth*REAL(nlai,r_std))-un)
1552    ENDDO
1553! @endcodeinc
1554
1555! @addtogroup Photosynthesis
1556! @{   
1557    !
1558    ! 1.2 Calculate light fraction for each LAI step\n
1559    ! The available light follows a simple Beer extinction law.
1560    ! The extinction coefficients (ext_coef) are PFT-dependant constants and are defined in constant_co2.f90.
1561    !! \latexonly
1562    !! \input{diffuco_trans_co2_1.2.tex}
1563    !! \endlatexonly
1564! @}
1565! @codeinc
1566    DO jl = 1, nlai
1567      DO jv = 1, nvm
1568        light(jv,jl) = exp( -ext_coeff(jv)*laitab(jl) )
1569      ENDDO
1570    ENDDO 
1571! @endcodeinc
1572    !
1573    ! Photosynthesis parameters
1574    !
1575
1576    IF (downregulation_co2) THEN
1577       DO jv= 1, nvm
1578          vcmax(:,jv) = assim_param(:,jv,ivcmax)*(un-downregulation_co2_coeff(jv)*log(Ca(:)/downregulation_co2_baselevel))
1579       ENDDO
1580    ELSE
1581       vcmax(:,:) = assim_param(:,:,ivcmax)
1582    ENDIF
1583
1584!    DO jv = 1, nvm
1585!       vcmax(:,:) = Vcmax25(jv)
1586!    ENDDO
1587
1588! @addtogroup Photosynthesis
1589! @{   
1590    !
1591    ! 1.3 Estimate relative humidity of air (for calculation of the stomatal conductance).\n
1592    !! \latexonly
1593    !! \input{diffuco_trans_co2_1.3.tex}
1594    !! \endlatexonly
1595! @}
1596    !
1597
1598    CALL qsatcalc (kjpindex, temp_air, pb, qsatt)
1599    air_relhum(:) = &
1600      ( qair(:) * pb(:) / (Tetens_1+qair(:)* Tetens_2) ) / &
1601      ( qsatt(:)*pb(:) / (Tetens_1+qsatt(:)*Tetens_2 ) )
1602
1603
1604    VPD(:) = ( qsatt(:)*pb(:) / (Tetens_1+qsatt(:)*Tetens_2 ) ) &
1605         - ( qair(:) * pb(:) / (Tetens_1+qair(:)* Tetens_2) )
1606    ! VPD is needed in kPa
1607    VPD(:) = VPD(:)/10.
1608
1609    !
1610    ! 2. beta coefficient for vegetation transpiration
1611    !
1612    rstruct(:,1) = rstruct_const(1)
1613    rveget(:,:) = undef_sechiba
1614    !
1615    vbeta3(:,:) = zero
1616    vbeta3pot(:,:) = zero
1617    gsmean(:,:) = zero
1618    gpp(:,:) = zero
1619    !
1620    cimean(:,1) = Ca(:)
1621    !
1622    ! @addtogroup Photosynthesis
1623    ! @{   
1624    ! 2. Loop over vegetation types\n
1625    ! @}
1626    !
1627    DO jv = 2,nvm
1628       gamma_star(:)=zero
1629       Kmo(:)=zero
1630       Kmc(:)=zero
1631       gm(:)=zero
1632       g0var(:) =zero
1633
1634       Cc(:,:)=zero
1635       Vc2(:,:)=zero
1636       JJ(:,:)=zero
1637       info_limitphoto(:,:)=zero
1638       gs(:,:)=zero
1639       templeafci(:,:)=zero
1640       assimi(:,:)=zero
1641       Rd(:,:)=zero
1642
1643      !
1644      ! @addtogroup Photosynthesis
1645      ! @{   
1646      !
1647      ! 2.1 Initializations\n
1648      !! \latexonly
1649      !! \input{diffuco_trans_co2_2.1.tex}
1650      !! \endlatexonly
1651      ! @}     
1652      !
1653      ! beta coefficient for vegetation transpiration
1654      !
1655      rstruct(:,jv) = rstruct_const(jv)
1656      cimean(:,jv) = Ca(:)
1657      !
1658      !! mask that contains points where there is photosynthesis
1659      !! For the sake of vectorisation [DISPENSABLE], computations are done only for convenient points.
1660      !! nia is the number of points where the assimilation is calculated and nina the number of points where photosynthesis is not
1661      !! calculated (based on criteria on minimum or maximum values on LAI, vegetation fraction, shortwave incoming radiation,
1662      !! temperature and relative humidity).
1663      !! For the points where assimilation is not calculated, variables are initialized to specific values.
1664      !! The assimilate(kjpindex) array contains the logical value (TRUE/FALSE) relative to this photosynthesis calculation.
1665      !! The index_assi(kjpindex) array indexes the nia points with assimilation, whereas the index_no_assi(kjpindex) array indexes
1666      !! the nina points with no assimilation.
1667      nia=0
1668      nina=0
1669      !
1670      DO ji=1,kjpindex
1671         !
1672         IF ( ( lai(ji,jv) .GT. 0.01 ) .AND. &
1673              ( veget_max(ji,jv) .GT. min_sechiba ) ) THEN
1674           
1675            IF ( ( veget(ji,jv) .GT. min_sechiba ) .AND. &
1676                 ( swdown(ji) .GT. min_sechiba )   .AND. &
1677                 ( humrel(ji,jv) .GT. min_sechiba) .AND. &
1678                 ( temp_growth(ji) .GT. tphoto_min(jv) ) .AND. &
1679                 ( temp_growth(ji) .LT. tphoto_max(jv) ) ) THEN
1680               !
1681               assimilate(ji) = .TRUE.
1682               nia=nia+1
1683               index_assi(nia)=ji
1684               !
1685            ELSE
1686               !
1687               assimilate(ji) = .FALSE.
1688               nina=nina+1
1689               index_non_assi(nina)=ji
1690               !
1691            ENDIF
1692         ELSE
1693            !
1694            assimilate(ji) = .FALSE.
1695            nina=nina+1
1696            index_non_assi(nina)=ji
1697            !
1698         ENDIF
1699         !
1700
1701      ENDDO
1702      !
1703
1704      gstot(:) = zero
1705      gstop(:) = zero
1706      assimtot(:) = zero
1707      Rdtot(:)=zero
1708      leaf_gs_top(:) = zero
1709      !
1710      zqsvegrap(:) = zero
1711      WHERE (qsintmax(:,jv) .GT. min_sechiba)
1712      !! relative water quantity in the water interception reservoir
1713          zqsvegrap(:) = MAX(zero, qsintveg(:,jv) / qsintmax(:,jv))
1714      ENDWHERE
1715      !
1716      !! Calculates the water limitation factor.
1717      water_lim(:) = humrel(:,jv)
1718
1719      ! give a default value of ci for all pixel that do not assimilate
1720      DO jl=1,nlai
1721         DO inina=1,nina
1722            leaf_ci(index_non_assi(inina),jv,jl) = Ca(index_non_assi(inina)) 
1723         ENDDO
1724      ENDDO
1725      !
1726      ilai(:) = 1
1727      !
1728      ! Here is the calculation of assimilation and stomatal conductance
1729      ! based on the work of Farquahr, von Caemmerer and Berry (FvCB model)
1730      ! as described in Yin et al. 2009
1731      ! Yin et al. developed a extended version of the FvCB model for C4 plants
1732      ! and proposed an analytical solution for both photosynthesis pathways (C3 and C4)
1733      ! Photosynthetic parameters used are those reported in Yin et al.
1734      ! Except For Vcmax25, relationships between Vcmax25 and Jmax25 for which we use
1735      ! Medlyn et al. (2002) and Kattge & Knorr (2007)
1736      ! Because these 2 references do not consider mesophyll conductance, we neglect this term
1737      ! in the formulations developed by Yin et al.
1738      ! Consequently, gm (the mesophyll conductance) tends to the infinite
1739      ! This is of importance because as stated by Kattge & Knorr and Medlyn et al.,
1740      ! values of Vcmax and Jmax derived with different model parametrizations are not
1741      ! directly comparable and the published values of Vcmax and Jmax had to be standardized
1742      ! to one consistent formulation and parametrization
1743
1744      ! See eq. 6 of Yin et al. (2009)
1745      ! Parametrization of Medlyn et al. (2002) - from Bernacchi et al. (2001)
1746      T_KmC(:)        = Arrhenius(kjpindex,temp_air,298.,E_KmC(jv))
1747      T_KmO(:)        = Arrhenius(kjpindex,temp_air,298.,E_KmO(jv))
1748      T_Sco(:)        = Arrhenius(kjpindex,temp_air,298.,E_Sco(jv))
1749      T_gamma_star(:) = Arrhenius(kjpindex,temp_air,298.,E_gamma_star(jv))
1750
1751
1752      ! Parametrization of Yin et al. (2009) - from Bernacchi et al. (2001)
1753      T_Rd(:)         = Arrhenius(kjpindex,temp_air,298.,E_Rd(jv))
1754
1755
1756      ! For C3 plants, we assume that the Entropy term for Vcmax and Jmax
1757      ! acclimates to temperature as shown by Kattge & Knorr (2007) - Eq. 9 and 10
1758      ! and that Jmax and Vcmax respond to temperature following a modified Arrhenius function
1759      ! (with a decrease of these parameters for high temperature) as in Medlyn et al. (2002)
1760      ! and Kattge & Knorr (2007).
1761      ! In Yin et al. (2009), temperature dependance to Vcmax is based only on a Arrhenius function
1762      ! Concerning this apparent unconsistency, have a look to the section 'Limitation of
1763      ! Photosynthesis by gm' of Bernacchi (2002) that may provide an explanation
1764     
1765      ! Growth temperature tested by Kattge & Knorr range from 11 to 35°C
1766      ! So, we limit the relationship between these lower and upper limits
1767      S_Jmax_acclim_temp(:) = aSJ(jv) + bSJ(jv) * MAX(11., MIN(temp_growth(:),35.))     
1768      T_Jmax(:)  = Arrhenius_modified(kjpindex,temp_air,298.,E_Jmax(jv),D_Jmax(jv),S_Jmax_acclim_temp)
1769
1770      S_Vcmax_acclim_temp(:) = aSV(jv) + bSV(jv) * MAX(11., MIN(temp_growth(:),35.))   
1771      T_Vcmax(:) = Arrhenius_modified(kjpindex,temp_air,298.,E_Vcmax(jv),D_Vcmax(jv),S_Vcmax_acclim_temp)
1772       
1773
1774     
1775      vc(:) = vcmax(:,jv) * T_Vcmax(:)
1776      ! As shown by Kattge & Knorr (2007), we make use
1777      ! of Jmax25/Vcmax25 ratio (rJV) that acclimates to temperature for C3 plants
1778      ! rJV is written as a function of the growth temperature
1779      ! rJV = arJV + brJV * T_month
1780      ! See eq. 10 of Kattge & Knorr (2007)
1781      ! and Table 3 for Values of arJV anf brJV
1782      ! Growth temperature is monthly temperature (expressed in °C) - See first paragraph of
1783      ! section Methods/Data of Kattge & Knorr
1784      vj(:) = ( arJV(jv) + brJV(jv) *  MAX(11., MIN(temp_growth(:),35.)) ) * vcmax(:,jv) * T_Jmax(:)
1785
1786      T_gm(:)    = Arrhenius_modified(kjpindex,temp_air,298.,E_gm(jv),D_gm(jv),S_gm(jv))
1787      gm(:) = gm25(jv) * T_gm(:) * MAX(1-stress_gm(jv), water_lim(:))
1788
1789      g0var(:) = g0(jv)* MAX(1-stress_gs(jv), water_lim(:))
1790      ! @endcodeinc
1791      !
1792      KmC(:)=KmC25(jv)*T_KmC(:)
1793      KmO(:)=KmO25(jv)*T_KmO(:)
1794      Sco(:)=Sco25(jv)*T_sco(:)
1795      gamma_star(:) = gamma_star25(jv)*T_gamma_star(:)
1796
1797
1798
1799      ! low_gamma_star is defined by Yin et al. (2009)
1800      ! as the half of the reciprocal of Sco - See Table 2
1801      low_gamma_star(:) = 0.5 / Sco(:)
1802
1803      ! VPD expressed in kPa
1804      ! Note : MIN(1.-min_sechiba,MAX(min_sechiba,(a1(jv) - b1(jv) * VPD(:)))) is always between 0-1 not including 0 and 1
1805      fvpd(:) = 1. / ( 1. / MIN(1.-min_sechiba,MAX(min_sechiba,(a1(jv) - b1(jv) * VPD(:)))) - 1. ) &
1806                * MAX(1-stress_gs(jv), water_lim(:))
1807
1808      ! leaf boundary layer conductance
1809      ! conversion from a conductance in (m s-1) to (mol H2O m-2 s-1)
1810      ! from Pearcy et al. (1991, see below)
1811      gb_h2o(:) = gb_ref * 44.6 * (tp_00/temp_air(:)) * (pb(:)/pb_std) 
1812
1813      ! conversion from (mol H2O m-2 s-1) to (mol CO2 m-2 s-1)
1814      gb_co2(:) = gb_h2o(:) / ratio_H2O_to_CO2
1815
1816      !
1817      ! @addtogroup Photosynthesis
1818      ! @{   
1819      !
1820      ! 2.4 Loop over LAI discretized levels to estimate assimilation and conductance\n
1821      ! @}           
1822      !
1823      !! The calculate(kjpindex) array is of type logical to indicate wether we have to sum over this LAI fixed level (the LAI of
1824      !! the point for the PFT is lower or equal to the LAI level value). The number of such points is incremented in nic and the
1825      !! corresponding point is indexed in the index_calc array.
1826      JJ(:,:)=zero
1827      vc2(:,:)=zero
1828      vj2(:,:)=zero
1829      Cc(:,:)=zero
1830      gs(:,:)=zero
1831      assimi(:,:)=zero
1832      Rd(:,:)=zero
1833
1834      DO jl = 1, nlai
1835         !
1836         nic=0
1837         calculate(:) = .FALSE.
1838         !
1839         IF (nia .GT. 0) then
1840            DO inia=1,nia
1841               calculate(index_assi(inia)) = (laitab(jl) .LE. lai(index_assi(inia),jv) )
1842               IF ( calculate(index_assi(inia)) ) THEN
1843                  nic=nic+1
1844                  index_calc(nic)=index_assi(inia)
1845               ENDIF
1846            ENDDO
1847         ENDIF
1848         !
1849         ! @addtogroup Photosynthesis
1850         ! @{   
1851         !
1852         ! 2.4.1 Vmax is scaled into the canopy due to reduction of nitrogen
1853         !! (Johnson and Thornley,1984).\n
1854         !! \latexonly
1855         !! \input{diffuco_trans_co2_2.4.1.tex}
1856         !! \endlatexonly
1857         ! @}           
1858         !
1859         N_Vcmax = ( un - .7_r_std * ( un - light(jv,jl) ) )
1860         !
1861
1862         vc2(:,jl) = vc(:) * N_Vcmax * MAX(1-stress_vcmax(jv), water_lim(:))
1863         vj2(:,jl) = vj(:) * N_Vcmax * MAX(1-stress_vcmax(jv), water_lim(:))
1864
1865         ! see Comment in legend of Fig. 6 of Yin et al. (2009)
1866         ! Rd25 is assumed to equal 0.01 Vcmax25
1867         Rd(:,jl) = vcmax(:,jv) * N_Vcmax * 0.01 * T_Rd(:)  * MAX(1-stress_vcmax(jv), water_lim(:))
1868
1869         Iabs(:)=swdown(:)*W_to_mol*RG_to_PAR*ext_coeff(jv)*light(jv,jl)
1870         
1871         ! eq. 4 of Yin et al (2009)
1872         Jmax(:)=vj2(:,jl)
1873         JJ(:,jl) = ( alpha_LL(jv) * Iabs(:) + Jmax(:) - sqrt((alpha_LL(jv) * Iabs(:) + Jmax(:) )**2. &
1874              - 4 * theta(jv) * Jmax(:) * alpha_LL(jv) * Iabs(:)) ) &
1875              / ( 2 * theta(jv))
1876
1877         !
1878         IF ( is_c4(jv) )  THEN
1879            !
1880            ! @addtogroup Photosynthesis
1881            ! @{   
1882            !
1883            ! 2.4.2 Assimilation for C4 plants (Collatz et al., 1992)\n
1884            !! \latexonly
1885            !! \input{diffuco_trans_co2_2.4.2.tex}
1886            !! \endlatexonly
1887            ! @}           
1888            !
1889            !
1890            !
1891            IF (nic .GT. 0) THEN
1892               DO inic=1,nic
1893
1894                  ! Analytical resolution of the Assimilation based Yin et al. (2009)
1895                  icinic=index_calc(inic)
1896
1897                  ! Eq. 28 of Yin et al. (2009)
1898                  fcyc= 1. - ( 4.*(1.-fpsir(jv))*(1.+fQ(jv)) + 3.*h_protons(jv)*fpseudo(jv) ) / &
1899                       ( 3.*h_protons(jv) - 4.*(1.-fpsir(jv)))
1900                                   
1901                  ! See paragraph after eq. (20b) of Yin et al.
1902                  Rm=Rd(icinic,jl)/2.
1903                               
1904                  ! We assume that cs_star equals ci_star (see Comment in legend of Fig. 6 of Yin et al. (2009)
1905                  ! Equation 26 of Yin et al. (2009)
1906                  Cs_star = (gbs(jv) * low_gamma_star(icinic) * Oi - &
1907                       ( 1. + low_gamma_star(icinic) * alpha(jv) / 0.047) * Rd(icinic,jl) + Rm ) &
1908                       / ( gbs(jv) + kp(jv) ) 
1909
1910                  ! eq. 11 of Yin et al (2009)
1911                  J2 = JJ(icinic,jl) / ( 1. - fpseudo(jv) / ( 1. - fcyc ) )
1912
1913                  ! Equation right after eq. (20d) of Yin et al. (2009)
1914                  z = ( 2. + fQ(jv) - fcyc ) / ( h_protons(jv) * (1. - fcyc ))
1915
1916                  VpJ2 = fpsir(jv) * J2 * z / 2.
1917
1918                  A_3=9999.
1919
1920                  ! See eq. right after eq. 18 of Yin et al. (2009)
1921                  DO limit_photo=1,2
1922                     ! Is Vc limiting the Assimilation
1923                     IF ( limit_photo .EQ. 1 ) THEN
1924                        a = 1. + kp(jv) / gbs(jv)
1925                        b = 0.
1926                        x1 = Vc2(icinic,jl)
1927                        x2 = KmC(icinic)/KmO(icinic)
1928                        x3 = KmC(icinic)
1929                        ! Is J limiting the Assimilation
1930                     ELSE
1931                        a = 1.
1932                        b = VpJ2
1933                        x1 = (1.- fpsir(jv)) * J2 * z / 3.
1934                        x2 = 7. * low_gamma_star(icinic) / 3.
1935                        x3 = 0.
1936                     ENDIF
1937
1938                     m=fvpd(icinic)-g0var(icinic)/gb_co2(icinic)
1939                     d=g0var(icinic)*(Ca(icinic)-Cs_star) + fvpd(icinic)*Rd(icinic,jl)
1940                     f=(b-Rm-low_gamma_star(icinic)*Oi*gbs(jv))*x1*d + a*gbs(jv)*x1*Ca(icinic)*d
1941                     j=(b-Rm+gbs(jv)*x3 + x2*gbs(jv)*Oi)*m + (alpha(jv)*x2/0.047-1.)*d &
1942                          + a*gbs(jv)*(Ca(icinic)*m - d/gb_co2(icinic) - (Ca(icinic) - Cs_star ))
1943 
1944                     g=(b-Rm-low_gamma_star(icinic)*Oi*gbs(jv))*x1*m - (alpha(jv)*low_gamma_star(icinic)/0.047+1.)*x1*d &
1945                          + a*gbs(jv)*x1*(Ca(icinic)*m - d/gb_co2(icinic) - (Ca(icinic)-Cs_star ))
1946 
1947                     h=-((alpha(jv)*low_gamma_star(icinic)/0.047+1.)*x1*m + (a*gbs(jv)*x1*(m-1.))/gb_co2(icinic) )
1948                     i= ( b-Rm + gbs(jv)*x3 + x2*gbs(jv)*Oi )*d + a*gbs(jv)*Ca(icinic)*d
1949                     l= ( alpha(jv)*x2/0.047 - 1.)*m - (a*gbs(jv)*(m-1.))/gb_co2(icinic)
1950 
1951                     p = (j-(h-l*Rd(icinic,jl))) / l
1952                     q = (i+j*Rd(icinic,jl)-g) / l
1953                     r = -(f-i*Rd(icinic,jl)) / l 
1954 
1955                     ! See Yin et al. (2009) and  Baldocchi (1994)
1956                     QQ = ( (p**2._r_std) - 3._r_std * q) / 9._r_std
1957                     UU = ( 2._r_std* (p**3._r_std) - 9._r_std *p*q + 27._r_std *r) /54._r_std
1958
1959                     IF ( (QQ .GE. 0._r_std) .AND. (ABS(UU/(QQ**1.5_r_std) ) .LE. 1._r_std) ) THEN
1960                        PSI = ACOS(UU/(QQ**1.5_r_std))
1961                        A_3_tmp = -2._r_std * SQRT(QQ) * COS(( PSI + 4._r_std * PI)/3._r_std ) - p / 3._r_std
1962                        IF (( A_3_tmp .LT. A_3 )) THEN
1963                           A_3 = A_3_tmp
1964                           info_limitphoto(icinic,jl)=2.
1965                        ELSE
1966                        ! In case, J is not limiting the assimilation
1967                        ! we have to re-initialise a, b, x1, x2 and x3 values
1968                        ! in agreement with a Vc-limited assimilation
1969                           a = 1. + kp(jv) / gbs(jv)
1970                           b = 0.
1971                           x1 = Vc2(icinic,jl)
1972                           x2 = KmC(icinic)/KmO(icinic)
1973                           x3 = KmC(icinic)
1974                           info_limitphoto(icinic,jl)=1.
1975                        ENDIF
1976                     ENDIF
1977
1978                     IF ( ( A_3 .EQ. 9999. ) .OR. ( A_3 .LT. (-Rd(icinic,jl)) ) ) THEN
1979                        IF ( printlev>=4 ) THEN
1980                           WRITE(numout,*) 'We have a problem in diffuco_trans_co2 for A_3'
1981                           WRITE(numout,*) 'no real positive solution found for pft:',jv
1982                           WRITE(numout,*) 'temp_air:',temp_air(icinic)
1983                           WRITE(numout,*) 'vpd:',vpd(icinic)
1984                        END IF
1985                        A_3 = -Rd(icinic,jl)
1986                     ENDIF
1987                     assimi(icinic,jl) = A_3
1988
1989                     IF ( ABS( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ) .LT. min_sechiba ) THEN
1990                        gs(icinic,jl) = g0var(icinic)
1991                        !leaf_ci keeps its initial value (Ca).
1992                     ELSE
1993                        ! Eq. 24 of Yin et al. (2009)
1994                        Obs = ( alpha(jv) * assimi(icinic,jl) ) / ( 0.047 * gbs(jv) ) + Oi
1995                        ! Eq. 23 of Yin et al. (2009)
1996                        Cc(icinic,jl) = ( ( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ) * ( x2 * Obs + x3 ) + low_gamma_star(icinic) &
1997                             * Obs * x1 ) &
1998                             / MAX(min_sechiba, x1 - ( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ))
1999                        ! Eq. 22 of Yin et al. (2009)
2000                        leaf_ci(icinic,jv,jl) = ( Cc(icinic,jl) - ( b - assimi(icinic,jl) - Rm ) / gbs(jv) ) / a
2001                        ! Eq. 25 of Yin et al. (2009)
2002                        ! It should be Cs instead of Ca but it seems that
2003                        ! other equations in Appendix C make use of Ca
2004                        gs(icinic,jl) = g0var(icinic) + ( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ) / &
2005                             ( Ca(icinic) - Cs_star ) * fvpd(icinic)             
2006                     ENDIF
2007                  ENDDO                 
2008               ENDDO
2009            ENDIF
2010         ELSE
2011            !
2012            ! @addtogroup Photosynthesis
2013            ! @{   
2014            !
2015            ! 2.4.3 Assimilation for C3 plants (Farqhuar et al., 1980)\n
2016            !! \latexonly
2017            !! \input{diffuco_trans_co2_2.4.3.tex}
2018            !! \endlatexonly
2019            ! @}           
2020            !
2021            !
2022            IF (nic .GT. 0) THEN
2023               DO inic=1,nic
2024                  icinic=index_calc(inic)
2025                       
2026                  A_1=9999.
2027
2028                  ! See eq. right after eq. 18 of Yin et al. (2009)
2029                  DO limit_photo=1,2
2030                     ! Is Vc limiting the Assimilation
2031                     IF ( limit_photo .EQ. 1 ) THEN
2032                        x1 = vc2(icinic,jl)
2033                        ! It should be O not Oi (comment from Vuichard)
2034                        x2 = KmC(icinic) * ( 1. + 2*gamma_star(icinic)*Sco(icinic) / KmO(icinic) )
2035                        ! Is J limiting the Assimilation
2036                     ELSE
2037                        x1 = JJ(icinic,jl)/4.
2038                        x2 = 2. * gamma_star(icinic)
2039                     ENDIF
2040
2041
2042                     ! See Appendix B of Yin et al. (2009)
2043                     a = g0var(icinic) * ( x2 + gamma_star(icinic) ) + &
2044                          ( g0var(icinic) / gm(icinic) + fvpd(icinic) ) * ( x1 - Rd(icinic,jl) )
2045                     b = Ca(icinic) * ( x1 - Rd(icinic,jl) ) - gamma_star(icinic) * x1 - Rd(icinic,jl) * x2
2046                     c = Ca(icinic) + x2 + ( 1./gm(icinic) + 1./gb_co2(icinic) ) * ( x1 - Rd(icinic,jl) ) 
2047                     d = x2 + gamma_star(icinic) + ( x1 - Rd(icinic,jl) ) / gm(icinic)
2048                     m = 1./gm(icinic) + ( g0var(icinic)/gm(icinic) + fvpd(icinic) ) * ( 1./gm(icinic) + 1./gb_co2(icinic) ) 
2049   
2050                     p = - ( d + (x1 - Rd(icinic,jl) ) / gm(icinic) + a * ( 1./gm(icinic) + 1./gb_co2(icinic) ) + &
2051                          ( g0var(icinic)/gm(icinic) + fvpd(icinic) ) * c ) / m
2052   
2053                     q = ( d * ( x1 - Rd(icinic,jl) ) + a*c + ( g0var(icinic)/gm(icinic) + fvpd(icinic) ) * b ) / m
2054                     r = - a * b / m
2055   
2056                     ! See Yin et al. (2009)
2057                     QQ = ( (p**2._r_std) - 3._r_std * q) / 9._r_std
2058                     UU = ( 2._r_std* (p**3._r_std) - 9._r_std *p*q + 27._r_std *r) /54._r_std
2059               
2060                     IF ( (QQ .GE. 0._r_std) .AND. (ABS(UU/(QQ**1.5_r_std) ) .LE. 1._r_std) ) THEN
2061                        PSI = ACOS(UU/(QQ**1.5_r_std))
2062                        A_1_tmp = -2._r_std * SQRT(QQ) * COS( PSI / 3._r_std ) - p / 3._r_std
2063                        IF (( A_1_tmp .LT. A_1 )) THEN
2064                           A_1 = A_1_tmp
2065                           info_limitphoto(icinic,jl)=2.
2066                        ELSE
2067                        ! In case, J is not limiting the assimilation
2068                        ! we have to re-initialise x1 and x2 values
2069                        ! in agreement with a Vc-limited assimilation
2070                           x1 = vc2(icinic,jl)
2071                           ! It should be O not Oi (comment from Vuichard)
2072                           x2 = KmC(icinic) * ( 1. + 2*gamma_star(icinic)*Sco(icinic) / KmO(icinic) )                           
2073                           info_limitphoto(icinic,jl)=1.
2074                        ENDIF
2075                     ENDIF
2076                  ENDDO
2077                  IF ( (A_1 .EQ. 9999.) .OR. ( A_1 .LT. (-Rd(icinic,jl)) ) ) THEN
2078                     IF ( printlev>=4 ) THEN
2079                        WRITE(numout,*) 'We have a problem in diffuco_trans_co2 for A_1'
2080                        WRITE(numout,*) 'no real positive solution found for pft:',jv
2081                        WRITE(numout,*) 'temp_air:',temp_air(icinic)
2082                        WRITE(numout,*) 'vpd:',vpd(icinic)
2083                     END IF
2084                     A_1 = -Rd(icinic,jl)
2085                  ENDIF
2086                  assimi(icinic,jl) = A_1
2087
2088                  IF ( ABS( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ) .LT. min_sechiba ) THEN
2089                     gs(icinic,jl) = g0var(icinic)
2090                  ELSE
2091                     ! Eq. 18 of Yin et al. (2009)
2092                     Cc(icinic,jl) = ( gamma_star(icinic) * x1 + ( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ) * x2 )  &
2093                          / MAX( min_sechiba, x1 - ( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ) )
2094                     ! Eq. 17 of Yin et al. (2009)
2095                     leaf_ci(icinic,jv,jl) = Cc(icinic,jl) + assimi(icinic,jl) / gm(icinic) 
2096                     ! See eq. right after eq. 15 of Yin et al. (2009)
2097                     ci_star = gamma_star(icinic) - Rd(icinic,jl) / gm(icinic)
2098                     !
2099                     ! Eq. 15 of Yin et al. (2009)
2100                     gs(icinic,jl) = g0var(icinic) + ( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ) / ( leaf_ci(icinic,jv,jl) &
2101                          - ci_star ) * fvpd(icinic)
2102                  ENDIF
2103               ENDDO
2104            ENDIF
2105         ENDIF
2106         !
2107         IF (nic .GT. 0) THEN
2108            !
2109            DO inic=1,nic
2110               !
2111               ! @addtogroup Photosynthesis
2112               ! @{   
2113               !
2114               !! 2.4.4 Estimatation of the stomatal conductance (Ball et al., 1987).\n
2115               !! \latexonly
2116               !! \input{diffuco_trans_co2_2.4.4.tex}
2117               !! \endlatexonly
2118               ! @}           
2119               !
2120               icinic=index_calc(inic)
2121               !
2122               ! keep stomatal conductance of topmost level
2123               !
2124               IF ( jl .EQ. 1 ) THEN
2125                  leaf_gs_top(icinic) = gs(icinic,jl)
2126                  !
2127               ENDIF
2128               !
2129               ! @addtogroup Photosynthesis
2130               ! @{   
2131               !
2132               !! 2.4.5 Integration at the canopy level\n
2133               !! \latexonly
2134               !! \input{diffuco_trans_co2_2.4.5.tex}
2135               !! \endlatexonly
2136               ! @}           
2137               ! total assimilation and conductance
2138               assimtot(icinic) = assimtot(icinic) + &
2139                    assimi(icinic,jl) * (laitab(jl+1)-laitab(jl))
2140               Rdtot(icinic) = Rdtot(icinic) + &
2141                    Rd(icinic,jl) * (laitab(jl+1)-laitab(jl))
2142               gstot(icinic) = gstot(icinic) + &
2143                    gs(icinic,jl) * (laitab(jl+1)-laitab(jl))
2144               !
2145               ilai(icinic) = jl
2146               !
2147            ENDDO
2148            !
2149         ENDIF
2150      ENDDO  ! loop over LAI steps
2151 
2152      IF(jv==testpft) THEN
2153         templeafci(:,:)=leaf_ci(:,testpft,:)
2154         CALL histwrite_p(hist_id, 'Cc', kjit, Cc, kjpindex*(nlai+1), indexlai)
2155         CALL histwrite_p(hist_id, 'Vc', kjit, Vc2, kjpindex*(nlai+1), indexlai)
2156         CALL histwrite_p(hist_id, 'Vj', kjit, JJ, kjpindex*(nlai+1), indexlai)
2157         CALL histwrite_p(hist_id, 'limitphoto', kjit, info_limitphoto, kjpindex*(nlai+1), indexlai)
2158         CALL histwrite_p(hist_id, 'gammastar', kjit, gamma_star, kjpindex,index)
2159         CALL histwrite_p(hist_id, 'Kmo', kjit, Kmo, kjpindex,index)
2160         CALL histwrite_p(hist_id, 'Kmc', kjit, Kmc, kjpindex,index)
2161         CALL histwrite_p(hist_id, 'gm', kjit, gm, kjpindex, index)
2162         CALL histwrite_p(hist_id, 'gs', kjit, gs, kjpindex*(nlai+1), indexlai)
2163         CALL histwrite_p(hist_id, 'leafci', kjit, templeafci, kjpindex*(nlai), indexlai)
2164         CALL histwrite_p(hist_id, 'assimi', kjit, assimi, kjpindex*(nlai+1), indexlai)
2165         CALL histwrite_p(hist_id, 'Rd', kjit, Rd, kjpindex*(nlai+1), indexlai)
2166      ENDIF
2167      !! Calculated intercellular CO2 over nlai needed for the chemistry module
2168      cim(:,jv)=0.
2169      laisum(:)=0
2170      DO jl=1,nlai
2171         WHERE (laitab(jl) .LE. lai(:,jv) )
2172            cim(:,jv)= cim(:,jv)+leaf_ci(:,jv,jl)*(laitab(jl+1)-laitab(jl))
2173            laisum(:)=laisum(:)+ (laitab(jl+1)-laitab(jl))
2174         ENDWHERE
2175      ENDDO
2176      WHERE (laisum(:)>0)
2177         cim(:,jv)= cim(:,jv)/laisum(:)
2178      ENDWHERE
2179
2180
2181      !
2182      !! 2.5 Calculate resistances
2183      !
2184      IF (nia .GT. 0) THEN
2185         !
2186         DO inia=1,nia
2187            !
2188            iainia=index_assi(inia)
2189
2190            !! Mean stomatal conductance for CO2 (mol m-2 s-1)
2191            gsmean(iainia,jv) = gstot(iainia)
2192            !
2193            ! cimean is the "mean ci" calculated in such a way that assimilation
2194            ! calculated in enerbil is equivalent to assimtot
2195            !
2196            IF ( ABS(gsmean(iainia,jv)-g0var(iainia)*laisum(iainia)) .GT. min_sechiba) THEN
2197               cimean(iainia,jv) = (fvpd(iainia)*(assimtot(iainia)+Rdtot(iainia))) /&
2198                 (gsmean(iainia,jv)-g0var(iainia)*laisum(iainia)) + gamma_star(iainia) 
2199            ELSE
2200               cimean(iainia,jv) = gamma_star(iainia) 
2201            ENDIF
2202                 
2203            ! conversion from umol m-2 (PFT) s-1 to gC m-2 (mesh area) tstep-1
2204            gpp(iainia,jv) = assimtot(iainia)*12e-6*veget_max(iainia,jv)*dt_sechiba
2205           
2206            !
2207            ! conversion from mol/m^2/s to m/s
2208            !
2209            ! As in Pearcy, Schulze and Zimmermann
2210            ! Measurement of transpiration and leaf conductance
2211            ! Chapter 8 of Plant Physiological Ecology
2212            ! Field methods and instrumentation, 1991
2213            ! Editors:
2214            !
2215            !    Robert W. Pearcy,
2216            !    James R. Ehleringer,
2217            !    Harold A. Mooney,
2218            !    Philip W. Rundel
2219            !
2220            ! ISBN: 978-0-412-40730-7 (Print) 978-94-010-9013-1 (Online)
2221
2222            gstot(iainia) =  mol_to_m_1 *(temp_air(iainia)/tp_00)*&
2223                 (pb_std/pb(iainia))*gstot(iainia)*ratio_H2O_to_CO2
2224            gstop(iainia) =  mol_to_m_1 * (temp_air(iainia)/tp_00)*&
2225                 (pb_std/pb(iainia))*leaf_gs_top(iainia)*ratio_H2O_to_CO2*&
2226                 laitab(ilai(iainia)+1)
2227            !
2228            rveget(iainia,jv) = un/gstop(iainia)
2229
2230            !
2231            !
2232            ! rstruct is the difference between rtot (=1./gstot) and rveget
2233            !
2234            ! Correction Nathalie - le 27 Mars 2006 - Interdire a rstruct d'etre negatif
2235            !rstruct(iainia,jv) = un/gstot(iainia) - &
2236            !     rveget(iainia,jv)
2237            rstruct(iainia,jv) = MAX( un/gstot(iainia) - &
2238                 rveget(iainia,jv), min_sechiba)
2239            !
2240            !
2241            !! wind is a global variable of the diffuco module.
2242            speed = MAX(min_wind, wind(iainia))
2243            !
2244            ! beta for transpiration
2245            !
2246            ! Corrections Nathalie - 28 March 2006 - on advices of Fred Hourdin
2247            !! Introduction of a potentiometer rveg_pft to settle the rveg+rstruct sum problem in the coupled mode.
2248            !! rveg_pft=1 in the offline mode. rveg_pft is a global variable declared in the diffuco module.
2249            !vbeta3(iainia,jv) = veget_max(iainia,jv) * &
2250            !  (un - zqsvegrap(iainia)) * &
2251            !  (un / (un + speed * q_cdrag(iainia) * (rveget(iainia,jv) + &
2252            !   rstruct(iainia,jv))))
2253            !! Global resistance of the canopy to evaporation
2254            cresist=(un / (un + speed * q_cdrag(iainia) * &
2255                 veget(iainia,jv)/veget_max(iainia,jv) * &
2256                 (rveg_pft(jv)*(rveget(iainia,jv) + rstruct(iainia,jv)))))
2257
2258            IF ( humrel(iainia,jv) >= min_sechiba ) THEN
2259               vbeta3(iainia,jv) = veget(iainia,jv) * &
2260                    (un - zqsvegrap(iainia)) * cresist + &
2261                    MIN( vbeta23(iainia,jv), veget(iainia,jv) * &
2262                    zqsvegrap(iainia) * cresist )
2263            ELSE
2264               ! Because of a minimum conductance g0, vbeta3 cannot be zero even if humrel=0
2265               ! in the above equation.
2266               ! Here, we force transpiration to be zero when the soil cannot deliver it
2267               vbeta3(iainia,jv) = zero
2268            END IF
2269
2270            ! vbeta3pot for computation of potential transpiration (needed for irrigation)
2271            vbeta3pot(iainia,jv) = MAX(zero, veget(iainia,jv) * cresist)
2272            !
2273            !
2274         ENDDO
2275         !
2276      ENDIF
2277      !
2278   END DO         ! loop over vegetation types
2279   !
2280
2281   ! Add virtual gpp (co2_to_bm) to the gpp.
2282   ! Virtual gpp can be created when introducing new pft or for correction of carbon fluxes
2283   ! for instance for adjustment of Ra at end of the day.
2284   gpp(:,:) = gpp(:,:) + co2_to_bm(:,:)
2285     
2286   IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' diffuco_trans_co2 done '
2287
2288
2289END SUBROUTINE diffuco_trans_co2
2290
2291
2292!! ================================================================================================================================
2293!! SUBROUTINE      : diffuco_comb
2294!!
2295!>\BRIEF           This routine combines the previous partial beta
2296!! coefficients and calculates the total alpha and complete beta coefficients.
2297!!
2298!! DESCRIPTION     : Those integrated coefficients are used to calculate (in enerbil.f90) the total evapotranspiration
2299!! from the grid-cell. \n
2300!!
2301!! In the case that air is more humid than surface, dew deposition can occur (negative latent heat flux).
2302!! In this instance, for temperature above zero, all of the beta coefficients are set to 0, except for
2303!! interception (vbeta2) and bare soil (vbeta4 with zero soil resistance). The amount of water that is
2304!! intercepted by leaves is calculated based on the value of LAI of the surface. In the case of freezing
2305!! temperatures, water is added to the snow reservoir, and so vbeta4 and vbeta2 are set to 0, and the
2306!! total vbeta is set to 1.\n
2307!!
2308!! \latexonly
2309!!     \input{diffucocomb1.tex}
2310!! \endlatexonly
2311!!
2312!! The beta and alpha coefficients are initially set to 1.
2313!! \latexonly
2314!!     \input{diffucocomb2.tex}
2315!! \endlatexonly
2316!!
2317!! If snow is lower than the critical value:
2318!! \latexonly
2319!!     \input{diffucocomb3.tex}
2320!! \endlatexonly
2321!! If in the presence of dew:
2322!! \latexonly
2323!!     \input{diffucocomb4.tex}
2324!! \endlatexonly
2325!!
2326!! Determine where the water goes (soil, vegetation, or snow)
2327!! when air moisture exceeds saturation.
2328!! \latexonly
2329!!     \input{diffucocomb5.tex}
2330!! \endlatexonly
2331!!
2332!! If it is not freezing dew is put into the interception reservoir and onto the bare soil. If it is freezing,
2333!! water is put into the snow reservoir.
2334!! Now modify vbetas where necessary: for soil and snow
2335!! \latexonly
2336!!     \input{diffucocomb6.tex}
2337!! \endlatexonly
2338!!
2339!! and for vegetation
2340!! \latexonly
2341!!     \input{diffucocomb7.tex}
2342!! \endlatexonly
2343!!
2344!! Then compute part of dew that can be intercepted by leafs.
2345!!
2346!! There will be no transpiration when air moisture is too high, under any circumstance
2347!! \latexonly
2348!!     \input{diffucocomb8.tex}
2349!! \endlatexonly
2350!!
2351!! There will also be no interception loss on bare soil, under any circumstance.
2352!! \latexonly
2353!!     \input{diffucocomb9.tex}
2354!! \endlatexonly
2355!!
2356!! The flowchart details the 'decision tree' which underlies the module.
2357!!
2358!! RECENT CHANGE(S): None
2359!!
2360!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): vbeta1, vbeta4, humrel, vbeta2, vbeta3, vbeta
2361!!
2362!! REFERENCE(S) :
2363!! - de Noblet-Ducoudré, N, Laval, K & Perrier, A, 1993. SECHIBA, a new set of parameterisations
2364!! of the hydrologic exchanges at the land-atmosphere interface within the LMD Atmospheric General
2365!! Circulation Model. Journal of Climate, 6, pp.248-273
2366!! - Guimberteau, M, 2010. Modélisation de l'hydrologie continentale et influences de l'irrigation
2367!! sur le cycle de l'eau, PhD Thesis, available from:
2368!! http://www.sisyphe.upmc.fr/~guimberteau/docs/manuscrit_these.pdf
2369!!
2370!! FLOWCHART    :
2371!! \latexonly
2372!!     \includegraphics[scale=0.25]{diffuco_comb_flowchart.png}
2373!! \endlatexonly
2374!! \n
2375!_ ================================================================================================================================
2376
2377  SUBROUTINE diffuco_comb (kjpindex, humrel, rau, u, v, q_cdrag, pb, qair, temp_sol, temp_air, &
2378       & snow, veget, lai, tot_bare_soil, vbeta1, vbeta2, vbeta3 , vbeta4, &
2379       & evap_bare_lim, evap_bare_lim_ns, veget_max, vbeta, qsintmax)   
2380   
2381    ! Ajout qsintmax dans les arguments de la routine Nathalie / le 13-03-2006
2382
2383  !! 0. Variable and parameter declaration
2384   
2385    !! 0.1 Input variables
2386   
2387    INTEGER(i_std), INTENT(in)                           :: kjpindex   !! Domain size (-)
2388    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: rau        !! Air Density (kg m^{-3})
2389    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: u          !! Eastward Lowest level wind speed (m s^{-1})
2390    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: v          !! Nortward Lowest level wind speed (m s^{-1})
2391    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: q_cdrag    !! Surface drag coefficient  (-)
2392    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: pb         !! Lowest level pressure (hPa)
2393    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: qair       !! Lowest level specific air humidity (kg kg^{-1})
2394    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: temp_sol   !! Skin temperature (K)
2395    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: temp_air   !! Lower air temperature (K)
2396    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: snow       !! Snow mass (kg)
2397    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: veget      !! Fraction of vegetation type (fraction)
2398    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: lai        !! Leaf area index (m^2 m^{-2})
2399    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: qsintmax   !! Maximum water on vegetation (kg m^{-2})
2400    REAL(r_std), DIMENSION (kjpindex), INTENT(in)        :: tot_bare_soil!! Total evaporating bare soil fraction
2401    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: veget_max   !! Max. fraction of vegetation type (LAI->infty)
2402
2403    !! 0.2 Output variables
2404   
2405    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)       :: vbeta      !! Total beta coefficient (-)
2406
2407    !! 0.3 Modified variables
2408   
2409    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (inout)     :: vbeta1     !! Beta for sublimation (-)
2410    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (inout)     :: vbeta4     !! Beta for Bare soil evaporation (-)
2411    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (inout) :: humrel     !! Soil moisture stress (within range 0 to 1)
2412    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (inout) :: vbeta2     !! Beta for interception loss (-)
2413    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (inout) :: vbeta3     !! Beta for Transpiration (-)
2414    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (inout)     :: evap_bare_lim  !! limiting factor for bare soil evaporation 
2415                                                                           !! when the 11-layer hydrology is used (-)
2416    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nstm), INTENT (inout):: evap_bare_lim_ns !! limiting factor for bare soil evaporation
2417                                                                             !! when the 11-layer hydrology is used (-)   
2418    !! 0.4 Local variables
2419   
2420    INTEGER(i_std)                                       :: ji, jv
2421    REAL(r_std)                                          :: zevtest, zsoil_moist, zrapp
2422    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)                     :: qsatt
2423    LOGICAL, DIMENSION(kjpindex)                         :: toveg, tosnow
2424    REAL(r_std)                                          :: coeff_dew_veg
2425    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)                     :: vegtot
2426!_ ================================================================================================================================
2427   
2428    !! 1 If we are in presence of dew
2429     
2430    CALL qsatcalc (kjpindex, temp_sol, pb, qsatt)
2431
2432   
2433    !! 1.1 Determine where the water goes
2434    !! Determine where the water goes (soil, vegetation, or snow)
2435    !! when air moisture exceeds saturation.
2436    !! \latexonly
2437    !!     \input{diffucocomb5.tex}
2438    !! \endlatexonly
2439    toveg(:) = .FALSE.
2440    tosnow(:) = .FALSE.
2441    DO ji = 1, kjpindex
2442      IF ( qsatt(ji) .LT. qair(ji) ) THEN
2443          IF (temp_air(ji) .GT. tp_00) THEN
2444              !! If it is not freezing dew is put into the
2445              !! interception reservoir and onto the bare soil.
2446              toveg(ji) = .TRUE.
2447          ELSE
2448              !! If it is freezing water is put into the
2449              !! snow reservoir.
2450              tosnow(ji) = .TRUE.
2451          ENDIF
2452      ENDIF
2453    END DO
2454
2455    !! 1.2 Now modify vbetas where necessary.
2456   
2457    !! 1.2.1 Soil and snow
2458    !! \latexonly
2459    !!     \input{diffucocomb6.tex}
2460    !! \endlatexonly
2461
2462    ! We need to keep consistency between evap_bare_lim, evap_bare_lim_ns and vbeta4 (thus vevapnu)
2463    ! or we have a water conservation issue in hydrol_split_soil
2464
2465    DO ji = 1, kjpindex
2466
2467       IF ( toveg(ji) ) THEN
2468
2469          vbeta1(ji) = zero
2470          vegtot(ji) = SUM(veget_max(ji,:))
2471
2472          IF ( (tot_bare_soil(ji) .GT. min_sechiba) .AND. (vegtot(ji).GT. min_sechiba) ) THEN
2473             
2474             vbeta4(ji) = tot_bare_soil(ji)
2475             
2476             ! We now have to redefine evap_bare_lim & evap_bare_lim_ns
2477             IF (evap_bare_lim(ji) .GT. min_sechiba) THEN               
2478                evap_bare_lim_ns(ji,:) = evap_bare_lim_ns(ji,:) * vbeta4(ji) / evap_bare_lim(ji)
2479             ELSE ! we must re-invent evap_bare_lim_ns => uniform across soiltiles             
2480                evap_bare_lim_ns(ji,:) = tot_bare_soil(ji)/vegtot(ji)               
2481             ENDIF
2482
2483             evap_bare_lim(ji) = vbeta4(ji)
2484             ! consistent with evap_bare_lim(ji) = SUM(evap_bare_lim_ns(ji,:)*soiltile(ji,:)*vegtot(ji))
2485             ! as SUM(soiltile(ji,:)) = 1
2486
2487          ELSE         
2488             vbeta4(ji) = zero
2489             evap_bare_lim_ns(ji,:) = zero
2490             evap_bare_lim(ji) = zero
2491          ENDIF
2492       ENDIF
2493
2494       IF ( tosnow(ji) ) THEN
2495          vbeta1(ji) = un
2496          vbeta4(ji) = zero
2497          evap_bare_lim_ns(ji,:) = zero
2498          evap_bare_lim(ji) = zero
2499       ENDIF
2500
2501    ENDDO
2502
2503    !! 1.2.2 Vegetation and interception loss
2504    !! \latexonly
2505    !!     \input{diffucocomb7.tex}
2506    !! \endlatexonly
2507    DO jv = 1, nvm
2508     
2509      DO ji = 1, kjpindex
2510               
2511        IF ( toveg(ji) ) THEN
2512           IF (qsintmax(ji,jv) .GT. min_sechiba) THEN
2513             
2514              ! Compute part of dew that can be intercepted by leafs.
2515              IF ( lai(ji,jv) .GT. min_sechiba) THEN
2516                IF (lai(ji,jv) .GT. 1.5) THEN
2517                   coeff_dew_veg= &
2518                         &   dew_veg_poly_coeff(6)*lai(ji,jv)**5 &
2519                         & - dew_veg_poly_coeff(5)*lai(ji,jv)**4 &
2520                         & + dew_veg_poly_coeff(4)*lai(ji,jv)**3 &
2521                         & - dew_veg_poly_coeff(3)*lai(ji,jv)**2 &
2522                         & + dew_veg_poly_coeff(2)*lai(ji,jv) &
2523                         & + dew_veg_poly_coeff(1)
2524                 ELSE
2525                    coeff_dew_veg=un
2526                 ENDIF
2527              ELSE
2528                 coeff_dew_veg=zero
2529              ENDIF
2530              IF (jv .EQ. 1) THEN
2531                 ! This line may not work with CWRR when frac_bare is distributed among three soiltiles
2532                 ! Fortunately, qsintmax(ji,1)=0 (LAI=0 in PFT1) so we never pass here
2533                 vbeta2(ji,jv) = coeff_dew_veg*tot_bare_soil(ji)
2534              ELSE
2535                 vbeta2(ji,jv) = coeff_dew_veg*veget(ji,jv)
2536              ENDIF
2537           ELSE
2538              vbeta2(ji,jv) = zero ! if qsintmax=0, vbeta2=0
2539           ENDIF
2540        ENDIF
2541        IF ( tosnow(ji) ) vbeta2(ji,jv) = zero
2542       
2543      ENDDO
2544     
2545    ENDDO
2546
2547    !! 1.2.3 Vegetation and transpiration 
2548    !! There will be no transpiration when air moisture is too high, under any circumstance
2549    !! \latexonly
2550    !!     \input{diffucocomb8.tex}
2551    !! \endlatexonly
2552    DO jv = 1, nvm
2553      DO ji = 1, kjpindex
2554        IF ( qsatt(ji) .LT. qair(ji) ) THEN
2555          vbeta3(ji,jv) = zero
2556          humrel(ji,jv) = zero
2557        ENDIF
2558      ENDDO
2559    ENDDO
2560   
2561   
2562    !! 1.2.4 Overrules 1.2.2
2563    !! There will also be no interception loss on bare soil, under any circumstance.
2564    !! \latexonly
2565    !!     \input{diffucocomb9.tex}
2566    !! \endlatexonly
2567    DO ji = 1, kjpindex
2568       IF ( qsatt(ji) .LT. qair(ji) ) THEN
2569          vbeta2(ji,1) = zero
2570       ENDIF
2571    ENDDO
2572
2573    !! 2  Now calculate vbeta in all cases (the equality needs to hold for enerbil to be consistent)
2574
2575    DO ji = 1, kjpindex
2576          vbeta(ji) = vbeta4(ji) + SUM(vbeta2(ji,:)) + SUM(vbeta3(ji,:))
2577
2578          IF (vbeta(ji) .LT. min_sechiba) THEN
2579             vbeta(ji) = zero
2580             vbeta4(ji) = zero
2581             vbeta2(ji,:)= zero
2582             vbeta3(ji,:)= zero
2583             evap_bare_lim_ns(ji,:) = zero
2584             evap_bare_lim(ji) = zero
2585          END IF
2586    ENDDO 
2587
2588    CALL xios_orchidee_send_field("evap_bare_lim",evap_bare_lim) 
2589    CALL xios_orchidee_send_field("evap_bare_lim_ns",evap_bare_lim_ns)
2590
2591    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' diffuco_comb done '
2592
2593  END SUBROUTINE diffuco_comb
2594
2595
2596!! ================================================================================================================================
2597!! SUBROUTINE   : diffuco_raerod
2598!!
2599!>\BRIEF        Computes the aerodynamic resistance, for cases in which the
2600!! surface drag coefficient is provided by the coupled atmospheric model LMDZ and  when the flag
2601!! 'ldq_cdrag_from_gcm' is set to TRUE
2602!!
2603!! DESCRIPTION  : Simply computes the aerodynamic resistance, for cases in which the
2604!! surface drag coefficient is provided by the coupled atmospheric model LMDZ. If the surface drag coefficient
2605!! is not provided by the LMDZ or signalled by the flag 'ldq_cdrag_from_gcm' set to FALSE, then the subroutine
2606!! diffuco_aero is called instead of this one.
2607!!
2608!! Calculation of the aerodynamic resistance, for diganostic purposes. First calculate wind speed:
2609!! \latexonly
2610!!     \input{diffucoaerod1.tex}
2611!! \endlatexonly       
2612!!
2613!! next calculate ::raero
2614!! \latexonly
2615!!     \input{diffucoaerod2.tex}
2616!! \endlatexonly
2617!!
2618!! RECENT CHANGE(S): None
2619!!
2620!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): ::raero
2621!!
2622!! REFERENCE(S) :
2623!! - de Noblet-Ducoudré, N, Laval, K & Perrier, A, 1993. SECHIBA, a new set of parameterisations
2624!! of the hydrologic exchanges at the land-atmosphere interface within the LMD Atmospheric General
2625!! Circulation Model. Journal of Climate, 6, pp.248-273
2626!! - Guimberteau, M, 2010. Modélisation de l'hydrologie continentale et influence de l'irrigation
2627!! sur le cycle de l'eau, PhD Thesis, available from:
2628!! http://www.sisyphe.upmc.fr/~guimberteau/docs/manuscrit_these.pdf
2629!!
2630!! FLOWCHART    :  None
2631!! \n
2632!_ ================================================================================================================================
2633
2634  SUBROUTINE diffuco_raerod (kjpindex, u, v, q_cdrag, raero)
2635   
2636    IMPLICIT NONE
2637   
2638  !! 0. Variable and parameter declaration
2639
2640    !! 0.1 Input variables
2641
2642    INTEGER(i_std), INTENT(in)                     :: kjpindex     !! Domain size (-)
2643    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)  :: u            !! Eastward Lowest level wind velocity (m s^{-1})
2644    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)  :: v            !! Northward Lowest level wind velocity (m s^{-1})
2645    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)  :: q_cdrag      !! Surface drag coefficient  (-)
2646   
2647    !! 0.2 Output variables
2648   
2649    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out) :: raero        !! Aerodynamic resistance (s m^{-1})
2650     
2651    !! 0.3 Modified variables
2652
2653    !! 0.4 Local variables
2654   
2655    INTEGER(i_std)                                 :: ji           !! (-)
2656    REAL(r_std)                                    :: speed        !! (m s^{-1})
2657!_ ================================================================================================================================
2658   
2659  !! 1. Simple calculation of the aerodynamic resistance, for diganostic purposes.
2660
2661    DO ji=1,kjpindex
2662
2663       !! \latexonly
2664       !!     \input{diffucoaerod1.tex}
2665       !! \endlatexonly       
2666       speed = MAX(min_wind, wind(ji))
2667
2668       !! \latexonly
2669       !!     \input{diffucoaerod2.tex}
2670       !! \endlatexonly
2671       raero(ji) = un / (q_cdrag(ji)*speed)
2672       
2673    ENDDO
2674 
2675  END SUBROUTINE diffuco_raerod
2676
2677
2678  FUNCTION Arrhenius (kjpindex,temp,ref_temp,energy_act) RESULT ( val_arrhenius )
2679    !! 0.1 Input variables
2680
2681    INTEGER(i_std),INTENT(in)                     :: kjpindex          !! Domain size (-)
2682    REAL(r_std),DIMENSION(kjpindex),INTENT(in)    :: temp              !! Temperature (K)
2683    REAL(r_std), INTENT(in)                       :: ref_temp          !! Temperature of reference (K)
2684    REAL(r_std),INTENT(in)                        :: energy_act        !! Activation Energy (J mol-1)
2685   
2686    !! 0.2 Result
2687
2688    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)              :: val_arrhenius     !! Temperature dependance based on
2689                                                                       !! a Arrhenius function (-)
2690   
2691    val_arrhenius(:)=EXP(((temp(:)-ref_temp)*energy_act)/(ref_temp*RR*(temp(:))))
2692  END FUNCTION Arrhenius
2693
2694  FUNCTION Arrhenius_modified_1d (kjpindex,temp,ref_temp,energy_act,energy_deact,entropy) RESULT ( val_arrhenius )
2695    !! 0.1 Input variables
2696
2697    INTEGER(i_std),INTENT(in)                     :: kjpindex          !! Domain size (-)
2698    REAL(r_std),DIMENSION(kjpindex),INTENT(in)    :: temp              !! Temperature (K)
2699    REAL(r_std), INTENT(in)                       :: ref_temp          !! Temperature of reference (K)
2700    REAL(r_std),INTENT(in)                        :: energy_act        !! Activation Energy (J mol-1)
2701    REAL(r_std),INTENT(in)                        :: energy_deact      !! Deactivation Energy (J mol-1)
2702    REAL(r_std),DIMENSION(kjpindex),INTENT(in)    :: entropy           !! Entropy term (J K-1 mol-1)
2703       
2704    !! 0.2 Result
2705
2706    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)              :: val_arrhenius     !! Temperature dependance based on
2707                                                                       !! a Arrhenius function (-)
2708   
2709    val_arrhenius(:)=EXP(((temp(:)-ref_temp)*energy_act)/(ref_temp*RR*(temp(:))))  &
2710         * (1. + EXP( (ref_temp * entropy(:) - energy_deact) / (ref_temp * RR ))) &
2711         / (1. + EXP( (temp(:) * entropy(:) - energy_deact) / ( RR*temp(:))))
2712         
2713  END FUNCTION Arrhenius_modified_1d
2714
2715  FUNCTION Arrhenius_modified_0d (kjpindex,temp,ref_temp,energy_act,energy_deact,entropy) RESULT ( val_arrhenius )
2716    !! 0.1 Input variables
2717
2718    INTEGER(i_std),INTENT(in)                     :: kjpindex          !! Domain size (-)
2719    REAL(r_std),DIMENSION(kjpindex),INTENT(in)    :: temp              !! Temperature (K)
2720    REAL(r_std), INTENT(in)                       :: ref_temp          !! Temperature of reference (K)
2721    REAL(r_std),INTENT(in)                        :: energy_act        !! Activation Energy (J mol-1)
2722    REAL(r_std),INTENT(in)                        :: energy_deact      !! Deactivation Energy (J mol-1)
2723    REAL(r_std),INTENT(in)                        :: entropy           !! Entropy term (J K-1 mol-1)
2724       
2725    !! 0.2 Result
2726
2727    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)              :: val_arrhenius     !! Temperature dependance based on
2728                                                                       !! a Arrhenius function (-)
2729   
2730    val_arrhenius(:)=EXP(((temp(:)-ref_temp)*energy_act)/(ref_temp*RR*(temp(:))))  &
2731         * (1. + EXP( (ref_temp * entropy - energy_deact) / (ref_temp * RR ))) &
2732         / (1. + EXP( (temp(:) * entropy - energy_deact) / ( RR*temp(:))))
2733         
2734  END FUNCTION Arrhenius_modified_0d
2735
2736
2737END MODULE diffuco
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.