source: branches/ORCHIDEE_3_CMIP6/ORCHIDEE/src_sechiba/diffuco.f90 @ 7599

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improve Carbon mass balance closure. See ticket #785

  • Property svn:keywords set to Revision Date HeadURL Date Author Revision
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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, &
237     & frac_nobio, snow_nobio, totfrac_nobio, &
238     & swnet, swdown, coszang, ccanopy, humrel, veget, veget_max, lai, qsintveg, qsintmax, assim_param, &
239     & vbeta , vbeta1, vbeta2, vbeta3, vbeta3pot, vbeta4, vbeta5, gsmean, rveget, rstruct, cimean, gpp, &
240     & lalo, neighbours, resolution, ptnlev1, precip_rain, frac_age, tot_bare_soil, frac_snow_veg, frac_snow_nobio, &
241     & hist_id, hist2_id)
242
243  !! 0. Variable and parameter declaration
244
245    !! 0.1 Input variables
246
247    INTEGER(i_std), INTENT(in)                         :: kjit             !! Time step number (-)
248    INTEGER(i_std), INTENT(in)                         :: kjpindex         !! Domain size (-)
249    INTEGER(i_std),INTENT (in)                         :: hist_id          !! _History_ file identifier (-)
250    INTEGER(i_std),INTENT (in)                         :: hist2_id         !! _History_ file 2 identifier (-)
251    INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)     :: index          !! Indeces of the points on the map (-)
252    INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex*(nlai+1)), INTENT (in) :: indexlai  !! Indeces of the points on the 3D map
253    INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex*nvm), INTENT (in) :: indexveg       !! Indeces of the points on the 3D map (-)
254    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: u                !! Eastward Lowest level wind speed (m s^{-1})
255    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: v                !! Northward Lowest level wind speed (m s^{-1})
256    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: zlev             !! Height of first layer (m)
257    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: z0m              !! Surface roughness Length for momentum (m)
258    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: z0h              !! Surface roughness Length for heat (m)
259    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: roughheight      !! Effective height for roughness (m)
260    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: temp_sol         !! Skin temperature (K)
261    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: temp_air         !! Lowest level temperature (K)
262    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: temp_growth      !! Growth temperature (°C) - Is equal to t2m_month
263    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: rau              !! Air Density (kg m^{-3})
264    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: qsurf            !! Near surface air specific humidity (kg kg^{-1})
265    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: qair             !! Lowest level air specific humidity (kg kg^{-1})
266    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: snow             !! Snow mass (kg)
267    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: flood_frac       !! Fraction of floodplains
268    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: flood_res        !! Reservoir in floodplains (estimation to avoid over-evaporation)
269    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: pb               !! Surface level pressure (hPa)
270    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (inout)      :: evap_bare_lim    !! Limit to the bare soil evaporation when the
271                                                                           !! 11-layer hydrology is used (-)
272    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nstm), INTENT (inout) :: evap_bare_lim_ns !! Limit to the bare soil evaporation when the
273                                                                           !! 11-layer hydrology is used (-)
274    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: evapot           !! Soil Potential Evaporation (mm day^{-1})
275                                                                           !! NdN This variable does not seem to be used at
276                                                                           !! all in diffuco
277    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: evapot_corr      !! Soil Potential Evaporation
278    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nnobio), INTENT (in) :: frac_nobio     !! Fraction of ice,lakes,cities,... (-)
279    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nnobio), INTENT (in) :: snow_nobio     !! Snow on ice,lakes,cities,... (kg m^{-2})
280    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: totfrac_nobio    !! Total fraction of ice+lakes+cities+... (-)
281    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: swnet            !! Net surface short-wave flux (W m^{-2})
282    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: swdown           !! Down-welling surface short-wave flux (W m^{-2})
283    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: coszang          !! Cosine of the solar zenith angle (unitless)
284    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: ccanopy          !! CO2 concentration inside the canopy (ppm)
285    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: veget            !! Fraction of vegetation type (-)
286    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: veget_max        !! Max. fraction of vegetation type (LAI->infty)
287    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: lai              !! Leaf area index (m^2 m^{-2})
288    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: qsintveg         !! Water on vegetation due to interception (kg m^{-2})
289    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: qsintmax         !! Maximum water on vegetation for interception
290                                                                           !! (kg m^{-2})
291    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm,npco2), INTENT (in) :: assim_param !! referenced vcmax, nue, leaf N for photosynthesis
292    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,2),   INTENT (in)  :: lalo               !! Geographical coordinates
293    INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex,NbNeighb),INTENT (in):: neighbours    !! Vector of neighbours for each
294                                                                             !! grid point (1=N, 2=E, 3=S, 4=W)
295    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,2), INTENT(in)     :: resolution         !! The size in km of each grid-box in X and Y
296    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: ptnlev1            !! 1st level of soil temperature (Kelvin)
297    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)      :: precip_rain        !! Rain precipitation expressed in mm/tstep
298    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm,nleafages), INTENT (in)  :: frac_age !! Age efficiency for isoprene emissions (from STOMATE)
299    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT(in)       :: tot_bare_soil      !! Total evaporating bare soil fraction
300    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT(in)       :: frac_snow_veg      !! Snow cover fraction on vegeted area
301    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nnobio), INTENT(in):: frac_snow_nobio    !! Snow cover fraction on non-vegeted area
302
303    !! 0.2 Output variables
304
305    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)     :: vbeta            !! Total beta coefficient (-)
306    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)     :: vbeta1           !! Beta for sublimation (-)
307    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)     :: vbeta4           !! Beta for bare soil evaporation (-)
308    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)     :: vbeta5           !! Beta for floodplains
309    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: gsmean           !! Mean stomatal conductance to CO2 (mol m-2 s-1)
310    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: vbeta2           !! Beta for interception loss (-)
311    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: vbeta3           !! Beta for transpiration (-)
312    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: vbeta3pot        !! Beta for potential transpiration
313    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: rveget           !! Stomatal resistance for the whole canopy (s m^{-1})
314    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: rstruct          !! Structural resistance for the vegetation
315    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out) :: cimean           !! Mean leaf Ci (ppm) 
316    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT(out)  :: gpp              !! Assimilation ((gC m^{-2} dt_sechiba^{-1}), total area) 
317
318    !! 0.3 Modified variables
319 
320    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex, nvm), INTENT (inout) :: humrel        !! Soil moisture stress (within range 0 to 1)
321    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (inout)      :: q_cdrag       !! Surface drag coefficient  (-)
322
323    !! 0.4 Local variables
324
325    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm)     :: vbeta23            !! Beta for fraction of wetted foliage that will
326                                                                   !! transpire once intercepted water has evaporated (-)
327    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex)         :: raero              !! Aerodynamic resistance (s m^{-1})
328    INTEGER(i_std)                           :: ilai
329    CHARACTER(LEN=4)                         :: laistring
330    CHARACTER(LEN=80)                        :: var_name           !! To store variables names for I/O
331    REAL(r_std),DIMENSION(kjpindex)          :: qsatt              !! Surface saturated humidity (kg kg^{-1})
332    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm)     :: cim                !! Intercellular CO2 over nlai
333
334!_ ================================================================================================================================
335   
336    wind(:) = SQRT (u(:)*u(:) + v(:)*v(:))
337 
338  !! 1. Calculate the different coefficients
339
340    IF (.NOT.ldq_cdrag_from_gcm) THEN
341        ! Case 1a)
342       CALL diffuco_aero (kjpindex, kjit, u, v, zlev, z0h, z0m, roughheight, temp_sol, temp_air, &
343                          qsurf, qair, snow, q_cdrag)
344    ENDIF
345
346    ! Case 1b)
347    CALL diffuco_raerod (kjpindex, u, v, q_cdrag, raero)
348
349  !! 2. Make an estimation of the saturated humidity at the surface
350
351    CALL qsatcalc (kjpindex, temp_sol, pb, qsatt)
352
353  !! 3. Calculate the beta coefficient for sublimation
354 
355    CALL diffuco_snow (kjpindex, qair, qsatt, rau, u, v, q_cdrag, &
356         snow, frac_nobio, totfrac_nobio, snow_nobio, frac_snow_veg, frac_snow_nobio, &
357         vbeta1)
358
359
360    CALL diffuco_flood (kjpindex, qair, qsatt, rau, u, v, q_cdrag, evapot, evapot_corr, &
361         & flood_frac, flood_res, vbeta5)
362
363  !! 4. Calculate the beta coefficient for interception
364
365    CALL diffuco_inter (kjpindex, qair, qsatt, rau, u, v, q_cdrag, humrel, veget, &
366       & qsintveg, qsintmax, rstruct, vbeta2, vbeta23) 
367
368
369  !! 5. Calculate the beta coefficient for transpiration
370
371    CALL diffuco_trans_co2 (kjpindex, swdown, pb, qsurf, qair, temp_air, temp_growth, rau, u, v, q_cdrag, humrel, &
372         assim_param, ccanopy, &
373         veget, veget_max, lai, qsintveg, qsintmax, vbeta3, vbeta3pot, &
374         rveget, rstruct, cimean, gsmean, gpp, &
375         vbeta23, hist_id, indexveg, indexlai, index, kjit, cim)
376
377    !
378    !biogenic emissions
379    !
380    IF ( ok_bvoc ) THEN
381       CALL chemistry_bvoc (kjpindex, swdown, coszang, temp_air, &
382            temp_sol, ptnlev1, precip_rain, humrel, veget_max, &
383            lai, frac_age, lalo, ccanopy, cim, wind, snow, &
384            veget, hist_id, hist2_id, kjit, index, &
385            indexlai, indexveg)
386    ENDIF
387    !
388    ! combination of coefficient : alpha and beta coefficient
389    ! beta coefficient for bare soil
390    !
391
392    CALL diffuco_bare (kjpindex, tot_bare_soil, veget_max, evap_bare_lim, evap_bare_lim_ns, vbeta2, vbeta3, vbeta4)
393
394  !! 6. Combine the alpha and beta coefficients
395
396    ! Ajout qsintmax dans les arguments de la routine.... Nathalie / le 13-03-2006
397    CALL diffuco_comb (kjpindex, humrel, rau, u, v, q_cdrag, pb, qair, temp_sol, temp_air, snow, &
398       & veget, lai, tot_bare_soil, vbeta1, vbeta2, vbeta3, vbeta4, &
399       & evap_bare_lim, evap_bare_lim_ns, veget_max, vbeta, qsintmax)
400
401    CALL xios_orchidee_send_field("q_cdrag",q_cdrag)
402    CALL xios_orchidee_send_field("raero",raero)
403    CALL xios_orchidee_send_field("wind",wind)
404    CALL xios_orchidee_send_field("qsatt",qsatt)
405    CALL xios_orchidee_send_field("coszang",coszang)
406    CALL xios_orchidee_send_field('cim', cim)
407
408    IF ( .NOT. almaoutput ) THEN
409       CALL histwrite_p(hist_id, 'raero', kjit, raero, kjpindex, index)
410       CALL histwrite_p(hist_id, 'cdrag', kjit, q_cdrag, kjpindex, index)
411       CALL histwrite_p(hist_id, 'Wind', kjit, wind, kjpindex, index)
412       CALL histwrite_p(hist_id, 'qsatt', kjit, qsatt, kjpindex, index)
413       CALL histwrite_p(hist_id, 'cim', kjit, cim, kjpindex*nvm, indexveg)
414
415       IF ( hist2_id > 0 ) THEN
416          CALL histwrite_p(hist2_id, 'raero', kjit, raero, kjpindex, index)
417          CALL histwrite_p(hist2_id, 'cdrag', kjit, q_cdrag, kjpindex, index)
418          CALL histwrite_p(hist2_id, 'Wind', kjit, wind, kjpindex, index)
419          CALL histwrite_p(hist2_id, 'qsatt', kjit, qsatt, kjpindex, index)
420       ENDIF
421    ELSE
422       CALL histwrite_p(hist_id, 'cim', kjit, cim, kjpindex*nvm, indexveg)
423    ENDIF
424
425    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' diffuco_main done '
426
427  END SUBROUTINE diffuco_main
428
429!!  =============================================================================================================================
430!! SUBROUTINE: diffuco_finalize
431!!
432!>\BRIEF          Write to restart file
433!!
434!! DESCRIPTION:   This subroutine writes the module variables and variables calculated in diffuco
435!!                to restart file
436!!
437!! RECENT CHANGE(S): None
438!! REFERENCE(S): None
439!! FLOWCHART: None
440!! \n
441!_ ==============================================================================================================================
442  SUBROUTINE diffuco_finalize (kjit, kjpindex, rest_id, rstruct )
443
444    !! 0. Variable and parameter declaration
445    !! 0.1 Input variables
446    INTEGER(i_std), INTENT(in)                         :: kjit             !! Time step number (-)
447    INTEGER(i_std), INTENT(in)                         :: kjpindex         !! Domain size (-)
448    INTEGER(i_std),INTENT (in)                         :: rest_id          !! _Restart_ file identifier (-)
449    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: rstruct          !! Structural resistance for the vegetation
450
451    !! 0.4 Local variables
452    INTEGER                                            :: ilai
453    CHARACTER(LEN=4)                                   :: laistring
454    CHARACTER(LEN=80)                                  :: var_name       
455
456!_ ================================================================================================================================
457   
458  !! 1. Prepare the restart file for the next simulation
459    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) 'Complete restart file with DIFFUCO variables '
460
461    CALL restput_p (rest_id, 'rstruct', nbp_glo, nvm, 1, kjit, rstruct, 'scatter',  nbp_glo, index_g)
462   
463  END SUBROUTINE diffuco_finalize
464
465
466!! ================================================================================================================================
467!! SUBROUTINE                                   : diffuco_clear
468!!
469!>\BRIEF                                        Housekeeping module to deallocate the variables
470!! rstruct and raero
471!!
472!! DESCRIPTION                                  : Housekeeping module to deallocate the variables
473!! rstruct and raero
474!!
475!! RECENT CHANGE(S)                             : None
476!!
477!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S)                      : None
478!!
479!! REFERENCE(S)                                 : None
480!!
481!! FLOWCHART                                    : None
482!! \n
483!_ ================================================================================================================================
484
485  SUBROUTINE diffuco_clear()
486
487    ! Deallocate and reset variables in chemistry module
488    CALL chemistry_clear
489
490  END SUBROUTINE diffuco_clear
491
492
493!! ================================================================================================================================
494!! SUBROUTINE   : diffuco_aero
495!!
496!>\BRIEF        This module first calculates the surface drag
497!! coefficient, for cases in which the surface drag coefficient is NOT provided by the coupled
498!! atmospheric model LMDZ or when the flag ldq_cdrag_from_gcm is set to FALSE
499!!
500!! DESCRIPTION  : Computes the surface drag coefficient, for cases
501!! in which it is NOT provided by the coupled atmospheric model LMDZ. The module first uses the
502!! meteorolgical input to calculate the Richardson Number, which is an indicator of atmospheric
503!! stability in the surface layer. The formulation used to find this surface drag coefficient is
504!! dependent on the stability determined. \n
505!!
506!! Designation of wind speed
507!! \latexonly
508!!     \input{diffucoaero1.tex}
509!! \endlatexonly
510!!
511!! Calculation of geopotential. This is the definition of Geopotential height (e.g. Jacobson
512!! eqn.4.47, 2005). (required for calculation of the Richardson Number)
513!! \latexonly
514!!     \input{diffucoaero2.tex}
515!! \endlatexonly
516!!
517!! \latexonly
518!!     \input{diffucoaero3.tex}
519!! \endlatexonly
520!!
521!! Calculation of the virtual air temperature at the surface (required for calculation
522!! of the Richardson Number)
523!! \latexonly
524!!     \input{diffucoaero4.tex}
525!! \endlatexonly
526!!
527!! Calculation of the virtual surface temperature (required for calculation of th
528!! Richardson Number)
529!! \latexonly
530!!     \input{diffucoaero5.tex}
531!! \endlatexonly
532!!
533!! Calculation of the squared wind shear (required for calculation of the Richardson
534!! Number)
535!! \latexonly
536!!     \input{diffucoaero6.tex}
537!! \endlatexonly
538!!
539!! Calculation of the Richardson Number. The Richardson Number is defined as the ratio
540!! of potential to kinetic energy, or, in the context of atmospheric science, of the
541!! generation of energy by wind shear against consumption
542!! by static stability and is an indicator of flow stability (i.e. for when laminar flow
543!! becomes turbulent and vise versa). It is approximated using the expression below:
544!! \latexonly
545!!     \input{diffucoaero7.tex}
546!! \endlatexonly
547!!
548!! The Richardson Number hence calculated is subject to a minimum value:
549!! \latexonly
550!!     \input{diffucoaero8.tex}
551!! \endlatexonly
552!!
553!! Computing the drag coefficient. We add the add the height of the vegetation to the
554!! level height to take into account that the level 'seen' by the vegetation is actually
555!! the top of the vegetation. Then we we can subtract the displacement height.
556!! \latexonly
557!!     \input{diffucoaero9.tex}
558!! \endlatexonly
559!!
560!! For the stable case (i.e $R_i$ $\geq$ 0)
561!! \latexonly
562!!     \input{diffucoaero10.tex}
563!! \endlatexonly
564!!
565!! \latexonly
566!!     \input{diffucoaero11.tex}
567!! \endlatexonly
568!!         
569!! For the unstable case (i.e. $R_i$ < 0)
570!! \latexonly
571!!     \input{diffucoaero12.tex}
572!! \endlatexonly
573!!
574!! \latexonly
575!!     \input{diffucoaero13.tex}
576!! \endlatexonly
577!!               
578!! If the Drag Coefficient becomes too small than the surface may uncouple from the atmosphere.
579!! To prevent this, a minimum limit to the drag coefficient is defined as:
580!!
581!! \latexonly
582!!     \input{diffucoaero14.tex}
583!! \endlatexonly
584!!
585!! RECENT CHANGE(S): None
586!!
587!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): q_cdrag
588!!
589!! REFERENCE(S) :
590!! - de Noblet-Ducoudré, N, Laval, K & Perrier, A, 1993. SECHIBA, a new set of parameterisations
591!! of the hydrologic exchanges at the land-atmosphere interface within the LMD Atmospheric General
592!! Circulation Model. Journal of Climate, 6, pp.248-273
593!! - Guimberteau, M, 2010. Modélisation de l'hydrologie continentale et influences de l'irrigation
594!! sur le cycle de l'eau, PhD Thesis, available from:
595!! http://www.sisyphe.upmc.fr/~guimberteau/docs/manuscrit_these.pdf
596!! - Jacobson M.Z., Fundamentals of Atmospheric Modeling (2nd Edition), published Cambridge
597!! University Press, ISBN 0-521-54865-9
598!!
599!! FLOWCHART    :
600!! \latexonly
601!!     \includegraphics[scale=0.5]{diffuco_aero_flowchart.png}
602!! \endlatexonly
603!! \n
604!_ ================================================================================================================================
605
606  SUBROUTINE diffuco_aero (kjpindex, kjit, u, v, zlev, z0h, z0m, roughheight, temp_sol, temp_air, &
607                           qsurf, qair, snow, q_cdrag)
608
609  !! 0. Variable and parameter declaration
610
611    !! 0.1 Input variables
612
613    INTEGER(i_std), INTENT(in)                          :: kjpindex, kjit   !! Domain size
614    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: u                !! Eastward Lowest level wind speed (m s^{-1})
615    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: v                !! Northward Lowest level wind speed (m s^{-1})
616    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: zlev             !! Height of first atmospheric layer (m)
617    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: z0h               !! Surface roughness Length for heat (m)
618    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: z0m               !! Surface roughness Length for momentum (m)
619    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: roughheight      !! Effective roughness height (m)
620    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: temp_sol         !! Ground temperature (K)
621    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: temp_air         !! Lowest level temperature (K)
622    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: qsurf            !! near surface specific air humidity (kg kg^{-1})
623    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: qair             !! Lowest level specific air humidity (kg kg^{-1})
624    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)       :: snow             !! Snow mass (kg)
625
626    !! 0.2 Output variables
627   
628    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)      :: q_cdrag          !! Surface drag coefficient  (-)
629
630    !! 0.3 Modified variables
631
632    !! 0.4 Local variables
633
634    INTEGER(i_std)                                      :: ji, jv
635    REAL(r_std)                                         :: speed, zg, zdphi, ztvd, ztvs, zdu2
636    REAL(r_std)                                         :: zri, cd_neut, zscf, cd_tmp
637!_ ================================================================================================================================
638
639  !! 1. Initialisation
640
641    ! test if we have to work with q_cdrag or to calcul it
642    DO ji=1,kjpindex
643       
644       !! 1a).1 Designation of wind speed
645       !! \latexonly
646       !!     \input{diffucoaero1.tex}
647       !! \endlatexonly
648       speed = wind(ji)
649   
650       !! 1a).2 Calculation of geopotentiel
651       !! This is the definition of Geopotential height (e.g. Jacobson eqn.4.47, 2005). (required
652       !! for calculation of the Richardson Number)
653       !! \latexonly
654       !!     \input{diffucoaero2.tex}
655       !! \endlatexonly
656       zg = zlev(ji) * cte_grav
657     
658       !! \latexonly
659       !!     \input{diffucoaero3.tex}
660       !! \endlatexonly
661       zdphi = zg/cp_air
662       
663       !! 1a).3 Calculation of the virtual air temperature at the surface
664       !! required for calculation of the Richardson Number
665       !! \latexonly
666       !!     \input{diffucoaero4.tex}
667       !! \endlatexonly
668       ztvd = (temp_air(ji) + zdphi / (un + rvtmp2 * qair(ji))) * (un + retv * qair(ji)) 
669       
670       !! 1a).4 Calculation of the virtual surface temperature
671       !! required for calculation of the Richardson Number
672       !! \latexonly
673       !!     \input{diffucoaero5.tex}
674       !! \endlatexonly
675       ztvs = temp_sol(ji) * (un + retv * qsurf(ji))
676     
677       !! 1a).5 Calculation of the squared wind shear
678       !! required for calculation of the Richardson Number
679       !! \latexonly
680       !!     \input{diffucoaero6.tex}
681       !! \endlatexonly
682       zdu2 = MAX(cepdu2,speed**2)
683       
684       !! 1a).6 Calculation of the Richardson Number
685       !!  The Richardson Number is defined as the ratio of potential to kinetic energy, or, in the
686       !!  context of atmospheric science, of the generation of energy by wind shear against consumption
687       !!  by static stability and is an indicator of flow stability (i.e. for when laminar flow
688       !!  becomes turbulent and vise versa).\n
689       !!  It is approximated using the expression below:
690       !!  \latexonly
691       !!     \input{diffucoaero7.tex}
692       !! \endlatexonly
693       zri = zg * (ztvd - ztvs) / (zdu2 * ztvd)
694     
695       !! The Richardson Number hence calculated is subject to a minimum value:
696       !! \latexonly
697       !!     \input{diffucoaero8.tex}
698       !! \endlatexonly       
699       zri = MAX(MIN(zri,5.),-5.)
700       
701       !! 1a).7 Computing the drag coefficient
702       !!  We add the add the height of the vegetation to the level height to take into account
703       !!  that the level 'seen' by the vegetation is actually the top of the vegetation. Then we
704       !!  we can subtract the displacement height.
705       !! \latexonly
706       !!     \input{diffucoaero9.tex}
707       !! \endlatexonly
708
709       !! 7.0 Snow smoothering
710       !! Snow induces low levels of turbulence.
711       !! Sensible heat fluxes can therefore be reduced of ~1/3. Pomeroy et al., 1998
712       cd_neut = ct_karman ** 2. / ( LOG( (zlev(ji) + roughheight(ji)) / z0m(ji) ) * LOG( (zlev(ji) + roughheight(ji)) / z0h(ji) ) )
713       
714       !! 1a).7.1 - for the stable case (i.e $R_i$ $\geq$ 0)
715       IF (zri .GE. zero) THEN
716         
717          !! \latexonly
718          !!     \input{diffucoaero10.tex}
719          !! \endlatexonly
720          zscf = SQRT(un + cd * ABS(zri))
721         
722          !! \latexonly
723          !!     \input{diffucoaero11.tex}
724          !! \endlatexonly         
725          cd_tmp=cd_neut/(un + trois * cb * zri * zscf)
726       ELSE
727         
728          !! 1a).7.2 - for the unstable case (i.e. $R_i$ < 0)
729          !! \latexonly
730          !!     \input{diffucoaero12.tex}
731          !! \endlatexonly
732          zscf = un / (un + trois * cb * cc * cd_neut * SQRT(ABS(zri) * &
733               & ((zlev(ji) + roughheight(ji)) / z0m(ji))))
734
735          !! \latexonly
736          !!     \input{diffucoaero13.tex}
737          !! \endlatexonly               
738          cd_tmp=cd_neut * (un - trois * cb * zri * zscf)
739       ENDIF
740       
741       !! If the Drag Coefficient becomes too small than the surface may uncouple from the atmosphere.
742       !! To prevent this, a minimum limit to the drag coefficient is defined as:
743       
744       !! \latexonly
745       !!     \input{diffucoaero14.tex}
746       !! \endlatexonly
747       !!
748       q_cdrag(ji) = MAX(cd_tmp, min_qc/MAX(speed,min_wind))
749
750       ! In some situations it might be useful to give an upper limit on the cdrag as well.
751       ! The line here should then be uncommented.
752      !q_cdrag(ji) = MIN(q_cdrag(ji), 0.5/MAX(speed,min_wind))
753
754    END DO
755
756    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' not ldqcdrag_from_gcm : diffuco_aero done '
757
758  END SUBROUTINE diffuco_aero
759
760
761!! ================================================================================================================================
762!! SUBROUTINE    : diffuco_snow
763!!
764!>\BRIEF         This subroutine computes the beta coefficient for snow sublimation.
765!!
766!! DESCRIPTION   : This routine computes beta coefficient for snow sublimation, which
767!! integrates the snow on both vegetation and other surface types (e.g. ice, lakes,
768!! cities etc.) \n
769!!
770!! A critical depth of snow (snowcri) is defined to calculate the fraction of each grid-cell
771!! that is covered with snow (snow/snowcri) while the remaining part is snow-free.
772!! We also carry out a first calculation of sublimation (subtest) to lower down the beta
773!! coefficient if necessary (if subtest > snow). This is a predictor-corrector test.
774!!
775!! RECENT CHANGE(S): None
776!!
777!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): ::vbeta1
778!!
779!! REFERENCE(S) :
780!! - de Noblet-Ducoudré, N, Laval, K & Perrier, A, 1993. SECHIBA, a new set of parameterisations
781!! of the hydrologic exchanges at the land-atmosphere interface within the LMD Atmospheric General
782!! Circulation Model. Journal of Climate, 6, pp. 248-273
783!! - Guimberteau, M, 2010. Modélisation de l'hydrologie continentale et influences de l'irrigation
784!! sur le cycle de l'eau, PhD Thesis, available from:
785!! http://www.sisyphe.upmc.fr/~guimberteau/docs/manuscrit_these.pdf
786!!
787!! FLOWCHART    : None
788!! \n
789!_ ================================================================================================================================
790 
791SUBROUTINE diffuco_snow (kjpindex, qair, qsatt, rau, u, v,q_cdrag, &
792       & snow, frac_nobio, totfrac_nobio, snow_nobio, frac_snow_veg, frac_snow_nobio, &
793       vbeta1)
794
795  !! 0. Variable and parameter declaration
796   
797    !! 0.1 Input variables
798 
799    INTEGER(i_std), INTENT(in)                           :: kjpindex       !! Domain size (-)
800    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: qair           !! Lowest level specific air humidity (kg kg^{-1})
801    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: qsatt          !! Surface saturated humidity (kg kg^{-1})
802    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: rau            !! Air density (kg m^{-3})
803    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: u              !! Eastward Lowest level wind speed (m s^{-1})
804    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: v              !! Northward Lowest level wind speed (m s^{-1})
805    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: q_cdrag        !! Surface drag coefficient  (-)
806    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: snow           !! Snow mass (kg m^{-2})
807    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nnobio), INTENT (in) :: frac_nobio     !! Fraction of ice, lakes, cities etc. (-)
808    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nnobio), INTENT (in) :: snow_nobio     !! Snow on ice, lakes, cities etc. (-)
809    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: totfrac_nobio  !! Total fraction of ice, lakes, cities etc. (-)
810    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT(in)         :: frac_snow_veg  !! Snow cover fraction on vegeted area
811    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nnobio), INTENT(in)  :: frac_snow_nobio!! Snow cover fraction on non-vegeted area
812   
813    !! 0.2 Output variables
814
815    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)       :: vbeta1         !! Beta for sublimation (dimensionless ratio)
816   
817    !! 0.3 Modified variables
818
819    !! 0.4 Local variables
820
821    REAL(r_std)                                          :: subtest        !! Sublimation for test (kg m^{-2})
822    REAL(r_std)                                          :: zrapp          !! Modified factor (ratio)
823    REAL(r_std)                                          :: speed          !! Wind speed (m s^{-1})
824    REAL(r_std)                                          :: vbeta1_add     !! Beta for sublimation (ratio)
825    INTEGER(i_std)                                       :: ji, jv         !! Indices (-)
826!_ ================================================================================================================================
827
828  !! 1. Calculate beta coefficient for snow sublimation on the vegetation\n
829
830    DO ji=1,kjpindex  ! Loop over # pixels - domain size
831
832       ! Fraction of mesh that can sublimate snow
833       vbeta1(ji) = (un - totfrac_nobio(ji)) * frac_snow_veg(ji)
834
835       ! Limitation of sublimation in case of snow amounts smaller than the atmospheric demand.
836       speed = MAX(min_wind, wind(ji))
837
838       subtest = dt_sechiba * vbeta1(ji) * speed * q_cdrag(ji) * rau(ji) * &
839               & ( qsatt(ji) - qair(ji) )
840
841       IF ( subtest .GT. min_sechiba ) THEN
842          zrapp = snow(ji) / subtest
843          IF ( zrapp .LT. un ) THEN
844             vbeta1(ji) = vbeta1(ji) * zrapp
845          ENDIF
846       ENDIF
847
848    END DO ! Loop over # pixels - domain size
849
850  !! 2. Add the beta coefficients calculated from other surfaces types (snow on ice,lakes, cities...)
851
852    DO jv = 1, nnobio ! Loop over # other surface types
853!!$      !
854!!$      IF ( jv .EQ. iice ) THEN
855!!$        !
856!!$        !  Land ice is of course a particular case
857!!$        !
858!!$        DO ji=1,kjpindex
859!!$          vbeta1(ji) = vbeta1(ji) + frac_nobio(ji,jv)
860!!$        ENDDO
861!!$        !
862!!$      ELSE
863        !
864        DO ji=1,kjpindex ! Loop over # pixels - domain size
865
866           vbeta1_add = frac_nobio(ji,jv) * frac_snow_nobio(ji, jv)
867
868           ! Limitation of sublimation in case of snow amounts smaller than
869           ! the atmospheric demand.
870           speed = MAX(min_wind, wind(ji))
871           
872            !!     Limitation of sublimation by the snow accumulated on the ground
873            !!     A first approximation is obtained with the old values of
874            !!     qair and qsol_sat: function of temp-sol and pb. (see call of qsatcalc)
875           subtest = dt_sechiba * vbeta1_add * speed * q_cdrag(ji) * rau(ji) * &
876                & ( qsatt(ji) - qair(ji) )
877
878           IF ( subtest .GT. min_sechiba ) THEN
879              zrapp = snow_nobio(ji,jv) / subtest
880              IF ( zrapp .LT. un ) THEN
881                 vbeta1_add = vbeta1_add * zrapp
882              ENDIF
883           ENDIF
884
885           vbeta1(ji) = vbeta1(ji) + vbeta1_add
886
887        ENDDO ! Loop over # pixels - domain size
888
889!!$      ENDIF
890     
891    ENDDO ! Loop over # other surface types
892
893    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' diffuco_snow done '
894
895  END SUBROUTINE diffuco_snow
896
897
898!! ================================================================================================================================
899!! SUBROUTINE                                   : diffuco_flood
900!!
901!>\BRIEF                                        This routine computes partial beta coefficient : floodplains
902!!
903!! DESCRIPTION                                  :
904!!
905!! RECENT CHANGE(S): None
906!!
907!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S)                      : vbeta5
908!!
909!! REFERENCE(S)                                 : None
910!!
911!! FLOWCHART                                    : None
912!! \n
913!_ ================================================================================================================================
914
915  SUBROUTINE diffuco_flood (kjpindex, qair, qsatt, rau, u, v, q_cdrag, evapot, evapot_corr, &
916       & flood_frac, flood_res, vbeta5)
917
918    ! interface description
919    ! input scalar
920    INTEGER(i_std), INTENT(in)                               :: kjpindex   !! Domain size
921    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: qair       !! Lowest level specific humidity
922    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: qsatt      !! Surface saturated humidity
923    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: rau        !! Density
924    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: u          !! Lowest level wind speed
925    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: v          !! Lowest level wind speed
926    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: q_cdrag    !! Surface drag coefficient  (-)
927    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: flood_res  !! water mass in flood reservoir
928    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: flood_frac !! fraction of floodplains
929    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: evapot     !! Potential evaporation
930    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: evapot_corr!! Potential evaporation2
931    ! output fields
932    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)           :: vbeta5     !! Beta for floodplains
933
934    ! local declaration
935    REAL(r_std)                                              :: subtest, zrapp, speed
936    INTEGER(i_std)                                           :: ji, jv
937
938!_ ================================================================================================================================
939    !
940    ! beta coefficient for sublimation for floodplains
941    !
942    DO ji=1,kjpindex
943       !
944       IF (evapot(ji) .GT. min_sechiba) THEN
945          vbeta5(ji) = flood_frac(ji) *evapot_corr(ji)/evapot(ji)
946       ELSE
947          vbeta5(ji) = flood_frac(ji)
948       ENDIF
949       !
950       ! -- Limitation of evaporation in case of water amounts smaller than
951       !    the atmospheric demand.
952       
953       !
954       speed = MAX(min_wind, SQRT (u(ji)*u(ji) + v(ji)*v(ji)))
955       !
956       subtest = dt_sechiba * vbeta5(ji) * speed * q_cdrag(ji) * rau(ji) * &
957               & ( qsatt(ji) - qair(ji) )
958       
959       IF ( subtest .GT. min_sechiba ) THEN
960          zrapp = flood_res(ji) / subtest
961          IF ( zrapp .LT. un ) THEN
962             vbeta5(ji) = vbeta5(ji) * zrapp
963          ENDIF
964       ENDIF
965       !
966    END DO
967
968    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' diffuco_flood done '
969
970  END SUBROUTINE diffuco_flood
971
972
973!! ================================================================================================================================
974!! SUBROUTINE    : diffuco_inter
975!!
976!>\BRIEF         This routine computes the partial beta coefficient
977!! for the interception for each type of vegetation
978!!
979!! DESCRIPTION   : We first calculate the dry and wet parts of each PFT (wet part = qsintveg/qsintmax).
980!! The former is submitted to transpiration only (vbeta3 coefficient, calculated in
981!! diffuco_trans_co2), while the latter is first submitted to interception loss
982!! (vbeta2 coefficient) and then to transpiration once all the intercepted water has been evaporated
983!! (vbeta23 coefficient). Interception loss is also submitted to a predictor-corrector test,
984!! as for snow sublimation. \n
985!!
986!! \latexonly
987!!     \input{diffucointer1.tex}
988!! \endlatexonly
989!! Calculate the wet fraction of vegetation as  the ration between the intercepted water and the maximum water
990!! on the vegetation. This ratio defines the wet portion of vegetation that will be submitted to interception loss.
991!!
992!! \latexonly
993!!     \input{diffucointer2.tex}
994!! \endlatexonly
995!!
996!! Calculation of $\beta_3$, the canopy transpiration resistance
997!! \latexonly
998!!     \input{diffucointer3.tex}
999!! \endlatexonly           
1000!!
1001!! We here determine the limitation of interception loss by the water stored on the leaf.
1002!! A first approximation of interception loss is obtained using the old values of
1003!! qair and qsol_sat, which are functions of temp-sol and pb. (see call of 'qsatcalc')
1004!! \latexonly
1005!!     \input{diffucointer4.tex}
1006!! \endlatexonly
1007!!
1008!! \latexonly
1009!!     \input{diffucointer5.tex}
1010!! \endlatexonly
1011!!
1012!! \latexonly
1013!!     \input{diffucointer6.tex}
1014!! \endlatexonly
1015!!
1016!! Once the whole water stored on foliage has evaporated, transpiration can take place on the fraction
1017!! 'zqsvegrap'.
1018!! \latexonly
1019!!     \input{diffucointer7.tex}
1020!! \endlatexonly
1021!!
1022!! RECENT CHANGE(S): None
1023!!
1024!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): ::vbeta2, ::vbeta23
1025!!
1026!! REFERENCE(S) :
1027!! - de Noblet-Ducoudré, N, Laval, K & Perrier, A, 1993. SECHIBA, a new set of parameterisations
1028!! of the hydrologic exchanges at the land-atmosphere interface within the LMD Atmospheric General
1029!! Circulation Model. Journal of Climate, 6, pp. 248-273
1030!! - Guimberteau, M, 2010. Modélisation de l'hydrologie continentale et influences de l'irrigation
1031!! sur le cycle de l'eau, PhD Thesis, available from:
1032!! http://www.sisyphe.upmc.fr/~guimberteau/docs/manuscrit_these.pdf
1033!! - Perrier, A, 1975. Etude physique de l'évaporation dans les conditions naturelles. Annales
1034!! Agronomiques, 26(1-18): pp. 105-123, pp. 229-243
1035!!
1036!! FLOWCHART    : None
1037!! \n
1038!_ ================================================================================================================================
1039
1040  SUBROUTINE diffuco_inter (kjpindex, qair, qsatt, rau, u, v, q_cdrag, humrel, veget, &
1041     & qsintveg, qsintmax, rstruct, vbeta2, vbeta23)
1042   
1043  !! 0 Variable and parameter declaration
1044
1045    !! 0.1 Input variables
1046
1047    INTEGER(i_std), INTENT(in)                           :: kjpindex   !! Domain size (-)
1048    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: qair       !! Lowest level specific air humidity (kg kg^{-1})
1049    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: qsatt      !! Surface saturated humidity (kg kg^{-1})
1050    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: rau        !! Air Density (kg m^{-3})
1051    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: u          !! Eastward Lowest level wind speed (m s^{-1})
1052    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: v          !! Northward Lowest level wind speed (m s^{-1})
1053    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: q_cdrag    !! Surface drag coefficient  (-)
1054    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: humrel     !! Soil moisture stress (within range 0 to 1)
1055    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: veget      !! vegetation fraction for each type (fraction)
1056    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: qsintveg   !! Water on vegetation due to interception (kg m^{-2})
1057    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: qsintmax   !! Maximum water on vegetation (kg m^{-2})
1058    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: rstruct    !! architectural resistance (s m^{-1})
1059   
1060    !! 0.2 Output variables
1061   
1062    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)   :: vbeta2     !! Beta for interception loss (-)
1063    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)   :: vbeta23    !! Beta for fraction of wetted foliage that will
1064                                                                       !! transpire (-)
1065
1066    !! 0.4 Local variables
1067
1068    INTEGER(i_std)                                       :: ji, jv                               !! (-), (-)
1069    REAL(r_std)                                          :: zqsvegrap, ziltest, zrapp, speed     !!
1070!_ ================================================================================================================================
1071
1072  !! 1. Initialize
1073
1074    vbeta2(:,:) = zero
1075    vbeta23(:,:) = zero
1076   
1077  !! 2. The beta coefficient for interception by vegetation.
1078   
1079    DO jv = 2,nvm
1080
1081      DO ji=1,kjpindex
1082
1083         IF (veget(ji,jv) .GT. min_sechiba .AND. qsintveg(ji,jv) .GT. zero ) THEN
1084
1085            zqsvegrap = zero
1086            IF (qsintmax(ji,jv) .GT. min_sechiba ) THEN
1087
1088            !! \latexonly
1089            !!     \input{diffucointer1.tex}
1090            !! \endlatexonly
1091            !!
1092            !! We calculate the wet fraction of vegetation as  the ration between the intercepted water and the maximum water
1093            !! on the vegetation. This ratio defines the wet portion of vegetation that will be submitted to interception loss.
1094            !!
1095                zqsvegrap = MAX(zero, qsintveg(ji,jv) / qsintmax(ji,jv))
1096            END IF
1097
1098            !! \latexonly
1099            !!     \input{diffucointer2.tex}
1100            !! \endlatexonly
1101            speed = MAX(min_wind, wind(ji))
1102
1103            !! Calculation of $\beta_3$, the canopy transpiration resistance
1104            !! \latexonly
1105            !!     \input{diffucointer3.tex}
1106            !! \endlatexonly
1107            vbeta2(ji,jv) = veget(ji,jv) * zqsvegrap * (un / (un + speed * q_cdrag(ji) * rstruct(ji,jv)))
1108           
1109            !! We here determine the limitation of interception loss by the water stored on the leaf.
1110            !! A first approximation of interception loss is obtained using the old values of
1111            !! qair and qsol_sat, which are functions of temp-sol and pb. (see call of 'qsatcalc')
1112            !! \latexonly
1113            !!     \input{diffucointer4.tex}
1114            !! \endlatexonly
1115            ziltest = dt_sechiba * vbeta2(ji,jv) * speed * q_cdrag(ji) * rau(ji) * &
1116               & ( qsatt(ji) - qair(ji) )
1117
1118            IF ( ziltest .GT. min_sechiba ) THEN
1119
1120                !! \latexonly
1121                !!     \input{diffucointer5.tex}
1122                !! \endlatexonly
1123                zrapp = qsintveg(ji,jv) / ziltest
1124                IF ( zrapp .LT. un ) THEN
1125                   
1126                    !! \latexonly
1127                    !!     \input{diffucointer6.tex}
1128                    !! \endlatexonly
1129                    !!
1130                    !! Once the whole water stored on foliage has evaporated, transpiration can take place on the fraction
1131                    !! 'zqsvegrap'.
1132                   IF ( humrel(ji,jv) >= min_sechiba ) THEN
1133                      vbeta23(ji,jv) = MAX(vbeta2(ji,jv) - vbeta2(ji,jv) * zrapp, zero)
1134                   ELSE
1135                      ! We don't want transpiration when the soil cannot deliver it
1136                      vbeta23(ji,jv) = zero
1137                   ENDIF
1138                   
1139                    !! \latexonly
1140                    !!     \input{diffucointer7.tex}
1141                    !! \endlatexonly
1142                    vbeta2(ji,jv) = vbeta2(ji,jv) * zrapp
1143                ENDIF
1144            ENDIF
1145        END IF
1146!        ! Autre formulation possible pour l'evaporation permettant une transpiration sur tout le feuillage
1147!        !commenter si formulation Nathalie sinon Tristan
1148!        speed = MAX(min_wind, wind(ji))
1149!       
1150!        vbeta23(ji,jv) = MAX(zero, veget(ji,jv) * (un / (un + speed * q_cdrag(ji) * rstruct(ji,jv))) - vbeta2(ji,jv))
1151
1152      END DO
1153
1154    END DO
1155
1156    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' diffuco_inter done '
1157
1158  END SUBROUTINE diffuco_inter
1159
1160
1161!! ==============================================================================================================================
1162!! SUBROUTINE      : diffuco_bare
1163!!
1164!>\BRIEF           This routine computes the partial beta coefficient corresponding to
1165!! bare soil
1166!!
1167!! DESCRIPTION     : Bare soil evaporation is submitted to a maximum possible flow (evap_bare_lim)
1168!!
1169!! Calculation of wind speed
1170!! \latexonly
1171!!     \input{diffucobare1.tex}
1172!! \endlatexonly
1173!!             
1174!! The calculation of $\beta_4$
1175!! \latexonly
1176!!     \input{diffucobare2.tex}
1177!! \endlatexonly
1178!!
1179!! RECENT CHANGE(S): None
1180!!
1181!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): ::vbeta4
1182!!
1183!! REFERENCE(S)  :
1184!! - de Noblet-Ducoudré, N, Laval, K & Perrier, A, 1993. SECHIBA, a new set of parameterisations
1185!! of the hydrologic exchanges at the land-atmosphere interface within the LMD Atmospheric General
1186!! Circulation Model. Journal of Climate, 6, pp.248-273
1187!! - Guimberteau, M, 2010. Modélisation de l'hydrologie continentale et influences de l'irrigation
1188!! sur le cycle de l'eau, PhD Thesis, available from:
1189!! http://www.sisyphe.upmc.fr/~guimberteau/docs/manuscrit_these.pdf
1190!!
1191!! FLOWCHART    : None
1192!! \n
1193!_ ================================================================================================================================
1194
1195  SUBROUTINE diffuco_bare (kjpindex, tot_bare_soil, veget_max, evap_bare_lim, evap_bare_lim_ns, vbeta2, vbeta3, vbeta4)
1196
1197    !! 0. Variable and parameter declaration
1198
1199    !! 0.1 Input variables
1200    INTEGER(i_std), INTENT(in)                         :: kjpindex       !! Domain size (-)
1201    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT(in)       :: tot_bare_soil  !! Total evaporating bare soil fraction
1202    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: veget_max      !! Max. fraction of vegetation type (LAI->infty)
1203    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: vbeta2         !! Beta for Interception
1204    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)  :: vbeta3         !! Beta for Transpiration
1205
1206    !! 0.2 Output variables
1207    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)     :: vbeta4         !! Beta for bare soil evaporation (-)
1208   
1209    !! 0.3 Modified variables
1210    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (inout)   :: evap_bare_lim  !! limiting factor for bare soil evaporation
1211                                                                         !! when the 11-layer hydrology is used (-)
1212    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nstm), INTENT (inout) :: evap_bare_lim_ns !! limiting factor for bare soil evaporation
1213                                                                         !! when the 11-layer hydrology is used (-)       
1214    !! 0.4 Local variables
1215    INTEGER(i_std)                                     :: ji
1216    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)                   :: vegtot
1217!_ ================================================================================================================================
1218
1219  !! 1. Calculation of the soil resistance and the beta (beta_4) for bare soil
1220
1221    ! To use the new version of hydrol_split_soil and ensure the water conservation, we must have throughout sechiba at all time:
1222    !        a) evap_bare_lim(ji) = SUM(evap_bare_lim_ns(ji,:)*soiltile(ji,:)*vegtot(ji))
1223    !        b) all the terms (vbeta4, evap_bare_lim, evap_bare_lim_ns) =0 if evap_bare_lim(ji) LE min_sechiba
1224    ! This must also be kept true in diffuco_comb
1225   
1226    DO ji = 1, kjpindex
1227       
1228       ! The limitation by 1-beta2-beta3 is due to the fact that evaporation under vegetation is possible
1229       !! \latexonly
1230       !!     \input{diffucobare3.tex}
1231       !! \endlatexonly
1232       
1233       IF ( (evap_bare_lim(ji) .GT. min_sechiba) .AND. & 
1234            ! in this case we can't have vegtot LE min_sechina, cf hydrol_soil
1235            (un - SUM(vbeta2(ji,:)+vbeta3(ji,:)) .GT. min_sechiba) ) THEN 
1236          ! eventually, none of the left-hand term is close to zero
1237
1238          vegtot(ji) = SUM(veget_max(ji,:))
1239          IF (evap_bare_lim(ji) < (un - SUM(vbeta2(ji,:)+vbeta3(ji,:)))) THEN
1240             ! Standard case
1241             vbeta4(ji) = evap_bare_lim(ji)
1242          ELSE
1243             vbeta4(ji) = un - SUM(vbeta2(ji,:)+vbeta3(ji,:))
1244
1245             ! We now have to redefine evap_bare_lim & evap_bare_lim_ns
1246             IF (evap_bare_lim(ji) .GT. min_sechiba) THEN
1247                evap_bare_lim_ns(ji,:) = evap_bare_lim_ns(ji,:) * vbeta4(ji) / evap_bare_lim(ji)
1248             ELSE ! we must re-invent evap_bare_lim_ns => uniform across soiltiles             
1249                evap_bare_lim_ns(ji,:) = tot_bare_soil(ji)/vegtot(ji)
1250             ENDIF
1251
1252             evap_bare_lim(ji) = vbeta4(ji)
1253             ! consistent with evap_bare_lim(ji) =
1254             ! SUM(evap_bare_lim_ns(ji,:)*soiltile(ji,:)*vegtot(ji))
1255             ! as SUM(soiltile(ji,:)) = 1
1256          END IF
1257         
1258       ELSE ! instead of having very small vbeta4, we set everything to zero
1259          vbeta4(ji) = zero
1260          evap_bare_lim(ji) = zero
1261          evap_bare_lim_ns(ji,:) = zero
1262       ENDIF
1263       
1264    END DO
1265   
1266    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' diffuco_bare done '
1267   
1268  END SUBROUTINE diffuco_bare
1269
1270
1271!! ==============================================================================================================================
1272!! SUBROUTINE   : diffuco_trans_co2
1273!!
1274!>\BRIEF        This subroutine computes carbon assimilation and stomatal
1275!! conductance, following respectively Farqhuar et al. (1980) and Ball et al. (1987).
1276!!
1277!! DESCRIPTION  :\n
1278!! *** General:\n
1279!! The equations are different depending on the photosynthesis mode (C3 versus C4).\n
1280!! Assimilation and conductance are computed over 20 levels of LAI and then
1281!! integrated at the canopy level.\n
1282!! This routine also computes partial beta coefficient: transpiration for each
1283!! type of vegetation.\n
1284!! There is a main loop on the PFTs, then inner loops on the points where
1285!! assimilation has to be calculated.\n
1286!! This subroutine is called at each sechiba time step by sechiba_main.\n
1287!! *** Details:
1288!! - Integration at the canopy level\n
1289!! \latexonly
1290!! \input{diffuco_trans_co2_1.1.tex}
1291!! \endlatexonly
1292!! - Light''s extinction \n
1293!! The available light follows a simple Beer extinction law.
1294!! The extinction coefficients (ext_coef) are PFT-dependant constants and are defined in constant_co2.f90.\n
1295!! \latexonly
1296!! \input{diffuco_trans_co2_1.2.tex}
1297!! \endlatexonly
1298!! - Estimation of relative humidity of air (for calculation of the stomatal conductance)\n
1299!! \latexonly
1300!! \input{diffuco_trans_co2_1.3.tex}
1301!! \endlatexonly
1302!! - Calculation of the water limitation factor\n
1303!! \latexonly
1304!! \input{diffuco_trans_co2_2.1.tex}
1305!! \endlatexonly
1306!! - Calculation of temperature dependent parameters for C4 plants\n
1307!! \latexonly
1308!! \input{diffuco_trans_co2_2.2.tex}
1309!! \endlatexonly
1310!! - Calculation of temperature dependent parameters for C3 plants\n
1311!! \latexonly
1312!! \input{diffuco_trans_co2_2.3.tex}
1313!! \endlatexonly
1314!! - Vmax scaling\n
1315!! Vmax is scaled into the canopy due to reduction of nitrogen
1316!! (Johnson and Thornley,1984).\n
1317!! \latexonly
1318!! \input{diffuco_trans_co2_2.4.1.tex}
1319!! \endlatexonly
1320!! - Assimilation for C4 plants (Collatz et al., 1992)\n
1321!! \latexonly
1322!! \input{diffuco_trans_co2_2.4.2.tex}
1323!! \endlatexonly         
1324!! - Assimilation for C3 plants (Farqhuar et al., 1980)\n
1325!! \latexonly
1326!! \input{diffuco_trans_co2_2.4.3.tex}
1327!! \endlatexonly
1328!! - Estimation of the stomatal conductance (Ball et al., 1987)\n
1329!! \latexonly
1330!! \input{diffuco_trans_co2_2.4.4.tex}
1331!! \endlatexonly
1332!!
1333!! RECENT CHANGE(S):
1334!!
1335!!   2018/12 added a nitrogen use efficiency constraint on maximum rate of carboxylation
1336!!
1337!!   2018/11 replaced t2m and q2m by temp_air and qair; prognostic variables on first atmospheric model layer
1338!!
1339!!   2006/06   N. de Noblet
1340!!                - addition of q2m and t2m as input parameters for the
1341!!                calculation of Rveget
1342!!                - introduction of vbeta23
1343!!
1344!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): beta coefficients, resistances, CO2 intercellular
1345!! concentration
1346!!
1347!! REFERENCE(S) :
1348!! - Ball, J., T. Woodrow, and J. Berry (1987), A model predicting stomatal
1349!! conductance and its contribution to the control of photosynthesis under
1350!! different environmental conditions, Prog. Photosynthesis, 4, 221– 224.
1351!! - Collatz, G., M. Ribas-Carbo, and J. Berry (1992), Coupled photosynthesis
1352!! stomatal conductance model for leaves of C4 plants, Aust. J. Plant Physiol.,
1353!! 19, 519–538.
1354!! - Farquhar, G., S. von Caemmener, and J. Berry (1980), A biochemical model of
1355!! photosynthesis CO2 fixation in leaves of C3 species, Planta, 149, 78–90.
1356!! - Johnson, I. R., and J. Thornley (1984), A model of instantaneous and daily
1357!! canopy photosynthesis, J Theor. Biol., 107, 531 545
1358!! - McMurtrie, R.E., Rook, D.A. and Kelliher, F.M., 1990. Modelling the yield of Pinus radiata on a
1359!! site limited by water and nitrogen. For. Ecol. Manage., 30: 381-413
1360!! - Bounoua, L., Hall, F. G., Sellers, P. J., Kumar, A., Collatz, G. J., Tucker, C. J., and Imhoff, M. L. (2010), Quantifying the
1361!! negative feedback of vegetation to greenhouse warming: A modeling approach, Geophysical Research Letters, 37, Artn L23701,
1362!! Doi 10.1029/2010gl045338
1363!! - Bounoua, L., Collatz, G. J., Sellers, P. J., Randall, D. A., Dazlich, D. A., Los, S. O., Berry, J. A., Fung, I.,
1364!! Tucker, C. J., Field, C. B., and Jensen, T. G. (1999), Interactions between vegetation and climate: Radiative and physiological
1365!! effects of doubled atmospheric co2, Journal of Climate, 12, 309-324, Doi 10.1175/1520-0442(1999)012<0309:Ibvacr>2.0.Co;2
1366!! - Sellers, P. J., Bounoua, L., Collatz, G. J., Randall, D. A., Dazlich, D. A., Los, S. O., Berry, J. A., Fung, I.,
1367!! Tucker, C. J., Field, C. B., and Jensen, T. G. (1996), Comparison of radiative and physiological effects of doubled atmospheric
1368!! co2 on climate, Science, 271, 1402-1406, DOI 10.1126/science.271.5254.1402
1369!! - Lewis, J. D., Ward, J. K., and Tissue, D. T. (2010), Phosphorus supply drives nonlinear responses of cottonwood
1370!! (populus deltoides) to increases in co2 concentration from glacial to future concentrations, New Phytologist, 187, 438-448,
1371!! DOI 10.1111/j.1469-8137.2010.03307.x
1372!! - Kattge, J., Knorr, W., Raddatz, T., and Wirth, C. (2009), Quantifying photosynthetic capacity and its relationship to leaf
1373!! nitrogen content for global-scale terrestrial biosphere models, Global Change Biology, 15, 976-991,
1374!! DOI 10.1111/j.1365-2486.2008.01744.x
1375!!
1376!! FLOWCHART    : None
1377!! \n
1378!_ ================================================================================================================================
1379
1380SUBROUTINE diffuco_trans_co2 (kjpindex, swdown, pb, qsurf, qair, temp_air, temp_growth, rau, u, v, q_cdrag, humrel, &
1381                                assim_param, Ca, &
1382                                veget, veget_max, lai, qsintveg, qsintmax, vbeta3, vbeta3pot, rveget, rstruct, &
1383                                cimean, gsmean, gpp, &
1384                                vbeta23, hist_id, indexveg, indexlai, index, kjit, cim)
1385
1386    !
1387    !! 0. Variable and parameter declaration
1388    !
1389
1390    !
1391    !! 0.1 Input variables
1392    !
1393    INTEGER(i_std), INTENT(in)                               :: kjpindex         !! Domain size (unitless)
1394    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: swdown           !! Downwelling short wave flux
1395                                                                                 !! @tex ($W m^{-2}$) @endtex
1396    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: pb               !! Lowest level pressure (hPa)
1397    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: qsurf            !! Near surface specific humidity
1398                                                                                 !! @tex ($kg kg^{-1}$) @endtex
1399    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: qair             !! Specific humidity at first atmospheric model layer
1400                                                                                 !! @tex ($kg kg^{-1}$) @endtex
1401    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: temp_air         !! Air temperature at first atmospheric model layer (K)
1402    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: temp_growth      !! Growth temperature (°C) - Is equal to t2m_month
1403    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: rau              !! air density @tex ($kg m^{-3}$) @endtex
1404    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: u                !! Lowest level wind speed
1405                                                                                 !! @tex ($m s^{-1}$) @endtex
1406    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: v                !! Lowest level wind speed
1407                                                                                 !! @tex ($m s^{-1}$) @endtex
1408    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: q_cdrag          !! Surface drag coefficient  (-)
1409    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm,npco2), INTENT (in)  :: assim_param      !! referenced vcmax, nue, leaf N
1410                                                                                 !! for photosynthesis
1411    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)            :: Ca               !! CO2 concentration inside the canopy
1412                                                                                 !! @tex ($\mu mol mol^{-1}$) @endtex
1413    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: humrel           !! Soil moisture stress (0-1,unitless)
1414    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: veget            !! Coverage fraction of vegetation for each PFT
1415                                                                                 !! depending on LAI (0-1, unitless)
1416    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: veget_max        !! Maximum vegetation fraction of each PFT inside
1417                                                                                 !! the grid box (0-1, unitless)
1418    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: lai              !! Leaf area index @tex ($m^2 m^{-2}$) @endtex
1419                                                                                 !! @tex ($m s^{-1}$) @endtex
1420    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: qsintveg         !! Water on vegetation due to interception
1421                                                                                 !! @tex ($kg m^{-2}$) @endte
1422    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: qsintmax         !! Maximum water on vegetation
1423                                                                                 !! @tex ($kg m^{-2}$) @endtex
1424    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)        :: vbeta23          !! Beta for fraction of wetted foliage that will
1425                                                                                 !! transpire (unitless)
1426    INTEGER(i_std),INTENT (in)                               :: hist_id          !! _History_ file identifier (-)   
1427    INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex*nvm), INTENT (in) :: indexveg       !! Indeces of the points on the 3D map (-)   
1428    INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex*(nlai+1)), INTENT (in) :: indexlai  !! Indeces of the points on the 3D map
1429INTEGER(i_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)   :: index            !! Indeces of the points on the map (-)
1430    INTEGER(i_std), INTENT(in)                         :: kjit             !! Time step number (-)       
1431    !
1432    !! 0.2 Output variables
1433    !
1434    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: vbeta3           !! Beta for Transpiration (unitless)
1435    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: vbeta3pot        !! Beta for Potential Transpiration
1436    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: rveget           !! stomatal resistance of vegetation
1437                                                                                 !! @tex ($s m^{-1}$) @endtex
1438    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: rstruct          !! structural resistance @tex ($s m^{-1}$) @endtex
1439    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: cimean           !! mean intercellular CO2 concentration
1440                                                                                 !! @tex ($\mu mol mol^{-1}$) @endtex
1441    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: gsmean           !! mean stomatal conductance to CO2 (umol m-2 s-1)
1442    REAL(r_Std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: gpp              !! Assimilation ((gC m^{-2} dt_sechiba^{-1}), total area)
1443    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (out)       :: cim              !! Intercellular CO2 over nlai
1444    !
1445    !! 0.3 Modified variables
1446    !
1447 
1448    !
1449    !! 0.4 Local variables
1450    !
1451    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex)      :: vcmax                               !! maximum rate of carboxylation. Notice that,
1452                                                                                 !! as it is currently written, this is only
1453                                                                                 !! a function of nue and leafN_top
1454                                                                                 !! @tex ($\mu mol CO2 m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1455    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm)  :: nue                                 !! Nitrogen use Efficiency with impact of leaf age (umol CO2 (gN)-1 s-1)
1456    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm)  :: ntot                                !! Total canopy (eg leaf) N (gN m-2[ground]) 
1457    REAL(r_std)                           :: N_profile                           !! N-content reduction factor for a specific canopy depth (unitless)
1458    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex)      :: leafN_top                           !! Leaf N content - top of canopy (gN m-2[leaf])
1459    INTEGER(i_std)                        :: ji, jv, jl, limit_photo             !! indices (unitless)
1460    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex,nlai+1) :: info_limitphoto
1461    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex,nvm,nlai)  :: leaf_ci                        !! intercellular CO2 concentration (ppm)
1462    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: leaf_ci_lowest                      !! intercellular CO2 concentration at the lowest
1463                                                                                 !! LAI level
1464                                                                                 !! @tex ($\mu mol mol^{-1}$) @endtex
1465    INTEGER(i_std), DIMENSION(kjpindex)   :: ilai                                !! counter for loops on LAI levels (unitless)
1466    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: zqsvegrap                           !! relative water quantity in the water
1467                                                                                 !! interception reservoir (0-1,unitless)
1468    REAL(r_std)                           :: speed                               !! wind speed @tex ($m s^{-1}$) @endtex
1469    ! Assimilation
1470    LOGICAL, DIMENSION(kjpindex)          :: assimilate                          !! where assimilation is to be calculated
1471                                                                                 !! (unitless)
1472    LOGICAL, DIMENSION(kjpindex)          :: calculate                           !! where assimilation is to be calculated for
1473                                                                                 !! in the PFTs loop (unitless)
1474    INTEGER(i_std)                        :: nic,inic,icinic                     !! counter/indices (unitless)
1475    INTEGER(i_std), DIMENSION(kjpindex)   :: index_calc                          !! index (unitless)
1476    INTEGER(i_std)                        :: nia,inia,nina,inina,iainia          !! counter/indices (unitless)
1477    INTEGER(i_std), DIMENSION(kjpindex)   :: index_assi,index_non_assi           !! indices (unitless)
1478    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex, nlai+1)      :: vc2                                 !! rate of carboxylation (at a specific LAI level)
1479                                                                                 !! @tex ($\mu mol CO2 m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1480    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex, nlai+1)      :: vj2                                 !! rate of Rubisco regeneration (at a specific LAI
1481                                                                                 !! level) @tex ($\mu mol e- m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1482    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex, nlai+1)      :: assimi                              !! assimilation (at a specific LAI level)
1483                                                                                 !! @tex ($\mu mol m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1484                                                                                 !! (temporary variables)
1485    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)             :: gstop                        !! stomatal conductance to H2O at topmost level
1486                                                                                 !! @tex ($m s^{-1}$) @endtex
1487    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex,nlai+1)      :: gs                                  !! stomatal conductance to CO2
1488                                                                                 !! @tex ($\mol m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1489    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: gamma_star                          !! CO2 compensation point (ppm)
1490                                                                                 !! @tex ($\mu mol mol^{-1}$) @endtex
1491
1492    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: air_relhum                          !! air relative humidity at 2m
1493                                                                                 !! @tex ($kg kg^{-1}$) @endtex
1494    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: VPD                                 !! Vapor Pressure Deficit (kPa)
1495    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: water_lim                           !! water limitation factor (0-1,unitless)
1496
1497    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: gstot                               !! total stomatal conductance to H2O
1498                                                                                 !! Final unit is
1499                                                                                 !! @tex ($m s^{-1}$) @endtex
1500    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: assimtot                            !! total assimilation
1501                                                                                 !! @tex ($\mu mol CO2 m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1502    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: Rdtot                               !! Total Day respiration (respiratory CO2 release other than by photorespiration) (mumol CO2 m−2 s−1)
1503    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: leaf_gs_top                         !! leaf stomatal conductance to H2O at topmost level
1504                                                                                 !! @tex ($\mol H2O m^{-2} s^{-1}$) @endtex
1505    REAL(r_std), DIMENSION(nlai+1)        :: laitab                              !! tabulated LAI steps @tex ($m^2 m^{-2}$) @endtex
1506    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: qsatt                               !! surface saturated humidity at 2m (??)
1507                                                                                 !! @tex ($g g^{-1}$) @endtex
1508    REAL(r_std), DIMENSION(nvm,nlai)      :: light                               !! fraction of light that gets through upper LAI   
1509                                                                                 !! levels (0-1,unitless)
1510    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_Vcmax                             !! Temperature dependance of Vcmax (unitless)
1511    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: S_Vcmax_acclim_temp                 !! Entropy term for Vcmax
1512                                                                                 !! accounting for acclimation to temperature (J K-1 mol-1)
1513    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_Jmax                              !! Temperature dependance of Jmax
1514    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: S_Jmax_acclim_temp                  !! Entropy term for Jmax
1515                                                                                 !! accounting for acclimation toxs temperature (J K-1 mol-1)
1516    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_gm                                !! Temperature dependance of gmw
1517    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_Rd                                !! Temperature dependance of Rd (unitless)
1518    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_Kmc                               !! Temperature dependance of KmC (unitless)
1519    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_KmO                               !! Temperature dependance of KmO (unitless)
1520    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_Sco                               !! Temperature dependance of Sco
1521    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: T_gamma_star                        !! Temperature dependance of gamma_star (unitless)   
1522    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: vc                                  !! Maximum rate of Rubisco activity-limited carboxylation (mumol CO2 m−2 s−1)
1523    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: vj                                  !! Maximum rate of e- transport under saturated light (mumol CO2 m−2 s−1)
1524    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: gm                                  !! Mesophyll diffusion conductance (molCO2 m−2 s−1 bar−1)
1525    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: g0var
1526    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex,nlai+1)      :: Rd                                  !! Day respiration (respiratory CO2 release other than by photorespiration) (mumol CO2 m−2 s−1)
1527    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: Kmc                                 !! Michaelis–Menten constant of Rubisco for CO2 (mubar)
1528    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: KmO                                 !! Michaelis–Menten constant of Rubisco for O2 (mubar)
1529    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: Sco                                 !! Relative CO2 /O2 specificity factor for Rubisco (bar bar-1)
1530    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: gb_co2                              !! Boundary-layer conductance (molCO2 m−2 s−1 bar−1)
1531    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: gb_h2o                              !! Boundary-layer conductance (molH2O m−2 s−1 bar−1)
1532    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: fvpd                                !! Factor for describing the effect of leaf-to-air vapour difference on gs (-)
1533    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: low_gamma_star                      !! Half of the reciprocal of Sc/o (bar bar-1)
1534    REAL(r_std)                           :: fcyc                                !! Fraction of electrons at PSI that follow cyclic transport around PSI (-)
1535    REAL(r_std)                           :: z                                   !! A lumped parameter (see Yin et al. 2009) ( mol mol-1)                         
1536    REAL(r_std)                           :: Rm                                  !! Day respiration in the mesophyll (umol CO2 m−2 s−1)
1537    REAL(r_std)                           :: Cs_star                             !! Cs -based CO2 compensation point in the absence of Rd (ubar)
1538    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: Iabs                                !! Photon flux density absorbed by leaf photosynthetic pigments (umol photon m−2 s−1)
1539    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: Jmax                                !! Maximum value of J under saturated light (umol e− m−2 s−1)
1540    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex, nlai+1)      :: JJ                                  !! Rate of e− transport (umol e− m−2 s−1)
1541    REAL(r_std)                           :: J2                                  !! Rate of all e− transport through PSII (umol e− m−2 s−1)
1542    REAL(r_std)                           :: VpJ2                                !! e− transport-limited PEP carboxylation rate (umol CO2 m−2 s−1)
1543    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)
1544    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)
1545    REAL(r_std)                           :: Obs                                 !! Bundle-sheath oxygen partial pressure (ubar)
1546    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex, nlai+1)      :: Cc                                  !! Chloroplast CO2 partial pressure (ubar)
1547    REAL(r_std)                           :: ci_star                             !! Ci -based CO2 compensation point in the absence of Rd (ubar)       
1548    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))
1549    REAL(r_std)                           :: QQ,UU,PSI,x1,x2,x3                      !! Variables used for solving the cubic equation (see Yin et al. (2009))
1550                                       
1551    REAL(r_std)                           :: cresist                             !! coefficient for resistances (??)
1552    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)      :: laisum                              !! when calculating cim over nlai
1553
1554! @defgroup Photosynthesis Photosynthesis
1555! @{   
1556    ! 1. Preliminary calculations\n
1557!_ ================================================================================================================================
1558
1559    cim(:,:)=zero
1560    leaf_ci(:,:,:) = zero
1561
1562    !
1563    ! 1.1 Calculate LAI steps\n
1564    ! The integration at the canopy level is done over nlai fixed levels.
1565    !! \latexonly
1566    !! \input{diffuco_trans_co2_1.1.tex}
1567    !! \endlatexonly
1568! @}
1569! @codeinc
1570    DO jl = 1, nlai+1
1571      laitab(jl) = laimax*(EXP(lai_level_depth*REAL(jl-1,r_std))-1.)/(EXP(lai_level_depth*REAL(nlai,r_std))-un)
1572    ENDDO
1573! @endcodeinc
1574
1575! @addtogroup Photosynthesis
1576! @{   
1577    !
1578    ! 1.2 Calculate light fraction for each LAI step\n
1579    ! The available light follows a simple Beer extinction law.
1580    ! The extinction coefficients (ext_coef) are PFT-dependant constants and are defined in constant_co2.f90.
1581    !! \latexonly
1582    !! \input{diffuco_trans_co2_1.2.tex}
1583    !! \endlatexonly
1584! @}
1585! @codeinc
1586    DO jl = 1, nlai
1587      DO jv = 1, nvm
1588        light(jv,jl) = exp( -ext_coeff(jv)*laitab(jl) )
1589      ENDDO
1590    ENDDO 
1591! @endcodeinc
1592    !
1593    ! Photosynthesis parameters
1594    !
1595
1596!    IF (downregulation_co2) THEN
1597!       DO jv= 1, nvm
1598!          vcmax(:,jv) = assim_param(:,jv,ivcmax)*(un-downregulation_co2_coeff(jv)*log(Ca(:)/downregulation_co2_baselevel))
1599!       ENDDO
1600!    ELSE
1601!       vcmax(:,:) = assim_param(:,:,ivcmax)
1602!    ENDIF
1603
1604
1605    nue(:,:) = assim_param(:,:,inue) 
1606    ntot(:,:) = assim_param(:,:,ileafn) 
1607
1608   
1609
1610!    DO jv = 1, nvm
1611!       vcmax(:,:) = Vcmax25(jv)
1612!    ENDDO
1613
1614! @addtogroup Photosynthesis
1615! @{   
1616    !
1617    ! 1.3 Estimate relative humidity of air (for calculation of the stomatal conductance).\n
1618    !! \latexonly
1619    !! \input{diffuco_trans_co2_1.3.tex}
1620    !! \endlatexonly
1621! @}
1622    !
1623
1624    CALL qsatcalc (kjpindex, temp_air, pb, qsatt)
1625    air_relhum(:) = &
1626      ( qair(:) * pb(:) / (Tetens_1+qair(:)* Tetens_2) ) / &
1627      ( qsatt(:)*pb(:) / (Tetens_1+qsatt(:)*Tetens_2 ) )
1628
1629
1630    VPD(:) = ( qsatt(:)*pb(:) / (Tetens_1+qsatt(:)*Tetens_2 ) ) &
1631         - ( qair(:) * pb(:) / (Tetens_1+qair(:)* Tetens_2) )
1632    ! VPD is needed in kPa
1633    VPD(:) = VPD(:)/10.
1634
1635    !
1636    ! 2. beta coefficient for vegetation transpiration
1637    !
1638    rstruct(:,1) = rstruct_const(1)
1639    rveget(:,:) = undef_sechiba
1640    !
1641    vbeta3(:,:) = zero
1642    vbeta3pot(:,:) = zero
1643    gsmean(:,:) = zero
1644    gpp(:,:) = zero
1645    !
1646    cimean(:,1) = Ca(:)
1647    !
1648    ! @addtogroup Photosynthesis
1649    ! @{   
1650    ! 2. Loop over vegetation types\n
1651    ! @}
1652    !
1653    DO jv = 2,nvm
1654       gamma_star(:)=zero
1655       Kmo(:)=zero
1656       Kmc(:)=zero
1657       gm(:)=zero
1658       g0var(:) =zero
1659
1660       Cc(:,:)=zero
1661       Vc2(:,:)=zero
1662       JJ(:,:)=zero
1663       info_limitphoto(:,:)=zero
1664       gs(:,:)=zero
1665       assimi(:,:)=zero
1666       Rd(:,:)=zero
1667
1668      !
1669      ! @addtogroup Photosynthesis
1670      ! @{   
1671      !
1672      ! 2.1 Initializations\n
1673      !! \latexonly
1674      !! \input{diffuco_trans_co2_2.1.tex}
1675      !! \endlatexonly
1676      ! @}     
1677      !
1678      ! beta coefficient for vegetation transpiration
1679      !
1680      rstruct(:,jv) = rstruct_const(jv)
1681      cimean(:,jv) = Ca(:)
1682
1683      WHERE (lai(:,jv) .GT. min_sechiba)
1684         leafN_top(:) = ntot(:,jv) * ext_coeff_N(jv) / ( 1. - exp(-ext_coeff_N(jv) * lai(:,jv)) ) 
1685      ELSEWHERE
1686         leafN_top(:) = zero
1687      ENDWHERE
1688
1689      vcmax(:) = nue(:,jv)*leafN_top(:)
1690
1691      !
1692      !! mask that contains points where there is photosynthesis
1693      !! For the sake of vectorisation [DISPENSABLE], computations are done only for convenient points.
1694      !! nia is the number of points where the assimilation is calculated and nina the number of points where photosynthesis is not
1695      !! calculated (based on criteria on minimum or maximum values on LAI, vegetation fraction, shortwave incoming radiation,
1696      !! temperature and relative humidity).
1697      !! For the points where assimilation is not calculated, variables are initialized to specific values.
1698      !! The assimilate(kjpindex) array contains the logical value (TRUE/FALSE) relative to this photosynthesis calculation.
1699      !! The index_assi(kjpindex) array indexes the nia points with assimilation, whereas the index_no_assi(kjpindex) array indexes
1700      !! the nina points with no assimilation.
1701      nia=0
1702      nina=0
1703      !
1704      DO ji=1,kjpindex
1705         !
1706         IF ( ( lai(ji,jv) .GT. 0.01 ) .AND. &
1707              ( veget_max(ji,jv) .GT. min_sechiba ) ) THEN
1708           
1709            IF ( ( veget(ji,jv) .GT. min_sechiba ) .AND. &
1710                 ( swdown(ji) .GT. min_sechiba )   .AND. &
1711                 ( humrel(ji,jv) .GT. min_sechiba) .AND. &
1712                 ( temp_growth(ji) .GT. tphoto_min(jv) ) .AND. &
1713                 ( temp_growth(ji) .LT. tphoto_max(jv) ) ) THEN
1714               !
1715               assimilate(ji) = .TRUE.
1716               nia=nia+1
1717               index_assi(nia)=ji
1718               !
1719            ELSE
1720               !
1721               assimilate(ji) = .FALSE.
1722               nina=nina+1
1723               index_non_assi(nina)=ji
1724               !
1725            ENDIF
1726         ELSE
1727            !
1728            assimilate(ji) = .FALSE.
1729            nina=nina+1
1730            index_non_assi(nina)=ji
1731            !
1732         ENDIF
1733         !
1734
1735      ENDDO
1736      !
1737
1738      gstot(:) = zero
1739      gstop(:) = zero
1740      assimtot(:) = zero
1741      Rdtot(:)=zero
1742      leaf_gs_top(:) = zero
1743      !
1744      zqsvegrap(:) = zero
1745      WHERE (qsintmax(:,jv) .GT. min_sechiba)
1746      !! relative water quantity in the water interception reservoir
1747          zqsvegrap(:) = MAX(zero, qsintveg(:,jv) / qsintmax(:,jv))
1748      ENDWHERE
1749      !
1750      !! Calculates the water limitation factor.
1751      water_lim(:) = humrel(:,jv)
1752
1753      ! give a default value of ci for all pixel that do not assimilate
1754      DO jl=1,nlai
1755         DO inina=1,nina
1756            leaf_ci(index_non_assi(inina),jv,jl) = Ca(index_non_assi(inina)) 
1757         ENDDO
1758      ENDDO
1759      !
1760      ilai(:) = 1
1761      !
1762      ! Here is the calculation of assimilation and stomatal conductance
1763      ! based on the work of Farquahr, von Caemmerer and Berry (FvCB model)
1764      ! as described in Yin et al. 2009
1765      ! Yin et al. developed a extended version of the FvCB model for C4 plants
1766      ! and proposed an analytical solution for both photosynthesis pathways (C3 and C4)
1767      ! Photosynthetic parameters used are those reported in Yin et al.
1768      ! Except For Vcmax25, relationships between Vcmax25 and Jmax25 for which we use
1769      ! Medlyn et al. (2002) and Kattge & Knorr (2007)
1770      ! Because these 2 references do not consider mesophyll conductance, we neglect this term
1771      ! in the formulations developed by Yin et al.
1772      ! Consequently, gm (the mesophyll conductance) tends to the infinite
1773      ! This is of importance because as stated by Kattge & Knorr and Medlyn et al.,
1774      ! values of Vcmax and Jmax derived with different model parametrizations are not
1775      ! directly comparable and the published values of Vcmax and Jmax had to be standardized
1776      ! to one consistent formulation and parametrization
1777
1778      ! See eq. 6 of Yin et al. (2009)
1779      ! Parametrization of Medlyn et al. (2002) - from Bernacchi et al. (2001)
1780      T_KmC(:)        = Arrhenius(kjpindex,temp_air,298.,E_KmC(jv))
1781      T_KmO(:)        = Arrhenius(kjpindex,temp_air,298.,E_KmO(jv))
1782      T_Sco(:)        = Arrhenius(kjpindex,temp_air,298.,E_Sco(jv))
1783      T_gamma_star(:) = Arrhenius(kjpindex,temp_air,298.,E_gamma_star(jv))
1784
1785
1786      ! Parametrization of Yin et al. (2009) - from Bernacchi et al. (2001)
1787      T_Rd(:)         = Arrhenius(kjpindex,temp_air,298.,E_Rd(jv))
1788
1789
1790      ! For C3 plants, we assume that the Entropy term for Vcmax and Jmax
1791      ! acclimates to temperature as shown by Kattge & Knorr (2007) - Eq. 9 and 10
1792      ! and that Jmax and Vcmax respond to temperature following a modified Arrhenius function
1793      ! (with a decrease of these parameters for high temperature) as in Medlyn et al. (2002)
1794      ! and Kattge & Knorr (2007).
1795      ! In Yin et al. (2009), temperature dependance to Vcmax is based only on a Arrhenius function
1796      ! Concerning this apparent unconsistency, have a look to the section 'Limitation of
1797      ! Photosynthesis by gm' of Bernacchi (2002) that may provide an explanation
1798     
1799      ! Growth temperature tested by Kattge & Knorr range from 11 to 35°C
1800      ! So, we limit the relationship between these lower and upper limits
1801      S_Jmax_acclim_temp(:) = aSJ(jv) + bSJ(jv) * MAX(11., MIN(temp_growth(:),35.))     
1802      T_Jmax(:)  = Arrhenius_modified(kjpindex,temp_air,298.,E_Jmax(jv),D_Jmax(jv),S_Jmax_acclim_temp)
1803
1804      S_Vcmax_acclim_temp(:) = aSV(jv) + bSV(jv) * MAX(11., MIN(temp_growth(:),35.))   
1805      T_Vcmax(:) = Arrhenius_modified(kjpindex,temp_air,298.,E_Vcmax(jv),D_Vcmax(jv),S_Vcmax_acclim_temp)
1806       
1807
1808     
1809      vc(:) = vcmax(:) * T_Vcmax(:)
1810      ! As shown by Kattge & Knorr (2007), we make use
1811      ! of Jmax25/Vcmax25 ratio (rJV) that acclimates to temperature for C3 plants
1812      ! rJV is written as a function of the growth temperature
1813      ! rJV = arJV + brJV * T_month
1814      ! See eq. 10 of Kattge & Knorr (2007)
1815      ! and Table 3 for Values of arJV anf brJV
1816      ! Growth temperature is monthly temperature (expressed in °C) - See first paragraph of
1817      ! section Methods/Data of Kattge & Knorr
1818      vj(:) = ( arJV(jv) + brJV(jv) *  MAX(11., MIN(temp_growth(:),35.)) ) * vcmax(:) * T_Jmax(:)
1819
1820      T_gm(:)    = Arrhenius_modified(kjpindex,temp_air,298.,E_gm(jv),D_gm(jv),S_gm(jv))
1821      gm(:) = gm25(jv) * T_gm(:) * MAX(1-stress_gm(jv), water_lim(:))
1822
1823      g0var(:) = g0(jv)* MAX(1-stress_gs(jv), water_lim(:))
1824      ! @endcodeinc
1825      !
1826      KmC(:)=KmC25(jv)*T_KmC(:)
1827      KmO(:)=KmO25(jv)*T_KmO(:)
1828      Sco(:)=Sco25(jv)*T_sco(:)
1829      gamma_star(:) = gamma_star25(jv)*T_gamma_star(:)
1830
1831
1832
1833      ! low_gamma_star is defined by Yin et al. (2009)
1834      ! as the half of the reciprocal of Sco - See Table 2
1835      low_gamma_star(:) = 0.5 / Sco(:)
1836
1837      ! VPD expressed in kPa
1838      ! Note : MIN(1.-min_sechiba,MAX(min_sechiba,(a1(jv) - b1(jv) * VPD(:)))) is always between 0-1 not including 0 and 1
1839      fvpd(:) = 1. / ( 1. / MIN(1.-min_sechiba,MAX(min_sechiba,(a1(jv) - b1(jv) * VPD(:)))) - 1. ) &
1840                * MAX(1-stress_gs(jv), water_lim(:))
1841
1842      ! leaf boundary layer conductance
1843      ! conversion from a conductance in (m s-1) to (mol H2O m-2 s-1)
1844      ! from Pearcy et al. (1991, see below)
1845      gb_h2o(:) = gb_ref * 44.6 * (tp_00/temp_air(:)) * (pb(:)/pb_std) 
1846
1847      ! conversion from (mol H2O m-2 s-1) to (mol CO2 m-2 s-1)
1848      gb_co2(:) = gb_h2o(:) / ratio_H2O_to_CO2
1849
1850      !
1851      ! @addtogroup Photosynthesis
1852      ! @{   
1853      !
1854      ! 2.4 Loop over LAI discretized levels to estimate assimilation and conductance\n
1855      ! @}           
1856      !
1857      !! The calculate(kjpindex) array is of type logical to indicate wether we have to sum over this LAI fixed level (the LAI of
1858      !! 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
1859      !! corresponding point is indexed in the index_calc array.
1860      JJ(:,:)=zero
1861      vc2(:,:)=zero
1862      vj2(:,:)=zero
1863      Cc(:,:)=zero
1864      gs(:,:)=zero
1865      assimi(:,:)=zero
1866      Rd(:,:)=zero
1867
1868      DO jl = 1, nlai
1869         !
1870         nic=0
1871         calculate(:) = .FALSE.
1872         !
1873         IF (nia .GT. 0) then
1874            DO inia=1,nia
1875               calculate(index_assi(inia)) = (laitab(jl) .LE. lai(index_assi(inia),jv) )
1876               IF ( calculate(index_assi(inia)) ) THEN
1877                  nic=nic+1
1878                  index_calc(nic)=index_assi(inia)
1879               ENDIF
1880            ENDDO
1881         ENDIF
1882         !
1883         ! @addtogroup Photosynthesis
1884         ! @{   
1885         !
1886         ! 2.4.1 Vmax is scaled into the canopy due to reduction of nitrogen
1887         !! (Johnson and Thornley,1984).\n
1888         !! \latexonly
1889         !! \input{diffuco_trans_co2_2.4.1.tex}
1890         !! \endlatexonly
1891         ! @}           
1892         !
1893         N_profile = exp( -ext_coeff_N(jv)*laitab(jl) )
1894         !
1895
1896         vc2(:,jl) = vc(:) * N_profile * MAX(1-stress_vcmax(jv),water_lim(:))
1897         vj2(:,jl) = vj(:) * N_profile * MAX(1-stress_vcmax(jv),water_lim(:))
1898
1899         ! see Comment in legend of Fig. 6 of Yin et al. (2009)
1900         ! Rd25 is assumed to equal 0.01 Vcmax25
1901         Rd(:,jl) = vcmax(:) * N_profile * 0.01 * T_Rd(:) * MAX(1-stress_vcmax(jv), water_lim(:))
1902
1903         Iabs(:)=swdown(:)*W_to_mol*RG_to_PAR*ext_coeff(jv)*light(jv,jl)
1904         
1905         ! eq. 4 of Yin et al (2009)
1906         Jmax(:)=vj2(:,jl)
1907         JJ(:,jl) = ( alpha_LL(jv) * Iabs(:) + Jmax(:) - sqrt((alpha_LL(jv) * Iabs(:) + Jmax(:) )**2. &
1908              - 4 * theta(jv) * Jmax(:) * alpha_LL(jv) * Iabs(:)) ) &
1909              / ( 2 * theta(jv))
1910
1911         !
1912         IF ( is_c4(jv) )  THEN
1913            !
1914            ! @addtogroup Photosynthesis
1915            ! @{   
1916            !
1917            ! 2.4.2 Assimilation for C4 plants (Collatz et al., 1992)\n
1918            !! \latexonly
1919            !! \input{diffuco_trans_co2_2.4.2.tex}
1920            !! \endlatexonly
1921            ! @}           
1922            !
1923            !
1924            !
1925            IF (nic .GT. 0) THEN
1926               DO inic=1,nic
1927
1928                  ! Analytical resolution of the Assimilation based Yin et al. (2009)
1929                  icinic=index_calc(inic)
1930
1931                  ! Eq. 28 of Yin et al. (2009)
1932                  fcyc= 1. - ( 4.*(1.-fpsir(jv))*(1.+fQ(jv)) + 3.*h_protons(jv)*fpseudo(jv) ) / &
1933                       ( 3.*h_protons(jv) - 4.*(1.-fpsir(jv)))
1934                                   
1935                  ! See paragraph after eq. (20b) of Yin et al.
1936                  Rm=Rd(icinic,jl)/2.
1937                               
1938                  ! We assume that cs_star equals ci_star (see Comment in legend of Fig. 6 of Yin et al. (2009)
1939                  ! Equation 26 of Yin et al. (2009)
1940                  Cs_star = (gbs(jv) * low_gamma_star(icinic) * Oi - &
1941                       ( 1. + low_gamma_star(icinic) * alpha(jv) / 0.047) * Rd(icinic,jl) + Rm ) &
1942                       / ( gbs(jv) + kp(jv) ) 
1943
1944                  ! eq. 11 of Yin et al (2009)
1945                  J2 = JJ(icinic,jl) / ( 1. - fpseudo(jv) / ( 1. - fcyc ) )
1946
1947                  ! Equation right after eq. (20d) of Yin et al. (2009)
1948                  z = ( 2. + fQ(jv) - fcyc ) / ( h_protons(jv) * (1. - fcyc ))
1949
1950                  VpJ2 = fpsir(jv) * J2 * z / 2.
1951
1952                  A_3=9999.
1953
1954                  ! See eq. right after eq. 18 of Yin et al. (2009)
1955                  DO limit_photo=1,2
1956                     ! Is Vc limiting the Assimilation
1957                     IF ( limit_photo .EQ. 1 ) THEN
1958                        a = 1. + kp(jv) / gbs(jv)
1959                        b = 0.
1960                        x1 = Vc2(icinic,jl)
1961                        x2 = KmC(icinic)/KmO(icinic)
1962                        x3 = KmC(icinic)
1963                        ! Is J limiting the Assimilation
1964                     ELSE
1965                        a = 1.
1966                        b = VpJ2
1967                        x1 = (1.- fpsir(jv)) * J2 * z / 3.
1968                        x2 = 7. * low_gamma_star(icinic) / 3.
1969                        x3 = 0.
1970                     ENDIF
1971
1972                     m=fvpd(icinic)-g0var(icinic)/gb_co2(icinic)
1973                     d=g0var(icinic)*(Ca(icinic)-Cs_star) + fvpd(icinic)*Rd(icinic,jl)
1974                     f=(b-Rm-low_gamma_star(icinic)*Oi*gbs(jv))*x1*d + a*gbs(jv)*x1*Ca(icinic)*d
1975                     j=(b-Rm+gbs(jv)*x3 + x2*gbs(jv)*Oi)*m + (alpha(jv)*x2/0.047-1.)*d &
1976                          + a*gbs(jv)*(Ca(icinic)*m - d/gb_co2(icinic) - (Ca(icinic) - Cs_star ))
1977 
1978                     g=(b-Rm-low_gamma_star(icinic)*Oi*gbs(jv))*x1*m - (alpha(jv)*low_gamma_star(icinic)/0.047+1.)*x1*d &
1979                          + a*gbs(jv)*x1*(Ca(icinic)*m - d/gb_co2(icinic) - (Ca(icinic)-Cs_star ))
1980 
1981                     h=-((alpha(jv)*low_gamma_star(icinic)/0.047+1.)*x1*m + (a*gbs(jv)*x1*(m-1.))/gb_co2(icinic) )
1982                     i= ( b-Rm + gbs(jv)*x3 + x2*gbs(jv)*Oi )*d + a*gbs(jv)*Ca(icinic)*d
1983                     l= ( alpha(jv)*x2/0.047 - 1.)*m - (a*gbs(jv)*(m-1.))/gb_co2(icinic)
1984 
1985                     p = (j-(h-l*Rd(icinic,jl))) / l
1986                     q = (i+j*Rd(icinic,jl)-g) / l
1987                     r = -(f-i*Rd(icinic,jl)) / l 
1988 
1989                     ! See Yin et al. (2009) and  Baldocchi (1994)
1990                     QQ = ( (p**2._r_std) - 3._r_std * q) / 9._r_std
1991                     UU = ( 2._r_std* (p**3._r_std) - 9._r_std *p*q + 27._r_std *r) /54._r_std
1992
1993                     IF ( (QQ .GE. 0._r_std) .AND. (ABS(UU/(QQ**1.5_r_std) ) .LE. 1._r_std) ) THEN
1994                        PSI = ACOS(UU/(QQ**1.5_r_std))
1995                        A_3_tmp = -2._r_std * SQRT(QQ) * COS(( PSI + 4._r_std * PI)/3._r_std ) - p / 3._r_std
1996                        IF (( A_3_tmp .LT. A_3 )) THEN
1997                           A_3 = A_3_tmp
1998                           info_limitphoto(icinic,jl)=2.
1999                        ELSE
2000                        ! In case, J is not limiting the assimilation
2001                        ! we have to re-initialise a, b, x1, x2 and x3 values
2002                        ! in agreement with a Vc-limited assimilation
2003                           a = 1. + kp(jv) / gbs(jv)
2004                           b = 0.
2005                           x1 = Vc2(icinic,jl)
2006                           x2 = KmC(icinic)/KmO(icinic)
2007                           x3 = KmC(icinic)
2008                           info_limitphoto(icinic,jl)=1.
2009                        ENDIF
2010                     ENDIF
2011
2012                     IF ( ( A_3 .EQ. 9999. ) .OR. ( A_3 .LT. (-Rd(icinic,jl)) ) ) THEN
2013                        IF ( printlev>=4 ) THEN
2014                           WRITE(numout,*) 'We have a problem in diffuco_trans_co2 for A_3'
2015                           WRITE(numout,*) 'no real positive solution found for pft:',jv
2016                           WRITE(numout,*) 'temp_air:',temp_air(icinic)
2017                           WRITE(numout,*) 'vpd:',vpd(icinic)
2018                        END IF
2019                        A_3 = -Rd(icinic,jl)
2020                     ENDIF
2021                     assimi(icinic,jl) = A_3
2022
2023                     IF ( ABS( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ) .LT. min_sechiba ) THEN
2024                        gs(icinic,jl) = g0var(icinic)
2025                        !leaf_ci keeps its initial value (Ca).
2026                     ELSE
2027                        ! Eq. 24 of Yin et al. (2009)
2028                        Obs = ( alpha(jv) * assimi(icinic,jl) ) / ( 0.047 * gbs(jv) ) + Oi
2029                        ! Eq. 23 of Yin et al. (2009)
2030                        Cc(icinic,jl) = ( ( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ) * ( x2 * Obs + x3 ) + low_gamma_star(icinic) &
2031                             * Obs * x1 ) &
2032                             / MAX(min_sechiba, x1 - ( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ))
2033                        ! Eq. 22 of Yin et al. (2009)
2034                        leaf_ci(icinic,jv,jl) = ( Cc(icinic,jl) - ( b - assimi(icinic,jl) - Rm ) / gbs(jv) ) / a
2035                        ! Eq. 25 of Yin et al. (2009)
2036                        ! It should be Cs instead of Ca but it seems that
2037                        ! other equations in Appendix C make use of Ca
2038                        gs(icinic,jl) = g0var(icinic) + ( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ) / &
2039                             ( Ca(icinic) - Cs_star ) * fvpd(icinic)             
2040                     ENDIF
2041                  ENDDO                 
2042               ENDDO
2043            ENDIF
2044         ELSE
2045            !
2046            ! @addtogroup Photosynthesis
2047            ! @{   
2048            !
2049            ! 2.4.3 Assimilation for C3 plants (Farqhuar et al., 1980)\n
2050            !! \latexonly
2051            !! \input{diffuco_trans_co2_2.4.3.tex}
2052            !! \endlatexonly
2053            ! @}           
2054            !
2055            !
2056            IF (nic .GT. 0) THEN
2057               DO inic=1,nic
2058                  icinic=index_calc(inic)
2059                       
2060                  A_1=9999.
2061
2062                  ! See eq. right after eq. 18 of Yin et al. (2009)
2063                  DO limit_photo=1,2
2064                     ! Is Vc limiting the Assimilation
2065                     IF ( limit_photo .EQ. 1 ) THEN
2066                        x1 = vc2(icinic,jl)
2067                        ! It should be O not Oi (comment from Vuichard)
2068                        x2 = KmC(icinic) * ( 1. + 2*gamma_star(icinic)*Sco(icinic) / KmO(icinic) )
2069                        ! Is J limiting the Assimilation
2070                     ELSE
2071                        x1 = JJ(icinic,jl)/4.
2072                        x2 = 2. * gamma_star(icinic)
2073                     ENDIF
2074
2075
2076                     ! See Appendix B of Yin et al. (2009)
2077                     a = g0var(icinic) * ( x2 + gamma_star(icinic) ) + &
2078                          ( g0var(icinic) / gm(icinic) + fvpd(icinic) ) * ( x1 - Rd(icinic,jl) )
2079                     b = Ca(icinic) * ( x1 - Rd(icinic,jl) ) - gamma_star(icinic) * x1 - Rd(icinic,jl) * x2
2080                     c = Ca(icinic) + x2 + ( 1./gm(icinic) + 1./gb_co2(icinic) ) * ( x1 - Rd(icinic,jl) ) 
2081                     d = x2 + gamma_star(icinic) + ( x1 - Rd(icinic,jl) ) / gm(icinic)
2082                     m = 1./gm(icinic) + ( g0var(icinic)/gm(icinic) + fvpd(icinic) ) * ( 1./gm(icinic) + 1./gb_co2(icinic) ) 
2083   
2084                     p = - ( d + (x1 - Rd(icinic,jl) ) / gm(icinic) + a * ( 1./gm(icinic) + 1./gb_co2(icinic) ) + &
2085                          ( g0var(icinic)/gm(icinic) + fvpd(icinic) ) * c ) / m
2086   
2087                     q = ( d * ( x1 - Rd(icinic,jl) ) + a*c + ( g0var(icinic)/gm(icinic) + fvpd(icinic) ) * b ) / m
2088                     r = - a * b / m
2089   
2090                     ! See Yin et al. (2009)
2091                     QQ = ( (p**2._r_std) - 3._r_std * q) / 9._r_std
2092                     UU = ( 2._r_std* (p**3._r_std) - 9._r_std *p*q + 27._r_std *r) /54._r_std
2093               
2094                     IF ( (QQ .GE. 0._r_std) .AND. (ABS(UU/(QQ**1.5_r_std) ) .LE. 1._r_std) ) THEN
2095                        PSI = ACOS(UU/(QQ**1.5_r_std))
2096                        A_1_tmp = -2._r_std * SQRT(QQ) * COS( PSI / 3._r_std ) - p / 3._r_std
2097                        IF (( A_1_tmp .LT. A_1 )) THEN
2098                           A_1 = A_1_tmp
2099                           info_limitphoto(icinic,jl)=2.
2100                        ELSE
2101                        ! In case, J is not limiting the assimilation
2102                        ! we have to re-initialise x1 and x2 values
2103                        ! in agreement with a Vc-limited assimilation
2104                           x1 = vc2(icinic,jl)
2105                           ! It should be O not Oi (comment from Vuichard)
2106                           x2 = KmC(icinic) * ( 1. + 2*gamma_star(icinic)*Sco(icinic) / KmO(icinic) )                           
2107                           info_limitphoto(icinic,jl)=1.
2108                        ENDIF
2109                     ENDIF
2110                  ENDDO
2111                  IF ( (A_1 .EQ. 9999.) .OR. ( A_1 .LT. (-Rd(icinic,jl)) ) ) THEN
2112                     IF ( printlev>=4 ) THEN
2113                        WRITE(numout,*) 'We have a problem in diffuco_trans_co2 for A_1'
2114                        WRITE(numout,*) 'no real positive solution found for pft:',jv
2115                        WRITE(numout,*) 'temp_air:',temp_air(icinic)
2116                        WRITE(numout,*) 'vpd:',vpd(icinic)
2117                     END IF
2118                     A_1 = -Rd(icinic,jl)
2119                  ENDIF
2120                  assimi(icinic,jl) = A_1
2121
2122                  IF ( ABS( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ) .LT. min_sechiba ) THEN
2123                     gs(icinic,jl) = g0var(icinic)
2124                  ELSE
2125                     ! Eq. 18 of Yin et al. (2009)
2126                     Cc(icinic,jl) = ( gamma_star(icinic) * x1 + ( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ) * x2 )  &
2127                          / MAX( min_sechiba, x1 - ( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ) )
2128                     ! Eq. 17 of Yin et al. (2009)
2129                     leaf_ci(icinic,jv,jl) = Cc(icinic,jl) + assimi(icinic,jl) / gm(icinic) 
2130                     ! See eq. right after eq. 15 of Yin et al. (2009)
2131                     ci_star = gamma_star(icinic) - Rd(icinic,jl) / gm(icinic)
2132                     !
2133                     ! Eq. 15 of Yin et al. (2009)
2134                     gs(icinic,jl) = g0var(icinic) + ( assimi(icinic,jl) + Rd(icinic,jl) ) / ( leaf_ci(icinic,jv,jl) &
2135                          - ci_star ) * fvpd(icinic)
2136                  ENDIF
2137               ENDDO
2138            ENDIF
2139         ENDIF
2140         !
2141         IF (nic .GT. 0) THEN
2142            !
2143            DO inic=1,nic
2144               !
2145               ! @addtogroup Photosynthesis
2146               ! @{   
2147               !
2148               !! 2.4.4 Estimatation of the stomatal conductance (Ball et al., 1987).\n
2149               !! \latexonly
2150               !! \input{diffuco_trans_co2_2.4.4.tex}
2151               !! \endlatexonly
2152               ! @}           
2153               !
2154               icinic=index_calc(inic)
2155               !
2156               ! keep stomatal conductance of topmost level
2157               !
2158               IF ( jl .EQ. 1 ) THEN
2159                  leaf_gs_top(icinic) = gs(icinic,jl)
2160                  !
2161               ENDIF
2162               !
2163               ! @addtogroup Photosynthesis
2164               ! @{   
2165               !
2166               !! 2.4.5 Integration at the canopy level\n
2167               !! \latexonly
2168               !! \input{diffuco_trans_co2_2.4.5.tex}
2169               !! \endlatexonly
2170               ! @}           
2171               ! total assimilation and conductance
2172               assimtot(icinic) = assimtot(icinic) + &
2173                    assimi(icinic,jl) * (laitab(jl+1)-laitab(jl))
2174               Rdtot(icinic) = Rdtot(icinic) + &
2175                    Rd(icinic,jl) * (laitab(jl+1)-laitab(jl))
2176               gstot(icinic) = gstot(icinic) + &
2177                    gs(icinic,jl) * (laitab(jl+1)-laitab(jl))
2178               !
2179               ilai(icinic) = jl
2180               !
2181            ENDDO
2182            !
2183         ENDIF
2184      ENDDO  ! loop over LAI steps
2185 
2186      IF(jv==testpft) THEN
2187         CALL histwrite_p(hist_id, 'Cc', kjit, Cc, kjpindex*(nlai+1), indexlai)
2188         CALL histwrite_p(hist_id, 'Vc', kjit, Vc2, kjpindex*(nlai+1), indexlai)
2189         CALL histwrite_p(hist_id, 'Vj', kjit, JJ, kjpindex*(nlai+1), indexlai)
2190         CALL histwrite_p(hist_id, 'limitphoto', kjit, info_limitphoto, kjpindex*(nlai+1), indexlai)
2191         CALL histwrite_p(hist_id, 'gammastar', kjit, gamma_star, kjpindex,index)
2192         CALL histwrite_p(hist_id, 'Kmo', kjit, Kmo, kjpindex,index)
2193         CALL histwrite_p(hist_id, 'Kmc', kjit, Kmc, kjpindex,index)
2194         CALL histwrite_p(hist_id, 'gm', kjit, gm, kjpindex, index)
2195         CALL histwrite_p(hist_id, 'gs', kjit, gs, kjpindex*(nlai+1), indexlai)
2196         CALL histwrite_p(hist_id, 'assimi', kjit, assimi, kjpindex*(nlai+1), indexlai)
2197         CALL histwrite_p(hist_id, 'Rd', kjit, Rd, kjpindex*(nlai+1), indexlai)
2198      ENDIF
2199      !! Calculated intercellular CO2 over nlai needed for the chemistry module
2200      cim(:,jv)=0.
2201      laisum(:)=0
2202      DO jl=1,nlai
2203         WHERE (laitab(jl) .LE. lai(:,jv) )
2204            cim(:,jv)= cim(:,jv)+leaf_ci(:,jv,jl)*(laitab(jl+1)-laitab(jl))
2205            laisum(:)=laisum(:)+ (laitab(jl+1)-laitab(jl))
2206         ENDWHERE
2207      ENDDO
2208      WHERE (laisum(:)>0)
2209         cim(:,jv)= cim(:,jv)/laisum(:)
2210      ENDWHERE
2211
2212
2213      !
2214      !! 2.5 Calculate resistances
2215      !
2216      IF (nia .GT. 0) THEN
2217         !
2218         DO inia=1,nia
2219            !
2220            iainia=index_assi(inia)
2221
2222            !! Mean stomatal conductance for CO2 (mol m-2 s-1)
2223            gsmean(iainia,jv) = gstot(iainia)
2224            !
2225            ! cimean is the "mean ci" calculated in such a way that assimilation
2226            ! calculated in enerbil is equivalent to assimtot
2227            !
2228            IF ( ABS(gsmean(iainia,jv)-g0var(iainia)*laisum(iainia)) .GT. min_sechiba) THEN
2229               cimean(iainia,jv) = (fvpd(iainia)*(assimtot(iainia)+Rdtot(iainia))) /&
2230                 (gsmean(iainia,jv)-g0var(iainia)*laisum(iainia)) + gamma_star(iainia) 
2231            ELSE
2232               cimean(iainia,jv) = gamma_star(iainia) 
2233            ENDIF
2234                 
2235            ! conversion from umol m-2 (PFT) s-1 to gC m-2 (mesh area) tstep-1
2236            gpp(iainia,jv) = assimtot(iainia)*12e-6*veget_max(iainia,jv)*dt_sechiba
2237           
2238            !
2239            ! conversion from mol/m^2/s to m/s
2240            !
2241            ! As in Pearcy, Schulze and Zimmermann
2242            ! Measurement of transpiration and leaf conductance
2243            ! Chapter 8 of Plant Physiological Ecology
2244            ! Field methods and instrumentation, 1991
2245            ! Editors:
2246            !
2247            !    Robert W. Pearcy,
2248            !    James R. Ehleringer,
2249            !    Harold A. Mooney,
2250            !    Philip W. Rundel
2251            !
2252            ! ISBN: 978-0-412-40730-7 (Print) 978-94-010-9013-1 (Online)
2253
2254            gstot(iainia) =  mol_to_m_1 *(temp_air(iainia)/tp_00)*&
2255                 (pb_std/pb(iainia))*gstot(iainia)*ratio_H2O_to_CO2
2256            gstop(iainia) =  mol_to_m_1 * (temp_air(iainia)/tp_00)*&
2257                 (pb_std/pb(iainia))*leaf_gs_top(iainia)*ratio_H2O_to_CO2*&
2258                 laitab(ilai(iainia)+1)
2259            !
2260            rveget(iainia,jv) = un/gstop(iainia)
2261
2262            !
2263            !
2264            ! rstruct is the difference between rtot (=1./gstot) and rveget
2265            !
2266            ! Correction Nathalie - le 27 Mars 2006 - Interdire a rstruct d'etre negatif
2267            !rstruct(iainia,jv) = un/gstot(iainia) - &
2268            !     rveget(iainia,jv)
2269            rstruct(iainia,jv) = MAX( un/gstot(iainia) - &
2270                 rveget(iainia,jv), min_sechiba)
2271            !
2272            !
2273            !! wind is a global variable of the diffuco module.
2274            speed = MAX(min_wind, wind(iainia))
2275            !
2276            ! beta for transpiration
2277            !
2278            ! Corrections Nathalie - 28 March 2006 - on advices of Fred Hourdin
2279            !! Introduction of a potentiometer rveg_pft to settle the rveg+rstruct sum problem in the coupled mode.
2280            !! rveg_pft=1 in the offline mode. rveg_pft is a global variable declared in the diffuco module.
2281            !vbeta3(iainia,jv) = veget_max(iainia,jv) * &
2282            !  (un - zqsvegrap(iainia)) * &
2283            !  (un / (un + speed * q_cdrag(iainia) * (rveget(iainia,jv) + &
2284            !   rstruct(iainia,jv))))
2285            !! Global resistance of the canopy to evaporation
2286            cresist=(un / (un + speed * q_cdrag(iainia) * &
2287                 veget(iainia,jv)/veget_max(iainia,jv) * &
2288                 (rveg_pft(jv)*(rveget(iainia,jv) + rstruct(iainia,jv)))))
2289
2290            IF ( humrel(iainia,jv) >= min_sechiba ) THEN
2291               vbeta3(iainia,jv) = veget(iainia,jv) * &
2292                    (un - zqsvegrap(iainia)) * cresist + &
2293                    MIN( vbeta23(iainia,jv), veget(iainia,jv) * &
2294                    zqsvegrap(iainia) * cresist )
2295            ELSE
2296               ! Because of a minimum conductance g0, vbeta3 cannot be zero even if humrel=0
2297               ! in the above equation.
2298               ! Here, we force transpiration to be zero when the soil cannot deliver it
2299               vbeta3(iainia,jv) = zero
2300            END IF
2301
2302            ! vbeta3pot for computation of potential transpiration (needed for irrigation)
2303            vbeta3pot(iainia,jv) = MAX(zero, veget(iainia,jv) * cresist)
2304            !
2305            !
2306         ENDDO
2307         !
2308      ENDIF
2309      !
2310   END DO         ! loop over vegetation types
2311   !
2312
2313     
2314   IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' diffuco_trans_co2 done '
2315
2316
2317END SUBROUTINE diffuco_trans_co2
2318
2319
2320!! ================================================================================================================================
2321!! SUBROUTINE      : diffuco_comb
2322!!
2323!>\BRIEF           This routine combines the previous partial beta
2324!! coefficients and calculates the total alpha and complete beta coefficients.
2325!!
2326!! DESCRIPTION     : Those integrated coefficients are used to calculate (in enerbil.f90) the total evapotranspiration
2327!! from the grid-cell. \n
2328!!
2329!! In the case that air is more humid than surface, dew deposition can occur (negative latent heat flux).
2330!! In this instance, for temperature above zero, all of the beta coefficients are set to 0, except for
2331!! interception (vbeta2) and bare soil (vbeta4 with zero soil resistance). The amount of water that is
2332!! intercepted by leaves is calculated based on the value of LAI of the surface. In the case of freezing
2333!! temperatures, water is added to the snow reservoir, and so vbeta4 and vbeta2 are set to 0, and the
2334!! total vbeta is set to 1.\n
2335!!
2336!! \latexonly
2337!!     \input{diffucocomb1.tex}
2338!! \endlatexonly
2339!!
2340!! The beta and alpha coefficients are initially set to 1.
2341!! \latexonly
2342!!     \input{diffucocomb2.tex}
2343!! \endlatexonly
2344!!
2345!! If snow is lower than the critical value:
2346!! \latexonly
2347!!     \input{diffucocomb3.tex}
2348!! \endlatexonly
2349!! If in the presence of dew:
2350!! \latexonly
2351!!     \input{diffucocomb4.tex}
2352!! \endlatexonly
2353!!
2354!! Determine where the water goes (soil, vegetation, or snow)
2355!! when air moisture exceeds saturation.
2356!! \latexonly
2357!!     \input{diffucocomb5.tex}
2358!! \endlatexonly
2359!!
2360!! If it is not freezing dew is put into the interception reservoir and onto the bare soil. If it is freezing,
2361!! water is put into the snow reservoir.
2362!! Now modify vbetas where necessary: for soil and snow
2363!! \latexonly
2364!!     \input{diffucocomb6.tex}
2365!! \endlatexonly
2366!!
2367!! and for vegetation
2368!! \latexonly
2369!!     \input{diffucocomb7.tex}
2370!! \endlatexonly
2371!!
2372!! Then compute part of dew that can be intercepted by leafs.
2373!!
2374!! There will be no transpiration when air moisture is too high, under any circumstance
2375!! \latexonly
2376!!     \input{diffucocomb8.tex}
2377!! \endlatexonly
2378!!
2379!! There will also be no interception loss on bare soil, under any circumstance.
2380!! \latexonly
2381!!     \input{diffucocomb9.tex}
2382!! \endlatexonly
2383!!
2384!! The flowchart details the 'decision tree' which underlies the module.
2385!!
2386!! RECENT CHANGE(S): None
2387!!
2388!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): vbeta1, vbeta4, humrel, vbeta2, vbeta3, vbeta
2389!!
2390!! REFERENCE(S) :
2391!! - de Noblet-Ducoudré, N, Laval, K & Perrier, A, 1993. SECHIBA, a new set of parameterisations
2392!! of the hydrologic exchanges at the land-atmosphere interface within the LMD Atmospheric General
2393!! Circulation Model. Journal of Climate, 6, pp.248-273
2394!! - Guimberteau, M, 2010. Modélisation de l'hydrologie continentale et influences de l'irrigation
2395!! sur le cycle de l'eau, PhD Thesis, available from:
2396!! http://www.sisyphe.upmc.fr/~guimberteau/docs/manuscrit_these.pdf
2397!!
2398!! FLOWCHART    :
2399!! \latexonly
2400!!     \includegraphics[scale=0.25]{diffuco_comb_flowchart.png}
2401!! \endlatexonly
2402!! \n
2403!_ ================================================================================================================================
2404
2405  SUBROUTINE diffuco_comb (kjpindex, humrel, rau, u, v, q_cdrag, pb, qair, temp_sol, temp_air, &
2406       & snow, veget, lai, tot_bare_soil, vbeta1, vbeta2, vbeta3 , vbeta4, &
2407       & evap_bare_lim, evap_bare_lim_ns, veget_max, vbeta, qsintmax)   
2408   
2409    ! Ajout qsintmax dans les arguments de la routine Nathalie / le 13-03-2006
2410
2411  !! 0. Variable and parameter declaration
2412   
2413    !! 0.1 Input variables
2414   
2415    INTEGER(i_std), INTENT(in)                           :: kjpindex   !! Domain size (-)
2416    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: rau        !! Air Density (kg m^{-3})
2417    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: u          !! Eastward Lowest level wind speed (m s^{-1})
2418    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: v          !! Nortward Lowest level wind speed (m s^{-1})
2419    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: q_cdrag    !! Surface drag coefficient  (-)
2420    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: pb         !! Lowest level pressure (hPa)
2421    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: qair       !! Lowest level specific air humidity (kg kg^{-1})
2422    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: temp_sol   !! Skin temperature (K)
2423    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: temp_air   !! Lower air temperature (K)
2424    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)        :: snow       !! Snow mass (kg)
2425    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: veget      !! Fraction of vegetation type (fraction)
2426    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: lai        !! Leaf area index (m^2 m^{-2})
2427    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: qsintmax   !! Maximum water on vegetation (kg m^{-2})
2428    REAL(r_std), DIMENSION (kjpindex), INTENT(in)        :: tot_bare_soil!! Total evaporating bare soil fraction
2429    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (in)    :: veget_max   !! Max. fraction of vegetation type (LAI->infty)
2430
2431    !! 0.2 Output variables
2432   
2433    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out)       :: vbeta      !! Total beta coefficient (-)
2434
2435    !! 0.3 Modified variables
2436   
2437    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (inout)     :: vbeta1     !! Beta for sublimation (-)
2438    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (inout)     :: vbeta4     !! Beta for Bare soil evaporation (-)
2439    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (inout) :: humrel     !! Soil moisture stress (within range 0 to 1)
2440    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (inout) :: vbeta2     !! Beta for interception loss (-)
2441    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nvm), INTENT (inout) :: vbeta3     !! Beta for Transpiration (-)
2442    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (inout)     :: evap_bare_lim  !! limiting factor for bare soil evaporation 
2443                                                                           !! when the 11-layer hydrology is used (-)
2444    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex,nstm), INTENT (inout):: evap_bare_lim_ns !! limiting factor for bare soil evaporation
2445                                                                             !! when the 11-layer hydrology is used (-)   
2446    !! 0.4 Local variables
2447   
2448    INTEGER(i_std)                                       :: ji, jv
2449    REAL(r_std)                                          :: zevtest, zsoil_moist, zrapp
2450    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)                     :: qsatt
2451    LOGICAL, DIMENSION(kjpindex)                         :: toveg, tosnow
2452    REAL(r_std)                                          :: coeff_dew_veg
2453    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)                     :: vegtot
2454!_ ================================================================================================================================
2455   
2456    !! 1 If we are in presence of dew
2457     
2458    CALL qsatcalc (kjpindex, temp_sol, pb, qsatt)
2459
2460   
2461    !! 1.1 Determine where the water goes
2462    !! Determine where the water goes (soil, vegetation, or snow)
2463    !! when air moisture exceeds saturation.
2464    !! \latexonly
2465    !!     \input{diffucocomb5.tex}
2466    !! \endlatexonly
2467    toveg(:) = .FALSE.
2468    tosnow(:) = .FALSE.
2469    DO ji = 1, kjpindex
2470      IF ( qsatt(ji) .LT. qair(ji) ) THEN
2471          IF (temp_air(ji) .GT. tp_00) THEN
2472              !! If it is not freezing dew is put into the
2473              !! interception reservoir and onto the bare soil.
2474              toveg(ji) = .TRUE.
2475          ELSE
2476              !! If it is freezing water is put into the
2477              !! snow reservoir.
2478              tosnow(ji) = .TRUE.
2479          ENDIF
2480      ENDIF
2481    END DO
2482
2483    !! 1.2 Now modify vbetas where necessary.
2484   
2485    !! 1.2.1 Soil and snow
2486    !! \latexonly
2487    !!     \input{diffucocomb6.tex}
2488    !! \endlatexonly
2489
2490    ! We need to keep consistency between evap_bare_lim, evap_bare_lim_ns and vbeta4 (thus vevapnu)
2491    ! or we have a water conservation issue in hydrol_split_soil
2492
2493    DO ji = 1, kjpindex
2494
2495       IF ( toveg(ji) ) THEN
2496
2497          vbeta1(ji) = zero
2498          vegtot(ji) = SUM(veget_max(ji,:))
2499
2500          IF ( (tot_bare_soil(ji) .GT. min_sechiba) .AND. (vegtot(ji).GT. min_sechiba) ) THEN
2501             
2502             vbeta4(ji) = tot_bare_soil(ji)
2503             
2504             evap_bare_lim_ns(ji,:) = tot_bare_soil(ji)/vegtot(ji)               
2505
2506             evap_bare_lim(ji) = vbeta4(ji)
2507             ! consistent with evap_bare_lim(ji) = SUM(evap_bare_lim_ns(ji,:)*soiltile(ji,:)*vegtot(ji))
2508             ! as SUM(soiltile(ji,:)) = 1
2509
2510          ELSE         
2511             vbeta4(ji) = zero
2512             evap_bare_lim_ns(ji,:) = zero
2513             evap_bare_lim(ji) = zero
2514          ENDIF
2515       ENDIF
2516
2517       IF ( tosnow(ji) ) THEN
2518          vbeta1(ji) = un
2519          vbeta4(ji) = zero
2520          evap_bare_lim_ns(ji,:) = zero
2521          evap_bare_lim(ji) = zero
2522       ENDIF
2523
2524    ENDDO
2525
2526    !! 1.2.2 Vegetation and interception loss
2527    !! \latexonly
2528    !!     \input{diffucocomb7.tex}
2529    !! \endlatexonly
2530    DO jv = 1, nvm
2531     
2532      DO ji = 1, kjpindex
2533               
2534        IF ( toveg(ji) ) THEN
2535           IF (qsintmax(ji,jv) .GT. min_sechiba) THEN
2536             
2537              ! Compute part of dew that can be intercepted by leafs.
2538              IF ( lai(ji,jv) .GT. min_sechiba) THEN
2539                IF (lai(ji,jv) .GT. 1.5) THEN
2540                   coeff_dew_veg= &
2541                         &   dew_veg_poly_coeff(6)*lai(ji,jv)**5 &
2542                         & - dew_veg_poly_coeff(5)*lai(ji,jv)**4 &
2543                         & + dew_veg_poly_coeff(4)*lai(ji,jv)**3 &
2544                         & - dew_veg_poly_coeff(3)*lai(ji,jv)**2 &
2545                         & + dew_veg_poly_coeff(2)*lai(ji,jv) &
2546                         & + dew_veg_poly_coeff(1)
2547                 ELSE
2548                    coeff_dew_veg=un
2549                 ENDIF
2550              ELSE
2551                 coeff_dew_veg=zero
2552              ENDIF
2553              IF (jv .EQ. 1) THEN
2554                 ! This line may not work with CWRR when frac_bare is distributed among three soiltiles
2555                 ! Fortunately, qsintmax(ji,1)=0 (LAI=0 in PFT1) so we never pass here
2556                 vbeta2(ji,jv) = coeff_dew_veg*tot_bare_soil(ji)
2557              ELSE
2558                 vbeta2(ji,jv) = coeff_dew_veg*veget(ji,jv)
2559              ENDIF
2560           ELSE
2561              vbeta2(ji,jv) = zero ! if qsintmax=0, vbeta2=0
2562           ENDIF
2563        ENDIF
2564        IF ( tosnow(ji) ) vbeta2(ji,jv) = zero
2565       
2566      ENDDO
2567     
2568    ENDDO
2569
2570    !! 1.2.3 Vegetation and transpiration 
2571    !! There will be no transpiration when air moisture is too high, under any circumstance
2572    !! \latexonly
2573    !!     \input{diffucocomb8.tex}
2574    !! \endlatexonly
2575    DO jv = 1, nvm
2576      DO ji = 1, kjpindex
2577        IF ( qsatt(ji) .LT. qair(ji) ) THEN
2578          vbeta3(ji,jv) = zero
2579          humrel(ji,jv) = zero
2580        ENDIF
2581      ENDDO
2582    ENDDO
2583   
2584   
2585    !! 1.2.4 Overrules 1.2.2
2586    !! There will also be no interception loss on bare soil, under any circumstance.
2587    !! \latexonly
2588    !!     \input{diffucocomb9.tex}
2589    !! \endlatexonly
2590    DO ji = 1, kjpindex
2591       IF ( qsatt(ji) .LT. qair(ji) ) THEN
2592          vbeta2(ji,1) = zero
2593       ENDIF
2594    ENDDO
2595
2596    !! 2  Now calculate vbeta in all cases (the equality needs to hold for enerbil to be consistent)
2597
2598    DO ji = 1, kjpindex
2599          vbeta(ji) = vbeta4(ji) + SUM(vbeta2(ji,:)) + SUM(vbeta3(ji,:))
2600
2601          IF (vbeta(ji) .LT. min_sechiba) THEN
2602             vbeta(ji) = zero
2603             vbeta4(ji) = zero
2604             vbeta2(ji,:)= zero
2605             vbeta3(ji,:)= zero
2606             evap_bare_lim_ns(ji,:) = zero
2607             evap_bare_lim(ji) = zero
2608          END IF
2609    ENDDO 
2610
2611    CALL xios_orchidee_send_field("evap_bare_lim",evap_bare_lim) 
2612    CALL xios_orchidee_send_field("evap_bare_lim_ns",evap_bare_lim_ns)
2613
2614    IF (printlev>=3) WRITE (numout,*) ' diffuco_comb done '
2615
2616  END SUBROUTINE diffuco_comb
2617
2618
2619!! ================================================================================================================================
2620!! SUBROUTINE   : diffuco_raerod
2621!!
2622!>\BRIEF        Computes the aerodynamic resistance, for cases in which the
2623!! surface drag coefficient is provided by the coupled atmospheric model LMDZ and  when the flag
2624!! 'ldq_cdrag_from_gcm' is set to TRUE
2625!!
2626!! DESCRIPTION  : Simply computes the aerodynamic resistance, for cases in which the
2627!! surface drag coefficient is provided by the coupled atmospheric model LMDZ. If the surface drag coefficient
2628!! is not provided by the LMDZ or signalled by the flag 'ldq_cdrag_from_gcm' set to FALSE, then the subroutine
2629!! diffuco_aero is called instead of this one.
2630!!
2631!! Calculation of the aerodynamic resistance, for diganostic purposes. First calculate wind speed:
2632!! \latexonly
2633!!     \input{diffucoaerod1.tex}
2634!! \endlatexonly       
2635!!
2636!! next calculate ::raero
2637!! \latexonly
2638!!     \input{diffucoaerod2.tex}
2639!! \endlatexonly
2640!!
2641!! RECENT CHANGE(S): None
2642!!
2643!! MAIN OUTPUT VARIABLE(S): ::raero
2644!!
2645!! REFERENCE(S) :
2646!! - de Noblet-Ducoudré, N, Laval, K & Perrier, A, 1993. SECHIBA, a new set of parameterisations
2647!! of the hydrologic exchanges at the land-atmosphere interface within the LMD Atmospheric General
2648!! Circulation Model. Journal of Climate, 6, pp.248-273
2649!! - Guimberteau, M, 2010. Modélisation de l'hydrologie continentale et influence de l'irrigation
2650!! sur le cycle de l'eau, PhD Thesis, available from:
2651!! http://www.sisyphe.upmc.fr/~guimberteau/docs/manuscrit_these.pdf
2652!!
2653!! FLOWCHART    :  None
2654!! \n
2655!_ ================================================================================================================================
2656
2657  SUBROUTINE diffuco_raerod (kjpindex, u, v, q_cdrag, raero)
2658   
2659    IMPLICIT NONE
2660   
2661  !! 0. Variable and parameter declaration
2662
2663    !! 0.1 Input variables
2664
2665    INTEGER(i_std), INTENT(in)                     :: kjpindex     !! Domain size (-)
2666    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)  :: u            !! Eastward Lowest level wind velocity (m s^{-1})
2667    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)  :: v            !! Northward Lowest level wind velocity (m s^{-1})
2668    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (in)  :: q_cdrag      !! Surface drag coefficient  (-)
2669   
2670    !! 0.2 Output variables
2671   
2672    REAL(r_std),DIMENSION (kjpindex), INTENT (out) :: raero        !! Aerodynamic resistance (s m^{-1})
2673     
2674    !! 0.3 Modified variables
2675
2676    !! 0.4 Local variables
2677   
2678    INTEGER(i_std)                                 :: ji           !! (-)
2679    REAL(r_std)                                    :: speed        !! (m s^{-1})
2680!_ ================================================================================================================================
2681   
2682  !! 1. Simple calculation of the aerodynamic resistance, for diganostic purposes.
2683
2684    DO ji=1,kjpindex
2685
2686       !! \latexonly
2687       !!     \input{diffucoaerod1.tex}
2688       !! \endlatexonly       
2689       speed = MAX(min_wind, wind(ji))
2690
2691       !! \latexonly
2692       !!     \input{diffucoaerod2.tex}
2693       !! \endlatexonly
2694       raero(ji) = un / (q_cdrag(ji)*speed)
2695       
2696    ENDDO
2697 
2698  END SUBROUTINE diffuco_raerod
2699
2700
2701  FUNCTION Arrhenius (kjpindex,temp,ref_temp,energy_act) RESULT ( val_arrhenius )
2702    !! 0.1 Input variables
2703
2704    INTEGER(i_std),INTENT(in)                     :: kjpindex          !! Domain size (-)
2705    REAL(r_std),DIMENSION(kjpindex),INTENT(in)    :: temp              !! Temperature (K)
2706    REAL(r_std), INTENT(in)                       :: ref_temp          !! Temperature of reference (K)
2707    REAL(r_std),INTENT(in)                        :: energy_act        !! Activation Energy (J mol-1)
2708   
2709    !! 0.2 Result
2710
2711    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)              :: val_arrhenius     !! Temperature dependance based on
2712                                                                       !! a Arrhenius function (-)
2713   
2714    val_arrhenius(:)=EXP(((temp(:)-ref_temp)*energy_act)/(ref_temp*RR*(temp(:))))
2715  END FUNCTION Arrhenius
2716
2717  FUNCTION Arrhenius_modified_1d (kjpindex,temp,ref_temp,energy_act,energy_deact,entropy) RESULT ( val_arrhenius )
2718    !! 0.1 Input variables
2719
2720    INTEGER(i_std),INTENT(in)                     :: kjpindex          !! Domain size (-)
2721    REAL(r_std),DIMENSION(kjpindex),INTENT(in)    :: temp              !! Temperature (K)
2722    REAL(r_std), INTENT(in)                       :: ref_temp          !! Temperature of reference (K)
2723    REAL(r_std),INTENT(in)                        :: energy_act        !! Activation Energy (J mol-1)
2724    REAL(r_std),INTENT(in)                        :: energy_deact      !! Deactivation Energy (J mol-1)
2725    REAL(r_std),DIMENSION(kjpindex),INTENT(in)    :: entropy           !! Entropy term (J K-1 mol-1)
2726       
2727    !! 0.2 Result
2728
2729    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)              :: val_arrhenius     !! Temperature dependance based on
2730                                                                       !! a Arrhenius function (-)
2731   
2732    val_arrhenius(:)=EXP(((temp(:)-ref_temp)*energy_act)/(ref_temp*RR*(temp(:))))  &
2733         * (1. + EXP( (ref_temp * entropy(:) - energy_deact) / (ref_temp * RR ))) &
2734         / (1. + EXP( (temp(:) * entropy(:) - energy_deact) / ( RR*temp(:))))
2735         
2736  END FUNCTION Arrhenius_modified_1d
2737
2738  FUNCTION Arrhenius_modified_0d (kjpindex,temp,ref_temp,energy_act,energy_deact,entropy) RESULT ( val_arrhenius )
2739    !! 0.1 Input variables
2740
2741    INTEGER(i_std),INTENT(in)                     :: kjpindex          !! Domain size (-)
2742    REAL(r_std),DIMENSION(kjpindex),INTENT(in)    :: temp              !! Temperature (K)
2743    REAL(r_std), INTENT(in)                       :: ref_temp          !! Temperature of reference (K)
2744    REAL(r_std),INTENT(in)                        :: energy_act        !! Activation Energy (J mol-1)
2745    REAL(r_std),INTENT(in)                        :: energy_deact      !! Deactivation Energy (J mol-1)
2746    REAL(r_std),INTENT(in)                        :: entropy           !! Entropy term (J K-1 mol-1)
2747       
2748    !! 0.2 Result
2749
2750    REAL(r_std), DIMENSION(kjpindex)              :: val_arrhenius     !! Temperature dependance based on
2751                                                                       !! a Arrhenius function (-)
2752   
2753    val_arrhenius(:)=EXP(((temp(:)-ref_temp)*energy_act)/(ref_temp*RR*(temp(:))))  &
2754         * (1. + EXP( (ref_temp * entropy - energy_deact) / (ref_temp * RR ))) &
2755         / (1. + EXP( (temp(:) * entropy - energy_deact) / ( RR*temp(:))))
2756         
2757  END FUNCTION Arrhenius_modified_0d
2758
2759
2760END MODULE diffuco
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.