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       1             : !-------------------------------------------------------------------------------
       2             : ! This module uses the solar irradiance data 
       3             : ! to provide a spectral scaling factor
       4             : ! to approximate the spectral distribution of irradiance
       5             : ! when the radiation scheme might use a different solar source function
       6             : !-------------------------------------------------------------------------------
       7             : module rad_solar_var
       8             : 
       9             :   use shr_kind_mod ,     only : r8 => shr_kind_r8
      10             :   use radconstants,      only : nswbands, get_sw_spectral_boundaries, band2gpt_sw
      11             :   use solar_irrad_data,  only : sol_irrad, we, nbins, has_spectrum, sol_tsi
      12             :   use solar_irrad_data,  only : do_spctrl_scaling
      13             :   use cam_abortutils,    only : endrun
      14             :   use error_messages,    only : alloc_err
      15             : 
      16             :   implicit none
      17             :   save
      18             : 
      19             :   private
      20             :   public :: rad_solar_var_init
      21             :   public :: get_variability
      22             : 
      23             :   real(r8), allocatable :: irrad(:)           ! solar irradiance at model timestep in each band
      24             : 
      25             :   real(r8), allocatable :: radbinmax(:)
      26             :   real(r8), allocatable :: radbinmin(:)
      27             : 
      28             : !-------------------------------------------------------------------------------
      29             : contains
      30             : !-------------------------------------------------------------------------------
      31             : 
      32        1536 :   subroutine rad_solar_var_init( )
      33             : 
      34             :     integer :: ierr
      35             :     integer :: radmax_loc
      36             : 
      37        1536 :     if ( do_spctrl_scaling ) then
      38             : 
      39        1536 :        if ( .not.has_spectrum ) then
      40           0 :           call endrun('rad_solar_var_init: solar input file must have irradiance spectrum')
      41             :        endif
      42             : 
      43        1536 :        allocate (radbinmax(nswbands),stat=ierr)
      44        1536 :        if (ierr /= 0) then
      45           0 :           call endrun('rad_solar_var_init: Error allocating space for radbinmax')
      46             :        end if
      47             : 
      48        1536 :        allocate (radbinmin(nswbands),stat=ierr)
      49        1536 :        if (ierr /= 0) then
      50           0 :           call endrun('rad_solar_var_init: Error allocating space for radbinmin')
      51             :        end if
      52             : 
      53        1536 :        allocate (irrad(nswbands), stat=ierr)
      54        1536 :        if (ierr /= 0) then
      55           0 :           call endrun('rad_solar_var_init: Error allocating space for irrad')
      56             :        end if
      57             : 
      58        1536 :        call get_sw_spectral_boundaries(radbinmin, radbinmax, 'nm')
      59             : 
      60             :        ! Make sure that the far-IR is included, even if radiation grid does not
      61             :        ! extend that far down. 10^5 nm corresponds to a wavenumber of
      62             :        ! 100 cm^-1.
      63       23040 :        radmax_loc = maxloc(radbinmax,1)
      64        1536 :        radbinmax(radmax_loc) = max(100000._r8,radbinmax(radmax_loc))
      65             : 
      66             :     endif
      67             : 
      68        1536 :   end subroutine rad_solar_var_init
      69             : 
      70             : !-------------------------------------------------------------------------------
      71             : !-------------------------------------------------------------------------------
      72             : 
      73       16151 :   subroutine get_variability(toa_flux, sfac) 
      74             : 
      75             :      ! Arguments 
      76             :      real(r8), intent(in)  :: toa_flux(:,:) ! TOA flux to be scaled (columns,gpts)
      77             :      real(r8), intent(out) :: sfac(:,:)     ! scaling factors (columns,gpts)
      78             : 
      79             :      ! Local variables 
      80             :      integer :: i, j, istat, gpt_start, gpt_end, ncols
      81       16151 :      real(r8), allocatable :: scale(:)
      82             :      character(len=*), parameter :: sub = 'get_variability'
      83             :     
      84       16151 :      if (do_spctrl_scaling) then 
      85             : 
      86             :         ! Determine target irradiance for each band
      87       16151 :         call integrate_spectrum(nbins, nswbands, we, radbinmin, radbinmax, sol_irrad, irrad)
      88             : 
      89       16151 :         ncols = size(toa_flux, 1)
      90       48453 :         allocate(scale(ncols), stat=istat)
      91       16151 :         call alloc_err(istat, sub, 'scale', ncols)
      92             : 
      93      242265 :         do i = 1, nswbands 
      94      226114 :            gpt_start = band2gpt_sw(1,i) 
      95      226114 :            gpt_end   = band2gpt_sw(2,i) 
      96    31070228 :            scale = spread(irrad(i), 1, ncols) / sum(toa_flux(:, gpt_start:gpt_end), dim=2)
      97     2051177 :            do j = gpt_start, gpt_end
      98    29251026 :               sfac(:,j) = scale
      99             :            end do
     100             :         end do
     101             : 
     102             :      else 
     103           0 :         sfac(:,:) = sol_tsi / spread(sum(toa_flux, 2), 2, size(toa_flux, 2))
     104             :      end if
     105       16151 :   end subroutine get_variability
     106             : 
     107             : 
     108             : !-------------------------------------------------------------------------------
     109             : ! private method.........
     110             : !-------------------------------------------------------------------------------
     111             : 
     112       16151 :   subroutine integrate_spectrum( nsrc, ntrg, src_x, min_trg, max_trg, src, trg )
     113             : 
     114             :     use mo_util, only : rebin
     115             : 
     116             :     implicit none
     117             : 
     118             :     !---------------------------------------------------------------
     119             :     !   ... dummy arguments
     120             :     !---------------------------------------------------------------
     121             :     integer,  intent(in)  :: nsrc                  ! dimension source array
     122             :     integer,  intent(in)  :: ntrg                  ! dimension target array
     123             :     real(r8), intent(in)  :: src_x(nsrc+1)         ! source coordinates
     124             :     real(r8), intent(in)  :: max_trg(ntrg)         ! target coordinates
     125             :     real(r8), intent(in)  :: min_trg(ntrg)         ! target coordinates
     126             :     real(r8), intent(in)  :: src(nsrc)             ! source array
     127             :     real(r8), intent(out) :: trg(ntrg)             ! target array
     128             :  
     129             :     !---------------------------------------------------------------
     130             :     !   ... local variables
     131             :     !---------------------------------------------------------------
     132             :     real(r8) :: trg_x(2), targ(1)         ! target coordinates
     133             :     integer  :: i
     134             : 
     135      242265 :     do i = 1, ntrg
     136             : 
     137      226114 :        trg_x(1) = min_trg(i)
     138      226114 :        trg_x(2) = max_trg(i)
     139             : 
     140      226114 :        call rebin( nsrc, 1, src_x, trg_x, src(1:nsrc), targ(:) )
     141             :        ! W/m2/nm --> W/m2
     142      242265 :        trg( i ) = targ(1)*(trg_x(2)-trg_x(1))
     143             : 
     144             :     enddo
     145             : 
     146             : 
     147       16151 :   end subroutine integrate_spectrum
     148             : 
     149             : end module rad_solar_var