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usrdef_sbc.F90 in NEMO/branches/2019/dev_r11842_SI3-10_EAP/tests/ICE_RHEO/MY_SRC – NEMO

source: NEMO/branches/2019/dev_r11842_SI3-10_EAP/tests/ICE_RHEO/MY_SRC/usrdef_sbc.F90 @ 12263

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add test case for rheology, will change lateral bounday conditions later
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Line 
1MODULE usrdef_sbc
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  usrdef_sbc  ***
4   !!
5   !!                      ===  ICE_RHEO configuration  ===
6   !!
7   !! User defined :   surface forcing of a user configuration
8   !!======================================================================
9   !! History :  4.0   ! 2016-03  (S. Flavoni, G. Madec)  user defined interface
10   !!----------------------------------------------------------------------
11
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !!   usr_def_sbc    : user defined surface bounday conditions in ICE_RHEO case
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
16   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
17   USE sbc_oce         ! Surface boundary condition: ocean fields
18   USE sbc_ice         ! Surface boundary condition: ice fields
19   USE phycst          ! physical constants
20   USE ice, ONLY       : at_i_b, a_i_b, at_i, u_ice, v_ice
21   USE icethd_dh       ! for CALL ice_thd_snwblow
22   !
23   USE in_out_manager  ! I/O manager
24   USE lib_mpp         ! distribued memory computing library
25   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
26   USE lib_fortran     ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined)
27
28   IMPLICIT NONE
29   PRIVATE
30
31   PUBLIC   usrdef_sbc_oce      ! routine called by sbcmod.F90 for sbc ocean
32   PUBLIC   usrdef_sbc_ice_tau  ! routine called by icestp.F90 for ice dynamics
33   PUBLIC   usrdef_sbc_ice_flx  ! routine called by icestp.F90 for ice thermo
34
35   !! * Substitutions
36#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
37   !!----------------------------------------------------------------------
38   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
39   !! $Id: usrdef_sbc.F90 10074 2018-08-28 16:15:49Z nicolasmartin $
40   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
41   !!----------------------------------------------------------------------
42CONTAINS
43
44   SUBROUTINE usrdef_sbc_oce( kt )
45      !!---------------------------------------------------------------------
46      !!                    ***  ROUTINE usr_def_sbc  ***
47      !!             
48      !! ** Purpose :   provide at each time-step the surface boundary
49      !!              condition, i.e. the momentum, heat and freshwater fluxes.
50      !!
51      !! ** Method  :   all 0 fields, for ICE_RHEO case
52      !!                CAUTION : never mask the surface stress field !
53      !!
54      !! ** Action  : - set to ZERO all the ocean surface boundary condition, i.e.   
55      !!                   utau, vtau, taum, wndm, qns, qsr, emp, sfx
56      !!
57      !!----------------------------------------------------------------------
58      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
59      INTEGER ::    ij0, ij1, ii0, ii1, jj, ji   ! loop indices
60      REAL(wp) ::   zrhoco          ! ocean density and drag coefficient product
61      !!---------------------------------------------------------------------
62      !
63      IF( kt == nit000 ) THEN
64         !
65         !IF(lwp)   WRITE(numout,*)' usrdef_sbc_oce : ICE_RHEO case: ocean boudary conditions'
66
67         utau(:,:) = 0._wp
68         utau(:,:) = 0._wp
69
70         !ij0 = 1   ;   ij1 = 25                       ! set boundary condition
71         !ii0 = 975   ;   ii1 = 1000
72         !DO jj = mj0(ij0), mj1(ij1)
73         !   DO ji = mi0(ii0), mi1(ii1)
74         !      utau(ji,jj) = -utau_ice(ji,jj)
75         !      vtau(ji,jj) = -vtau_ice(ji,jj)
76         !   END DO
77         !END DO
78
79         taum(:,:) = 0._wp   ! assume these are not used
80         wndm(:,:) = 0._wp
81         !
82         emp (:,:) = 0._wp
83         sfx (:,:) = 0._wp
84         qns (:,:) = 0._wp
85         qsr (:,:) = 0._wp
86         !
87         utau_b(:,:) = 0._wp 
88         vtau_b(:,:) = 0._wp
89         emp_b (:,:) = 0._wp
90         sfx_b (:,:) = 0._wp
91         qns_b (:,:) = 0._wp
92         !
93      ENDIF
94      !
95   END SUBROUTINE usrdef_sbc_oce
96
97   SUBROUTINE usrdef_sbc_ice_tau( kt )
98      !!---------------------------------------------------------------------
99      !!                     ***  ROUTINE usrdef_sbc_ice_tau  ***
100      !!
101      !! ** Purpose :   provide the surface boundary (momentum) condition over
102      !sea-ice
103      !!---------------------------------------------------------------------
104      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
105      INTEGER ::   jj, ji   ! loop indices
106
107      REAL(wp) ::   zwndi_f , zwndj_f, zwnorm_f       ! relative wind module and components at F-point
108      REAL(wp) ::   zwndi_t , zwndj_t                 ! relative wind components at T-point
109      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   windu, windv  ! wind components (idealised forcing)
110      REAL(wp), PARAMETER ::   r_vfac = 1._wp         ! relative velocity (make 0 for absolute velocity)
111      REAL(wp), PARAMETER ::   Rwind = -0.8_wp        ! ratio of wind components
112      REAL(wp), PARAMETER ::   Umax = 15._wp          ! maximum wind speed (m/s)
113      REAL(wp), PARAMETER ::   d = 2000._wp           ! size of the domain (km)
114      REAL(wp), PARAMETER ::   res = 2._wp            ! gridcell size
115      REAL(wp), PARAMETER ::   zrhoa  = 1.22          ! Air density kg/m3
116      REAL(wp), PARAMETER ::   Cd_atm =  1.4e-3       ! transfer coefficient over ice
117      !!---------------------------------------------------------------------
118      ! extra code for test case
119      IF( kt==nit000 .AND. lwp)   WRITE(numout,*)' usrdef_sbc_ice : ICE_RHEO case: analytical stress forcing'
120
121      DO jj = 2, jpjm1
122         DO ji = 2, jpim1   
123            ! wind spins up over 6 hours, factor 1000 to balance the units
124            windu(ji,jj) = Umax/sqrt(d*1000)*(d-2*mig(ji)*res)/((d-2*mig(ji)*res)**2+(d-2*mjg(jj)*res)**2*Rwind**2)**(1/4)*min(kt*30./21600,1.)
125            windv(ji,jj) = Umax/sqrt(d*1000)*(d-2*mjg(jj)*res)/((d-2*mig(ji)*res)**2+(d-2*mjg(jj)*res)**2*Rwind**2)**(1/4)*Rwind*min(kt*30./21600,1.)
126         END DO
127      END DO
128      CALL lbc_lnk_multi( 'usrdef_sbc', windu, 'U', -1., windv, 'V', -1. )
129
130      wndm_ice(:,:) = 0._wp      !!gm brutal....
131
132      ! ------------------------------------------------------------ !
133      !    Wind module relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
134      ! ------------------------------------------------------------ !
135      ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
136      DO jj = 2, jpjm1
137         DO ji = 2, jpim1   
138            zwndi_t = (  windu(ji,jj) - r_vfac * 0.5 * ( u_ice(ji-1,jj  ) + u_ice(ji,jj) )  )
139            zwndj_t = (  windv(ji,jj) - r_vfac * 0.5 * ( v_ice(ji,jj-1) + v_ice(ji,jj) )  )
140            wndm_ice(ji,jj) = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
141         END DO
142      END DO
143      CALL lbc_lnk( 'usrdef_sbc', wndm_ice, 'T',  1. )
144
145      !!gm brutal....
146      utau_ice  (:,:) = 0._wp
147      vtau_ice  (:,:) = 0._wp
148      !!gm end
149
150      ! ------------------------------------------------------------ !
151      !    Wind stress relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
152      ! ------------------------------------------------------------ !
153      ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
154      DO jj = 2, jpjm1
155         DO ji = 2, jpim1   
156            utau_ice(ji,jj) = 0.5 * zrhoa * Cd_atm * ( wndm_ice(ji+1,jj  ) + wndm_ice(ji,jj) )            &
157               &          * ( 0.5 * (windu(ji+1,jj) + windu(ji,jj) ) - r_vfac * u_ice(ji,jj) )
158            vtau_ice(ji,jj) = 0.5 * zrhoa * Cd_atm * ( wndm_ice(ji,jj+1  ) + wndm_ice(ji,jj) )            &
159               &          * ( 0.5 * (windv(ji,jj+1) + windv(ji,jj) ) - r_vfac * v_ice(ji,jj) )
160         END DO
161      END DO
162      CALL lbc_lnk_multi( 'usrdef_sbc', utau_ice, 'U', -1., vtau_ice, 'V', -1. )
163      !
164   END SUBROUTINE usrdef_sbc_ice_tau
165
166   SUBROUTINE usrdef_sbc_ice_flx( kt, phs, phi )
167      !!---------------------------------------------------------------------
168      !!                     ***  ROUTINE usrdef_sbc_ice_flx  ***
169      !!
170      !! ** Purpose :   provide the surface boundary (flux) condition over sea-ice
171      !!---------------------------------------------------------------------
172      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
173      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in) ::   phs    ! snow thickness
174      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in) ::   phi    ! ice thickness
175      !!
176      REAL(wp) ::   zfr1, zfr2                 ! local variables
177      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zsnw   ! snw distribution after wind blowing
178      !!---------------------------------------------------------------------
179      !
180      IF( kt==nit000 .AND. lwp)   WRITE(numout,*)' usrdef_sbc_ice : ICE_RHEO case: NO flux forcing'
181      !
182      ! ocean variables (renaming)
183      emp_oce (:,:)   = 0._wp   ! uniform value for freshwater budget (E-P)
184      qsr_oce (:,:)   = 0._wp   ! uniform value for     solar radiation
185      qns_oce (:,:)   = 0._wp   ! uniform value for non-solar radiation
186
187      ! ice variables
188      alb_ice (:,:,:) = 0.7_wp  ! useless
189      qsr_ice (:,:,:) = 0._wp   ! uniform value for     solar radiation
190      qns_ice (:,:,:) = 0._wp   ! uniform value for non-solar radiation
191      sprecip (:,:)   = 0._wp   ! uniform value for snow precip
192      evap_ice(:,:,:) = 0._wp   ! uniform value for sublimation
193
194      ! ice fields deduced from above
195      zsnw(:,:) = 1._wp
196      !!CALL lim_thd_snwblow( at_i_b, zsnw )  ! snow distribution over ice after wind blowing
197      emp_ice  (:,:)   = SUM( a_i_b(:,:,:) * evap_ice(:,:,:), dim=3 ) - sprecip(:,:) * zsnw(:,:)
198      emp_oce  (:,:)   = emp_oce(:,:) - sprecip(:,:) * (1._wp - zsnw(:,:) )
199      qevap_ice(:,:,:) =   0._wp
200      qprec_ice(:,:)   =   rhos * ( sst_m(:,:) * rcpi - rLfus ) * tmask(:,:,1) !  in J/m3
201      qemp_oce (:,:)   = - emp_oce(:,:) * sst_m(:,:) * rcp
202      qemp_ice (:,:)   =   sprecip(:,:) * zsnw * ( sst_m(:,:) * rcpi - rLfus ) * tmask(:,:,1) ! solid precip (only)
203
204      ! total fluxes
205      emp_tot (:,:) = emp_ice  + emp_oce
206      qns_tot (:,:) = at_i_b(:,:) * qns_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qns_ice(:,:,:), dim=3 ) + qemp_ice(:,:) + qemp_oce(:,:)
207      qsr_tot (:,:) = at_i_b(:,:) * qsr_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qsr_ice(:,:,:), dim=3 )
208
209      ! --- shortwave radiation transmitted below the surface (W/m2, see Grenfell Maykut 77) --- !
210      zfr1 = ( 0.18 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.35 * cldf_ice )            ! transmission when hi>10cm
211      zfr2 = ( 0.82 * ( 1.0 - cldf_ice ) + 0.65 * cldf_ice )            ! zfr2 such that zfr1 + zfr2 to equal 1
212      !
213      WHERE    ( phs(:,:,:) <= 0._wp .AND. phi(:,:,:) <  0.1_wp )       ! linear decrease from hi=0 to 10cm 
214         qtr_ice_top(:,:,:) = qsr_ice(:,:,:) * ( zfr1 + zfr2 * ( 1._wp - phi(:,:,:) * 10._wp ) )
215      ELSEWHERE( phs(:,:,:) <= 0._wp .AND. phi(:,:,:) >= 0.1_wp )       ! constant (zfr1) when hi>10cm
216         qtr_ice_top(:,:,:) = qsr_ice(:,:,:) * zfr1
217      ELSEWHERE                                                         ! zero when hs>0
218         qtr_ice_top(:,:,:) = 0._wp 
219      END WHERE
220         
221   END SUBROUTINE usrdef_sbc_ice_flx
222
223
224   !!======================================================================
225END MODULE usrdef_sbc
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.