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usrdef_sbc.F90 in NEMO/branches/2020/dev_r13648_ASINTER-04_laurent_bulk_ice/tests/ICE_RHEO/MY_SRC – NEMO

source: NEMO/branches/2020/dev_r13648_ASINTER-04_laurent_bulk_ice/tests/ICE_RHEO/MY_SRC/usrdef_sbc.F90 @ 14021

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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 "do_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, Kbb )
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, INTENT(in) ::   Kbb  ! ocean time index
60      INTEGER ::    ij0, ij1, ii0, ii1, jj, ji   ! loop indices
61      REAL(wp) ::   zrhoco          ! ocean density and drag coefficient product
62      !!---------------------------------------------------------------------
63      !
64      IF( kt == nit000 ) THEN
65         !
66         !IF(lwp)   WRITE(numout,*)' usrdef_sbc_oce : ICE_RHEO case: ocean boudary conditions'
67
68         utau(:,:) = 0._wp
69         utau(:,:) = 0._wp
70
71         !ij0 = 1   ;   ij1 = 25                       ! set boundary condition
72         !ii0 = 975   ;   ii1 = 1000
73         !DO jj = mj0(ij0), mj1(ij1)
74         !   DO ji = mi0(ii0), mi1(ii1)
75         !      utau(ji,jj) = -utau_ice(ji,jj)
76         !      vtau(ji,jj) = -vtau_ice(ji,jj)
77         !   END DO
78         !END DO
79
80         taum(:,:) = 0._wp   ! assume these are not used
81         wndm(:,:) = 0._wp
82         !
83         emp (:,:) = 0._wp
84         sfx (:,:) = 0._wp
85         qns (:,:) = 0._wp
86         qsr (:,:) = 0._wp
87         !
88         utau_b(:,:) = 0._wp 
89         vtau_b(:,:) = 0._wp
90         emp_b (:,:) = 0._wp
91         sfx_b (:,:) = 0._wp
92         qns_b (:,:) = 0._wp
93         !
94      ENDIF
95      !
96   END SUBROUTINE usrdef_sbc_oce
97
98   SUBROUTINE usrdef_sbc_ice_tau( kt )
99      !!---------------------------------------------------------------------
100      !!                     ***  ROUTINE usrdef_sbc_ice_tau  ***
101      !!
102      !! ** Purpose :   provide the surface boundary (momentum) condition over
103      !sea-ice
104      !!---------------------------------------------------------------------
105      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
106      INTEGER ::   jj, ji   ! loop indices
107
108      REAL(wp) ::   zwndi_f , zwndj_f, zwnorm_f       ! relative wind module and components at F-point
109      REAL(wp) ::   zwndi_t , zwndj_t                 ! relative wind components at T-point
110      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   windu, windv  ! wind components (idealised forcing)
111      REAL(wp), PARAMETER ::   r_vfac = 1._wp         ! relative velocity (make 0 for absolute velocity)
112      REAL(wp), PARAMETER ::   Rwind = -0.8_wp        ! ratio of wind components
113      REAL(wp), PARAMETER ::   Umax = 15._wp          ! maximum wind speed (m/s)
114      REAL(wp), PARAMETER ::   d = 2000._wp           ! size of the domain (km)
115      REAL(wp), PARAMETER ::   res = 2._wp            ! gridcell size
116      REAL(wp), PARAMETER ::   zrhoa  = 1.22          ! Air density kg/m3
117      REAL(wp), PARAMETER ::   Cd_atm =  1.4e-3       ! transfer coefficient over ice
118      !!---------------------------------------------------------------------
119      ! extra code for test case
120      IF( kt==nit000 .AND. lwp)   WRITE(numout,*)' usrdef_sbc_ice : ICE_RHEO case: analytical stress forcing'
121
122      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
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_2D
127      CALL lbc_lnk_multi( 'usrdef_sbc', windu, 'U', -1., windv, 'V', -1. )
128
129      wndm_ice(:,:) = 0._wp      !!gm brutal....
130
131      ! ------------------------------------------------------------ !
132      !    Wind module relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
133      ! ------------------------------------------------------------ !
134      ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
135      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
136         zwndi_t = (  windu(ji,jj) - r_vfac * 0.5 * ( u_ice(ji-1,jj  ) + u_ice(ji,jj) )  )
137         zwndj_t = (  windv(ji,jj) - r_vfac * 0.5 * ( v_ice(ji,jj-1) + v_ice(ji,jj) )  )
138         wndm_ice(ji,jj) = SQRT( zwndi_t * zwndi_t + zwndj_t * zwndj_t ) * tmask(ji,jj,1)
139      END_2D
140      CALL lbc_lnk( 'usrdef_sbc', wndm_ice, 'T',  1. )
141
142      !!gm brutal....
143      utau_ice  (:,:) = 0._wp
144      vtau_ice  (:,:) = 0._wp
145      !!gm end
146
147      ! ------------------------------------------------------------ !
148      !    Wind stress relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
149      ! ------------------------------------------------------------ !
150      ! C-grid ice dynamics :   U & V-points (same as ocean)
151      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
152         utau_ice(ji,jj) = 0.5 * zrhoa * Cd_atm * ( wndm_ice(ji+1,jj  ) + wndm_ice(ji,jj) )            &
153            &          * ( 0.5 * (windu(ji+1,jj) + windu(ji,jj) ) - r_vfac * u_ice(ji,jj) )
154         vtau_ice(ji,jj) = 0.5 * zrhoa * Cd_atm * ( wndm_ice(ji,jj+1  ) + wndm_ice(ji,jj) )            &
155            &          * ( 0.5 * (windv(ji,jj+1) + windv(ji,jj) ) - r_vfac * v_ice(ji,jj) )
156      END_2D
157      CALL lbc_lnk_multi( 'usrdef_sbc', utau_ice, 'U', -1., vtau_ice, 'V', -1. )
158      !
159   END SUBROUTINE usrdef_sbc_ice_tau
160
161   SUBROUTINE usrdef_sbc_ice_flx( kt, phs, phi )
162      !!---------------------------------------------------------------------
163      !!                     ***  ROUTINE usrdef_sbc_ice_flx  ***
164      !!
165      !! ** Purpose :   provide the surface boundary (flux) condition over sea-ice
166      !!---------------------------------------------------------------------
167      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
168      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in) ::   phs    ! snow thickness
169      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in) ::   phi    ! ice thickness
170      !!
171      REAL(wp) ::   zfr1, zfr2                 ! local variables
172      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zsnw   ! snw distribution after wind blowing
173      !!---------------------------------------------------------------------
174      !
175      IF( kt==nit000 .AND. lwp)   WRITE(numout,*)' usrdef_sbc_ice : ICE_RHEO case: NO flux forcing'
176      !
177      ! ocean variables (renaming)
178      emp_oce (:,:)   = 0._wp   ! uniform value for freshwater budget (E-P)
179      qsr_oce (:,:)   = 0._wp   ! uniform value for     solar radiation
180      qns_oce (:,:)   = 0._wp   ! uniform value for non-solar radiation
181
182      ! ice variables
183      alb_ice (:,:,:) = 0.7_wp  ! useless
184      qsr_ice (:,:,:) = 0._wp   ! uniform value for     solar radiation
185      qns_ice (:,:,:) = 0._wp   ! uniform value for non-solar radiation
186      sprecip (:,:)   = 0._wp   ! uniform value for snow precip
187      evap_ice(:,:,:) = 0._wp   ! uniform value for sublimation
188
189      ! ice fields deduced from above
190      zsnw(:,:) = 1._wp
191      !!CALL lim_thd_snwblow( at_i_b, zsnw )  ! snow distribution over ice after wind blowing
192      emp_ice  (:,:)   = SUM( a_i_b(:,:,:) * evap_ice(:,:,:), dim=3 ) - sprecip(:,:) * zsnw(:,:)
193      emp_oce  (:,:)   = emp_oce(:,:) - sprecip(:,:) * (1._wp - zsnw(:,:) )
194      qevap_ice(:,:,:) =   0._wp
195      qprec_ice(:,:)   =   rhos * ( sst_m(:,:) * rcpi - rLfus ) * tmask(:,:,1) !  in J/m3
196      qemp_oce (:,:)   = - emp_oce(:,:) * sst_m(:,:) * rcp
197      qemp_ice (:,:)   =   sprecip(:,:) * zsnw * ( sst_m(:,:) * rcpi - rLfus ) * tmask(:,:,1) ! solid precip (only)
198
199      ! total fluxes
200      emp_tot (:,:) = emp_ice  + emp_oce
201      qns_tot (:,:) = at_i_b(:,:) * qns_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qns_ice(:,:,:), dim=3 ) + qemp_ice(:,:) + qemp_oce(:,:)
202      qsr_tot (:,:) = at_i_b(:,:) * qsr_oce(:,:) + SUM( a_i_b(:,:,:) * qsr_ice(:,:,:), dim=3 )
203
204      ! --- shortwave radiation transmitted below the surface (W/m2, see Grenfell Maykut 77) --- !
205      zfr1 = ( 0.18 * ( 1.0 - pp_cldf ) + 0.35 * pp_cldf )            ! transmission when hi>10cm
206      zfr2 = ( 0.82 * ( 1.0 - pp_cldf ) + 0.65 * pp_cldf )            ! zfr2 such that zfr1 + zfr2 to equal 1
207      !
208      WHERE    ( phs(:,:,:) <= 0._wp .AND. phi(:,:,:) <  0.1_wp )       ! linear decrease from hi=0 to 10cm 
209         qtr_ice_top(:,:,:) = qsr_ice(:,:,:) * ( zfr1 + zfr2 * ( 1._wp - phi(:,:,:) * 10._wp ) )
210      ELSEWHERE( phs(:,:,:) <= 0._wp .AND. phi(:,:,:) >= 0.1_wp )       ! constant (zfr1) when hi>10cm
211         qtr_ice_top(:,:,:) = qsr_ice(:,:,:) * zfr1
212      ELSEWHERE                                                         ! zero when hs>0
213         qtr_ice_top(:,:,:) = 0._wp 
214      END WHERE
215         
216   END SUBROUTINE usrdef_sbc_ice_flx
217
218
219   !!======================================================================
220END MODULE usrdef_sbc
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.