source: NEMO/trunk/src/OCE/SBC/cyclone.F90

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Replace do-loop macros in the trunk with alternative forms with greater flexibility for extra halo applications. This alters a lot of routines but does not change any behaviour or results. do_loop_substitute.h90 is greatly simplified by this change. SETTE results are identical to those with the previous revision

  • Property svn:keywords set to Id
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Line 
1MODULE cyclone
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  cyclone  ***
4   !! add the Tropical Cyclones along tracks to the surface wind forcing
5   !!                 
6   !!======================================================================
7   !! History : 3.3  ! 2010-05  (E Vincent, G Madec, S Masson)  Original code
8   !!----------------------------------------------------------------------
9
10#if defined key_cyclone
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   !!  'key_cyclone' : key option add Tropical Cyclones in the wind forcing
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   wnd_cyc      : 1 module subroutine
15   !!----------------------------------------------------------------------
16   USE oce             ! ocean dynamics and active tracers
17   USE sbc_oce         ! surface boundary condition: ocean
18   USE dom_oce         ! ocean space domain variables
19   USE phycst          ! physical constant
20   USE fldread         ! read input fields
21   USE in_out_manager  ! I/O manager
22   USE geo2ocean       ! tools for projection on ORCA grid
23   USE lib_mpp       
24
25   IMPLICIT NONE
26   PRIVATE
27
28   PUBLIC   wnd_cyc   ! routine called in sbcblk.F90 module
29
30   INTEGER , PARAMETER ::   jp_is1  = 1   ! index of presence 1 or absence 0 of a TC record
31   INTEGER , PARAMETER ::   jp_lon  = 2   ! index of longitude for present TCs
32   INTEGER , PARAMETER ::   jp_lat  = 3   ! index of latitude  for present TCs
33   INTEGER , PARAMETER ::   jp_vmax = 4   ! index of max wind  for present TCs
34   INTEGER , PARAMETER ::   jp_pres = 5   ! index of eye-pres  for present TCs
35
36   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   sf   ! structure of input fields (file informations, fields read)
37
38   !! * Substitutions
39#  include "do_loop_substitute.h90"
40   !!----------------------------------------------------------------------
41   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
42   !! $Id$
43   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
44   !!----------------------------------------------------------------------
45
46CONTAINS
47
48   SUBROUTINE wnd_cyc( kt, pwnd_i, pwnd_j )
49      !!----------------------------------------------------------------------
50      !!                    ***  ROUTINE wnd_cyc  ***
51      !!
52      !! ** Purpose :  Add cyclone winds on the ORCA grid
53      !!
54      !! ** Action  : - open TC data, find TCs for the current timestep
55      !!              - for each potential TC, add the winds on the grid
56      !!----------------------------------------------------------------------
57      INTEGER , INTENT(in)                      ::   kt       ! time step index
58      REAL(wp), INTENT(out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   pwnd_i   ! wind speed i-components at T-point ORCA direction
59      REAL(wp), INTENT(out), DIMENSION(jpi,jpj) ::   pwnd_j   ! wind speed j-components at T-point ORCA direction
60      !
61      !!
62      INTEGER  ::   ji, jj , jtc        ! loop arguments
63      INTEGER  ::   ierror              ! loop arguments
64      INTEGER  ::   vortex=1            ! vortex shape to be used: 0=Holland 1=Willoughby
65      REAL(wp) ::   zrout1=1.5e6        ! distance from center where we begin to kill vortex (m)
66      REAL(wp) ::   zrout2=2.5e6        ! distance from center where we bring vortex to zero (m)
67      REAL(wp) ::   zb                  ! power in Holland vortex shape
68      REAL(wp) ::   zA                  ! shape parameter in Willoughby vortex : A transtion between first and second outter exp
69      REAL(wp) ::   zn                  ! shape parameter in Willoughby vortex : n power law in the eye
70      REAL(wp) ::   zXX1                ! shape parameter in Willoughby vortex : decay length second outter exponential
71      REAL(wp) ::   zXX2                ! shape parameter in Willoughby vortex : decay length first  outter exponential
72      REAL(wp) ::   zztmp               ! temporary
73      REAL(wp) ::   zzrglam, zzrgphi    ! temporary
74      REAL(wp) ::   ztheta              ! azimuthal angle
75      REAL(wp) ::   zdist               ! dist to the TC center
76      REAL(wp) ::   zhemi               ! 1 for NH ;  -1 for SH
77      REAL(wp) ::   zinfl               ! clim inflow angle in TCs
78      REAL(wp) ::   zrmw                ! mean radius of Max wind of a tropical cyclone (Willoughby 2004) [m]
79      REAL(wp) ::   zwnd_r, zwnd_t      ! radial and tangential components of the wind
80      REAL(wp) ::   zvmax               ! timestep interpolated vmax
81      REAL(wp) ::   zrlon, zrlat        ! temporary
82      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zwnd_x, zwnd_y   ! zonal and meridional components of the wind
83      REAL(wp), DIMENSION(14,5)    ::   ztct                ! tropical cyclone track data at kt
84      !
85      CHARACTER(len=100) ::  cn_dir            ! Root directory for location of files
86      TYPE(FLD_N), DIMENSION(1) ::   slf_i     ! array of namelist informations on the TC position
87      TYPE(FLD_N) ::   sn_tc                   ! informations about the fields to be read
88      !!--------------------------------------------------------------------
89
90      !                                         ! ====================== !
91      IF( kt == nit000 ) THEN                   !  First call kt=nit000  !
92         !                                      ! ====================== !
93         ! set file information (default values)
94         cn_dir = './'       ! directory in which the model is executed
95         !
96         ! (NB: frequency positive => hours, negative => months)
97         !          !    file     ! frequency !  variable ! time intep !  clim   ! 'yearly' or ! weights  ! rotation   ! land/sea mask !
98         !          !    name     !  (hours)  !   name    !   (T/F)    !  (T/F)  !  'monthly'  ! filename ! pairs      ! filename      !
99         sn_tc = FLD_N( 'tc_track',     6     ,  'tc'     ,  .true.    , .false. ,   'yearly'  , ''       , ''         , ''            )
100         !
101         !  Namelist is read in namsbc_blk
102         ! set sf structure
103         ALLOCATE( sf(1), STAT=ierror )
104         IF( ierror > 0 ) THEN
105            CALL ctl_stop( 'wnd_cyc: unable to allocate sf structure' )   ;   RETURN
106         ENDIF
107         ALLOCATE( sf(1)%fnow(14,5,1) )
108         ALLOCATE( sf(1)%fdta(14,5,1,2) )
109         slf_i(1) = sn_tc
110         !
111         ! fill sf with slf_i and control print
112         CALL fld_fill( sf, slf_i, cn_dir, 'sbc_blk_tc', 'tropical cyclone track', 'namsbc_tc' )
113         !
114      ENDIF
115
116
117      !       Interpolation of lon lat vmax... at the current timestep
118      !       ***************************************************************
119
120      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )                   ! input fields provided at the current time-step
121
122      ztct(:,:) = sf(1)%fnow(:,:,1)
123
124      !       Add TC wind on the grid
125      !       ***************************************************************
126
127      zwnd_x(:,:) = 0.e0 
128      zwnd_y(:,:) = 0.e0 
129     
130      DO jtc = 1, 14
131         !
132         IF( ztct(jtc,jp_is1) == 1 ) THEN                ! cyclone is defined in this slot ? yes--> begin
133
134            zvmax =       ztct(jtc,jp_vmax)
135            zrlon = rad * ztct(jtc,jp_lon )
136            zrlat = rad * ztct(jtc,jp_lat )
137            zhemi = SIGN( 1. , zrlat )
138            zinfl = 15.* rad                             ! clim inflow angle in Tropical Cyclones
139         IF( vortex == 0 ) THEN
140
141            ! Vortex Holland reconstruct wind at each lon-lat position
142            ! ********************************************************
143            zrmw = 51.6 * EXP( -0.0223*zvmax + 0.0281* ABS( ztct(jtc,jp_lat) ) ) * 1000.
144            ! climatological ZRMW of cyclones as a function of wind and latitude (Willoughby 2004)             
145            ! zb = 1.0036 + 0.0173 * zvmax - 0.0313 * LOG(zrmw/1000.) + 0.0087 * ABS( ztct(jtc,jp_lat) )
146            ! fitted B parameter (Willoughby 2004)
147            zb = 2.
148
149            DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
150
151               ! calc distance between TC center and any point following great circle
152               ! source : http://www.movable-type.co.uk/scripts/latlong.html
153               zzrglam = rad * glamt(ji,jj) - zrlon
154               zzrgphi = rad * gphit(ji,jj)
155               zdist = ra * ACOS(  SIN( zrlat ) * SIN( zzrgphi )   &
156                  &              + COS( zrlat ) * COS( zzrgphi ) * COS( zzrglam ) )
157
158              IF(zdist < zrout2) THEN ! calculation of wind only to a given max radius
159               ! shape of the wind profile
160               zztmp = ( zrmw / ( zdist + 1.e-12 ) )**zb
161               zztmp =  zvmax * SQRT( zztmp * EXP(1. - zztmp) )   
162
163               IF(zdist > zrout1) THEN ! bring to zero between r_out1 and r_out2
164                  zztmp = zztmp * ( (zrout2-zdist)*1.e-6 )
165               ENDIF
166
167               ! !!! KILL EQ WINDS
168               ! IF(SIGN( 1. , zrlat ) /= zhemi) THEN
169               !    zztmp = 0.                              ! winds in other hemisphere
170               !    IF(ABS(gphit(ji,jj)) <= 5.) zztmp=0.   ! kill between 5N-5S
171               ! ENDIF
172               ! IF(ABS(gphit(ji,jj)) <= 10. .and. ABS(gphit(ji,jj)) > 5.) THEN
173               !    zztmp = zztmp * ( 1./5. * (ABS(gphit(ji,jj)) - 5.) )
174               !    !linear to zero between 10 and 5
175               ! ENDIF
176               ! !!! / KILL EQ
177
178               IF(ABS(gphit(ji,jj)) >= 55.) zztmp = 0. ! kill weak spurious winds at high latitude
179
180               zwnd_t =   COS( zinfl ) * zztmp   
181               zwnd_r = - SIN( zinfl ) * zztmp
182
183               ! Project radial-tangential components on zonal-meridional components
184               ! -------------------------------------------------------------------
185               
186               ! ztheta = azimuthal angle of the great circle between two points
187               zztmp = COS( zrlat ) * SIN( zzrgphi ) &
188                  &  - SIN( zrlat ) * COS( zzrgphi ) * COS( zzrglam )
189               ztheta = ATAN2(        COS( zzrgphi ) * SIN( zzrglam ) , zztmp )
190
191               zwnd_x(ji,jj) = zwnd_x(ji,jj) - zhemi * COS(ztheta)*zwnd_t + SIN(ztheta)*zwnd_r
192               zwnd_y(ji,jj) = zwnd_y(ji,jj) + zhemi * SIN(ztheta)*zwnd_t + COS(ztheta)*zwnd_r
193              ENDIF
194            END_2D
195         
196         ELSE IF( vortex == 1 ) THEN
197
198            ! Vortex Willoughby reconstruct wind at each lon-lat position
199            ! ***********************************************************
200            zrmw = 46.4 * EXP( -0.0155*zvmax + 0.0169* ABS( ztct(jtc,jp_lat) ) )*1000.
201            ! climatological ZRMW of cyclones as a function of wind and latitude (Willoughby 2006)
202            zXX2 = 25.*1000.                                              ! 25km fixed "near-eye" exponential decay
203            zXX1 = ( 287.6  - 1.942 *zvmax + 7.799 *LOG(zrmw/1000.) + 1.819 *ABS( ztct(jtc,jp_lat) ) )*1000.   
204            zn   =   2.1340 + 0.0077*zvmax - 0.4522*LOG(zrmw/1000.) - 0.0038*ABS( ztct(jtc,jp_lat) )           
205            zA   =   0.5913 + 0.0029*zvmax - 0.1361*LOG(zrmw/1000.) - 0.0042*ABS( ztct(jtc,jp_lat) ) 
206            IF(zA < 0) THEN
207               zA=0
208            ENDIF           
209       
210            DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
211                               
212               zzrglam = rad * glamt(ji,jj) - zrlon
213               zzrgphi = rad * gphit(ji,jj)
214               zdist = ra * ACOS(  SIN( zrlat ) * SIN( zzrgphi )   &
215                  &              + COS( zrlat ) * COS( zzrgphi ) * COS( zzrglam ) )
216
217              IF(zdist < zrout2) THEN ! calculation of wind only to a given max radius
218           
219               ! shape of the wind profile                     
220               IF(zdist <= zrmw) THEN     ! inside the Radius of Maximum Wind
221                  zztmp  = zvmax * (zdist/zrmw)**zn
222               ELSE
223                  zztmp  = zvmax * ( (1-zA) * EXP(- (zdist-zrmw)/zXX1 ) + zA * EXP(- (zdist-zrmw)/zXX2 ) )
224               ENDIF
225
226               IF(zdist > zrout1) THEN ! bring to zero between r_out1 and r_out2
227                  zztmp = zztmp * ( (zrout2-zdist)*1.e-6 )
228               ENDIF
229
230               ! !!! KILL EQ WINDS
231               ! IF(SIGN( 1. , zrlat ) /= zhemi) THEN
232               !    zztmp = 0.                              ! winds in other hemisphere
233               !    IF(ABS(gphit(ji,jj)) <= 5.) zztmp=0.   ! kill between 5N-5S
234               ! ENDIF
235               ! IF(ABS(gphit(ji,jj)) <= 10. .and. ABS(gphit(ji,jj)) > 5.) THEN
236               !    zztmp = zztmp * ( 1./5. * (ABS(gphit(ji,jj)) - 5.) )
237               !    !linear to zero between 10 and 5
238               ! ENDIF
239               ! !!! / KILL EQ
240
241               IF(ABS(gphit(ji,jj)) >= 55.) zztmp = 0. ! kill weak spurious winds at high latitude
242
243               zwnd_t =   COS( zinfl ) * zztmp   
244               zwnd_r = - SIN( zinfl ) * zztmp
245
246               ! Project radial-tangential components on zonal-meridional components
247               ! -------------------------------------------------------------------
248               
249               ! ztheta = azimuthal angle of the great circle between two points
250               zztmp = COS( zrlat ) * SIN( zzrgphi ) &
251                  &  - SIN( zrlat ) * COS( zzrgphi ) * COS( zzrglam )
252               ztheta = ATAN2(        COS( zzrgphi ) * SIN( zzrglam ) , zztmp )
253
254               zwnd_x(ji,jj) = zwnd_x(ji,jj) - zhemi * COS(ztheta)*zwnd_t + SIN(ztheta)*zwnd_r
255               zwnd_y(ji,jj) = zwnd_y(ji,jj) + zhemi * SIN(ztheta)*zwnd_t + COS(ztheta)*zwnd_r
256               
257              ENDIF
258            END_2D
259         ENDIF                                         ! / vortex Holland or Wiloughby
260         ENDIF                                           ! / cyclone is defined in this slot ? yes--> begin
261      END DO ! / end simultaneous cyclones loop
262
263      CALL rot_rep ( zwnd_x, zwnd_y, 'T', 'en->i', pwnd_i ) !rotation of components on ORCA grid
264      CALL rot_rep ( zwnd_x, zwnd_y, 'T', 'en->j', pwnd_j ) !rotation of components on ORCA grid
265
266   END SUBROUTINE wnd_cyc
267
268#endif
269
270   !!======================================================================
271END MODULE cyclone
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.