source: branches/DEV_R1821_Rivers/NEMO/OPA_SRC/TRA/trasbc.F90 @ 1998

Last change on this file since 1998 was 1998, checked in by acc, 10 years ago

ticket #465_Rivers tidied code and added namelist changes in preparation for mid-year merge

  • Property svn:eol-style set to native
  • Property svn:keywords set to Id
File size: 12.2 KB
Line 
1MODULE trasbc
2   !!==============================================================================
3   !!                       ***  MODULE  trasbc  ***
4   !! Ocean active tracers:  surface boundary condition
5   !!==============================================================================
6   !! History :  8.2  !  98-10  (G. Madec, G. Roullet, M. Imbard)  Original code
7   !!            8.2  !  01-02  (D. Ludicone)  sea ice and free surface
8   !!            8.5  !  02-06  (G. Madec)  F90: Free form and module
9   !!----------------------------------------------------------------------
10
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   !!   tra_sbc      : update the tracer trend at ocean surface
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   USE oce             ! ocean dynamics and active tracers
15   USE sbc_oce         ! surface boundary condition: ocean
16   USE dom_oce         ! ocean space domain variables
17   USE phycst          ! physical constant
18   USE traqsr          ! solar radiation penetration
19   USE trdmod          ! ocean trends
20   USE trdmod_oce      ! ocean variables trends
21   USE in_out_manager  ! I/O manager
22   USE prtctl          ! Print control
23   USE sbcrnf          ! River runoff 
24   USE sbcmod          ! ln_rnf 
25
26   IMPLICIT NONE
27   PRIVATE
28
29   PUBLIC   tra_sbc    ! routine called by step.F90
30
31   !! * Substitutions
32#  include "domzgr_substitute.h90"
33#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
34   !!----------------------------------------------------------------------
35   !!   OPA 9.0 , LOCEAN-IPSL (2005)
36   !! $Id$
37   !! Software governed by the CeCILL licence (modipsl/doc/NEMO_CeCILL.txt)
38   !!----------------------------------------------------------------------
39
40CONTAINS
41
42   SUBROUTINE tra_sbc ( kt )
43      !!----------------------------------------------------------------------
44      !!                  ***  ROUTINE tra_sbc  ***
45      !!                   
46      !! ** Purpose :   Compute the tracer surface boundary condition trend of
47      !!      (flux through the interface, concentration/dilution effect)
48      !!      and add it to the general trend of tracer equations.
49      !!
50      !! ** Method :
51      !!      Following Roullet and Madec (2000), the air-sea flux can be divided
52      !!      into three effects: (1) Fext, external forcing;
53      !!      (2) Fwi, concentration/dilution effect due to water exchanged
54      !!         at the surface by evaporation, precipitations and runoff (E-P-R);
55      !!      (3) Fwe, tracer carried with the water that is exchanged.
56      !!
57      !!      Fext, flux through the air-sea interface for temperature and salt:
58      !!            - temperature : heat flux q (w/m2). If penetrative solar
59      !!         radiation q is only the non solar part of the heat flux, the
60      !!         solar part is added in traqsr.F routine.
61      !!            ta = ta + q /(rau0 rcp e3t)  for k=1
62      !!            - salinity    : no salt flux
63      !!
64      !!      The formulation for Fwb and Fwi vary according to the free
65      !!      surface formulation (linear or variable volume).
66      !!      * Linear free surface
67      !!            The surface freshwater flux modifies the ocean volume
68      !!         and thus the concentration of a tracer and the temperature.
69      !!         First order of the effect of surface freshwater exchange
70      !!         for salinity, it can be neglected on temperature (especially
71      !!         as the temperature of precipitations and runoffs is usually
72      !!         unknown).
73      !!            - temperature : we assume that the temperature of both
74      !!         precipitations and runoffs is equal to the SST, thus there
75      !!         is no additional flux since in this case, the concentration
76      !!         dilution effect is balanced by the net heat flux associated
77      !!         to the freshwater exchange (Fwe+Fwi=0):
78      !!            (Tp P - Te E) + SST (P-E) = 0 when Tp=Te=SST
79      !!            - salinity    : evaporation, precipitation and runoff
80      !!         water has a zero salinity (Fwe=0), thus only Fwi remains:
81      !!            sa = sa + emp * sn / e3t   for k=1
82      !!         where emp, the surface freshwater budget (evaporation minus
83      !!         precipitation minus runoff) given in kg/m2/s is divided
84      !!         by 1035 kg/m3 (density of ocena water) to obtain m/s.   
85      !!         Note: even though Fwe does not appear explicitly for
86      !!         temperature in this routine, the heat carried by the water
87      !!         exchanged through the surface is part of the total heat flux
88      !!         forcing and must be taken into account in the global heat
89      !!         balance).
90      !!      * nonlinear free surface (variable volume, lk_vvl)
91      !!         contrary to the linear free surface case, Fwi is properly
92      !!         taken into account by using the true layer thicknesses to       
93      !!         calculate tracer content and advection. There is no need to
94      !!         deal with it in this routine.
95      !!           - temperature: Fwe=SST (P-E+R) is added to Fext.
96      !!           - salinity:  Fwe = 0, there is no surface flux of salt.
97      !!
98      !! ** Action  : - Update the 1st level of (ta,sa) with the trend associated
99      !!                with the tracer surface boundary condition
100      !!              - save the trend it in ttrd ('key_trdtra')
101      !!----------------------------------------------------------------------
102      USE oce, ONLY :   ztrdt => ua   ! use ua as 3D workspace   
103      USE oce, ONLY :   ztrds => va   ! use va as 3D workspace   
104      !!
105      INTEGER, INTENT(in) ::   kt     ! ocean time-step index
106      !!
107      INTEGER  ::   ji, jj, jk           ! dummy loop indices 
108      REAL(wp) ::   zta, zsa             ! temporary scalars, adjustment to temperature and salinity 
109      REAL(wp) ::   zata, zasa           ! temporary scalars, calculations of automatic change to temp & sal due to vvl (done elsewhere) 
110      REAL(wp) ::   zsrau, zse3t, zdep   ! temporary scalars, 1/density, 1/height of box, 1/height of effected water column 
111      REAL(wp) ::   zdheat, zdsalt       ! total change of temperature and salinity 
112      !!----------------------------------------------------------------------
113
114      IF( kt == nit000 ) THEN
115         IF(lwp) WRITE(numout,*)
116         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'tra_sbc : TRAcer Surface Boundary Condition'
117         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~ '
118      ENDIF
119
120      zsrau = 1. / rau0             ! initialization
121#if defined key_zco
122      zse3t = 1. / e3t_0(1)
123#endif
124
125      IF( l_trdtra ) THEN           ! Save ta and sa trends
126         ztrdt(:,:,:) = ta(:,:,:) 
127         ztrds(:,:,:) = sa(:,:,:) 
128      ENDIF
129
130      IF( .NOT.ln_traqsr )   qsr(:,:) = 0.e0   ! no solar radiation penetration
131
132      ! Concentration dilution effect on (t,s) due to evapouration, precipitation and qns, but not river runoff 
133      DO jj = 2, jpj
134         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
135#if ! defined key_zco
136            zse3t = 1. / fse3t(ji,jj,1)
137#endif
138            IF( lk_vvl) THEN
139               zta =  ro0cpr * qns(ji,jj) * zse3t &                  ! temperature : heat flux
140                &    - emp(ji,jj) * zsrau * tn(ji,jj,1) * zse3t      ! & cooling/heating effet of EMP flux
141               zsa = 0.e0                                            ! No salinity concent./dilut. effect
142            ELSE
143               zta =  ro0cpr * qns(ji,jj) * zse3t                    ! temperature : heat flux
144               zsa =  emps(ji,jj) * zsrau * sn(ji,jj,1) * zse3t      ! salinity :  concent./dilut. effect
145            ENDIF
146            ta(ji,jj,1) = ta(ji,jj,1) + zta                          ! add the trend to the general tracer trend
147            sa(ji,jj,1) = sa(ji,jj,1) + zsa
148         END DO
149      END DO
150
151      IF ( ln_rnf .AND. ln_rnf_att ) THEN 
152      ! Concentration / dilution effect on (t,s) due to river runoff 
153        DO jj=1,jpj 
154           DO ji=1,jpi 
155              rnf_dep(ji,jj)=0 
156              DO jk=1,rnf_mod_dep(ji,jj)                          ! recalculates rnf_dep to be the depth 
157                rnf_dep(ji,jj)=rnf_dep(ji,jj)+fse3t(ji,jj,jk)    ! in metres to the bottom of the relevant grid box 
158              ENDDO 
159              zdep = 1. / rnf_dep(ji,jj) 
160              zse3t= 1. / fse3t(ji,jj,1) 
161              IF ( rnf_tmp(ji,jj) == -999 )   rnf_tmp(ji,jj)=tn(ji,jj,1)        ! if not specified set runoff temp to be sst 
162 
163              IF ( rnf(ji,jj) .gt. 0.0 ) THEN 
164 
165                IF( lk_vvl) THEN 
166                  !!!indirect flux, concentration or dilution effect 
167                  !!!force a dilution effect in all levels; 
168                  zdheat=0.0 
169                  zdsalt=0.0 
170                  DO jk=1, rnf_mod_dep(ji,jj) 
171                    zta = -tn(ji,jj,jk) * rnf(ji,jj) * zsrau * zdep 
172                    zsa = -sn(ji,jj,jk) * rnf(ji,jj) * zsrau * zdep 
173                    ta(ji,jj,jk)=ta(ji,jj,jk)+zta 
174                    sa(ji,jj,jk)=sa(ji,jj,jk)+zsa 
175                    zdheat=zdheat+zta*fse3t(ji,jj,jk) 
176                    zdsalt=zdsalt+zsa*fse3t(ji,jj,jk) 
177                  ENDDO 
178                  !!!negate this total change in heat and salt content from top level 
179                  zta=-zdheat*zse3t 
180                  zsa=-zdsalt*zse3t 
181                  ta(ji,jj,1)=ta(ji,jj,1)+zta 
182                  sa(ji,jj,1)=sa(ji,jj,1)+zsa 
183   
184                  !!!direct flux 
185                  zta = rnf_tmp(ji,jj) * rnf(ji,jj) * zsrau * zdep 
186                  zsa = rnf_sal(ji,jj) * rnf(ji,jj) * zsrau * zdep 
187   
188                  DO jk=1, rnf_mod_dep(ji,jj) 
189                    ta(ji,jj,jk) = ta(ji,jj,jk) + zta 
190                    sa(ji,jj,jk) = sa(ji,jj,jk) + zsa 
191                  ENDDO 
192   
193                ELSE 
194                  DO jk=1, rnf_mod_dep(ji,jj) 
195                    zta = ( rnf_tmp(ji,jj)-tn(ji,jj,jk) ) * rnf(ji,jj) * zsrau * zdep 
196                    zsa = ( rnf_sal(ji,jj)-sn(ji,jj,jk) ) * rnf(ji,jj) * zsrau * zdep 
197                    ta(ji,jj,jk) = ta(ji,jj,jk) + zta 
198                    sa(ji,jj,jk) = sa(ji,jj,jk) + zsa 
199                  ENDDO 
200                ENDIF 
201 
202              ELSEIF (rnf(ji,jj) .lt. 0.) THEN   !! for use in baltic when flow is out of domain, want no change in temp and sal 
203 
204                IF( lk_vvl) THEN 
205                  !calculate automatic adjustment to sal and temp due to dilution/concentraion effect   
206                  zata = tn(ji,jj,1) * rnf(ji,jj) * zsrau * zse3t 
207                  zasa = sn(ji,jj,1) * rnf(ji,jj) * zsrau * zse3t 
208                  ta(ji,jj,1)=ta(ji,jj,1) + zata 
209                  sa(ji,jj,1)=sa(ji,jj,1) + zasa 
210                ENDIF 
211 
212              ENDIF 
213 
214           ENDDO 
215        ENDDO 
216
217      ELSE IF( ln_rnf ) THEN
218
219      ! Concentration dilution effect on (t,s) due to runoff without temperatue, salinity and depth attributes
220        DO jj = 2, jpj
221           DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
222#if ! defined key_zco
223              zse3t = 1. / fse3t(ji,jj,1)
224#endif
225              IF( lk_vvl) THEN
226                 zta =  rnf(ji,jj) * zsrau * tn(ji,jj,1) * zse3t       ! & cooling/heating effect of runoff
227                 zsa = 0.e0                                            ! No salinity concent./dilut. effect
228              ELSE
229                 zta =  0.0                                            ! temperature : heat flux
230                 zsa =  - rnf(ji,jj) * zsrau * sn(ji,jj,1) * zse3t     ! salinity :  concent./dilut. effect
231              ENDIF
232              ta(ji,jj,1) = ta(ji,jj,1) + zta                          ! add the trend to the general tracer trend
233              sa(ji,jj,1) = sa(ji,jj,1) + zsa
234           END DO
235        END DO
236 
237      ENDIF 
238
239      IF( l_trdtra ) THEN      ! save the sbc trends for diagnostic
240         ztrdt(:,:,:) = ta(:,:,:) - ztrdt(:,:,:)
241         ztrds(:,:,:) = sa(:,:,:) - ztrds(:,:,:)
242         CALL trd_mod(ztrdt, ztrds, jptra_trd_nsr, 'TRA', kt)
243      ENDIF
244      !
245      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ta, clinfo1=' sbc  - Ta: ', mask1=tmask,   &
246         &                       tab3d_2=sa, clinfo2=       ' Sa: ', mask2=tmask, clinfo3='tra' )
247      !
248   END SUBROUTINE tra_sbc
249
250   !!======================================================================
251END MODULE trasbc
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.