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Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
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sbc_oce.F90 in branches/UKMO/AMM15_v3_6_STABLE_package_collate_coupling/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC – NEMO

source: branches/UKMO/AMM15_v3_6_STABLE_package_collate_coupling/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/sbc_oce.F90

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Merged Juan's changes for running AMM15 woth wave coupling.
Corrected minor logic error to allow AMM7-uncoupled to reproduce earlier results.
Few line spacing changes to allow merging with OBS br and trunk rvn 5518.
File size: 17.4 KB
Line 
1MODULE sbc_oce
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  sbc_oce  ***
4   !! Surface module :   variables defined in core memory
5   !!======================================================================
6   !! History :  3.0  ! 2006-06  (G. Madec)  Original code
7   !!             -   ! 2008-08  (G. Madec)  namsbc moved from sbcmod
8   !!            3.3  ! 2010-04  (M. Leclair, G. Madec)  Forcing averaged over 2 time steps
9   !!             -   ! 2010-11  (G. Madec) ice-ocean stress always computed at each ocean time-step
10   !!            3.3  ! 2010-10  (J. Chanut, C. Bricaud)  add the surface pressure forcing
11   !!            4.0  ! 2012-05  (C. Rousset) add attenuation coef for use in ice model
12   !!----------------------------------------------------------------------
13
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   !!   sbc_oce_alloc : allocation of sbc arrays
16   !!   sbc_tau2wnd   : wind speed estimated from wind stress
17   !!----------------------------------------------------------------------
18   USE par_oce        ! ocean parameters
19   USE in_out_manager ! I/O manager
20   USE lib_mpp        ! MPP library
21
22   IMPLICIT NONE
23   PRIVATE
24
25   PUBLIC   sbc_oce_alloc   ! routine called in sbcmod.F90
26   PUBLIC   sbc_tau2wnd     ! routine called in several sbc modules
27   
28   !!----------------------------------------------------------------------
29   !!           Namelist for the Ocean Surface Boundary Condition
30   !!----------------------------------------------------------------------
31   !                                   !!* namsbc namelist *
32   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_ana         !: analytical boundary condition flag
33   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_flx         !: flux      formulation
34   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_blk_clio    !: CLIO bulk formulation
35   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_blk_core    !: CORE bulk formulation
36   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_blk_mfs     !: MFS  bulk formulation
37#if defined key_oasis3 || defined key_oasis3mct
38   LOGICAL , PUBLIC ::   lk_oasis = .TRUE.  !: OASIS used
39#else
40   LOGICAL , PUBLIC ::   lk_oasis = .FALSE. !: OASIS unused
41#endif
42   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_cpl         !: ocean-atmosphere coupled formulation
43   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_mixcpl      !: ocean-atmosphere forced-coupled mixed formulation
44   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_wavcpl      !: ocean-wave forced-coupled mixed formulation
45   LOGICAL , PUBLIC ::   ll_purecpl     !: ocean-atmosphere or ocean-wave pure coupled formulation
46   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_dm2dc       !: Daily mean to Diurnal Cycle short wave (qsr)
47   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_rnf         !: runoffs / runoff mouths
48   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_ssr         !: Sea Surface restoring on SST and/or SSS     
49   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_apr_dyn     !: Atmospheric pressure forcing used on dynamics (ocean & ice)
50   LOGICAL, PUBLIC  ::   ln_usernfmask = .false.   !  use a runoff mask file to merge data received from several models
51                                                   !   -> file rnfmask.nc with the float variable called rnfmask (jpi,jpj,nn_cplmodel)
52   INTEGER , PUBLIC ::   nn_ice         !: flag for ice in the surface boundary condition (=0/1/2/3)
53   INTEGER , PUBLIC ::   nn_isf         !: flag for isf in the surface boundary condition (=0/1/2/3/4)
54   INTEGER , PUBLIC ::   nn_ice_embd    !: flag for levitating/embedding sea-ice in the ocean
55   !                                             !: =0 levitating ice (no mass exchange, concentration/dilution effect)
56   !                                             !: =1 levitating ice with mass and salt exchange but no presure effect
57   !                                             !: =2 embedded sea-ice (full salt and mass exchanges and pressure)
58   INTEGER , PUBLIC ::   nn_components  !: flag for sbc module (including sea-ice) coupling mode (see component definition below)
59   INTEGER , PUBLIC ::   nn_limflx      !: LIM3 Multi-category heat flux formulation
60   !                                             !: =-1  Use of per-category fluxes
61   !                                             !: = 0  Average per-category fluxes
62   !                                             !: = 1  Average then redistribute per-category fluxes
63   !                                             !: = 2  Redistribute a single flux over categories
64   INTEGER , PUBLIC ::   nn_fwb         !: FreshWater Budget:
65   !                                             !:  = 0 unchecked
66   !                                             !:  = 1 global mean of e-p-r set to zero at each nn_fsbc time step
67   !                                             !:  = 2 annual global mean of e-p-r set to zero
68   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_wave        !: true if some coupling with wave model
69   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_cdgw        !: true if neutral drag coefficient from wave model
70   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_sdw         !: true if 3d Stokes drift from wave model
71   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_stcor       !: true if Stokes-Coriolis term is used
72   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_tauoc       !: true if normalized stress from wave is used 
73   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_tauw        !: true if ocean stress components from wave is used 
74   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_phioc       !: true if wave energy to ocean is used 
75   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_rough       !: true if wave roughness equals significant wave height
76   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_zdfqiao     !: Enhanced wave vertical mixing Qiao(2010) formulation flag
77   INTEGER , PUBLIC ::   nn_drag        ! type of formula to calculate wind stress from wind components
78   INTEGER , PUBLIC ::   nn_wmix        ! type of wave breaking mixing
79   !
80   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_icebergs    !: Icebergs
81   !
82   INTEGER , PUBLIC ::   nn_lsm         !: Number of iteration if seaoverland is applied
83   !!----------------------------------------------------------------------
84   !!           switch definition (improve readability)
85   !!----------------------------------------------------------------------
86   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_gyre    = 0        !: GYRE analytical               formulation
87   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_ana     = 1        !: analytical                    formulation
88   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_flx     = 2        !: flux                          formulation
89   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_clio    = 3        !: CLIO bulk                     formulation
90   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_core    = 4        !: CORE bulk                     formulation
91   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_purecpl = 5        !: Pure ocean-atmosphere Coupled formulation
92   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_mfs     = 6        !: MFS  bulk                     formulation
93   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_none    = 7        !: for OPA when doing coupling via SAS module
94   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_esopa   = -1       !: esopa test, ALL formulations
95   
96   !!----------------------------------------------------------------------
97   !!           component definition
98   !!----------------------------------------------------------------------
99   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_iam_nemo = 0      !: Initial single executable configuration
100                                                         !  (no internal OASIS coupling)
101   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_iam_opa  = 1      !: Multi executable configuration - OPA component
102                                                         !  (internal OASIS coupling)
103   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_iam_sas  = 2      !: Multi executable configuration - SAS component
104                                                         !  (internal OASIS coupling)
105   !!----------------------------------------------------------------------
106   !!           wind stress definition
107   !!----------------------------------------------------------------------
108   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   jp_ukmo  = 0        ! UKMO SHELF formulation
109   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   jp_std   = 1        ! standard formulation with forced or coupled drag coefficient 
110   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   jp_const = 2        ! standard formulation with constant drag coefficient 
111   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   jp_mcore = 3        ! momentum calculated from core forcing fields 
112
113   !!----------------------------------------------------------------------
114   !!           Wave mixing vertical parameterization
115   !!----------------------------------------------------------------------
116   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   jp_craigbanner = 0  ! Craig and Banner formulation (original NEMO formulation -
117                                                       ! direct conversion of mechanical to turbulent energy)
118   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   jp_janssen     = 1  ! Janssen formulation - no assumption on direct energy conversion
119   !!----------------------------------------------------------------------
120   !!              Ocean Surface Boundary Condition fields
121   !!----------------------------------------------------------------------
122   INTEGER , PUBLIC ::  ncpl_qsr_freq            !: qsr coupling frequency per days from atmosphere
123   !
124   LOGICAL , PUBLIC ::   lhftau = .FALSE.        !: HF tau used in TKE: mean(stress module) - module(mean stress)
125   !!                                   !!   now    ! before   !!
126   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   utau   , utau_b   !: sea surface i-stress (ocean referential)     [N/m2]
127   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   vtau   , vtau_b   !: sea surface j-stress (ocean referential)     [N/m2]
128   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   taum              !: module of sea surface stress (at T-point)    [N/m2]
129   !! wndm is used onmpute surface gases exchanges in ice-free ocean or leads
130   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wndm              !: wind speed module at T-point (=|U10m-Uoce|)  [m/s]
131   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qsr               !: sea heat flux:     solar                     [W/m2]
132   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qns    , qns_b    !: sea heat flux: non solar                     [W/m2]
133   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qsr_tot           !: total     solar heat flux (over sea and ice) [W/m2]
134   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qns_tot           !: total non solar heat flux (over sea and ice) [W/m2]
135   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   emp    , emp_b    !: freshwater budget: volume flux               [Kg/m2/s]
136   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx    , sfx_b    !: salt flux                                    [PSU/m2/s]
137   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   emp_tot           !: total E-P over ocean and ice                 [Kg/m2/s]
138   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   fmmflx            !: freshwater budget: freezing/melting          [Kg/m2/s]
139   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   rnf    , rnf_b    !: river runoff        [Kg/m2/s] 
140   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   fwfisf , fwfisf_b !: ice shelf melting   [Kg/m2/s] 
141   !!
142   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::  sbc_tsc, sbc_tsc_b  !: sbc content trend                      [K.m/s] jpi,jpj,jpts
143   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::  qsr_hc , qsr_hc_b   !: heat content trend due to qsr flux     [K.m/s] jpi,jpj,jpk
144   !!
145   !!
146   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   tprecip           !: total precipitation                          [Kg/m2/s]
147   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sprecip           !: solid precipitation                          [Kg/m2/s]
148   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   fr_i              !: ice fraction = 1 - lead fraction      (between 0 to 1)
149   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   pressnow          !: UKMO SHELF pressure
150   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   apgu              !: UKMO SHELF pressure forcing
151   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   apgv              !: UKMO SHELF pressure forcing
152#if defined key_cpl_carbon_cycle
153   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   atm_co2           !: atmospheric pCO2                             [ppm]
154#endif
155   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: xcplmask          !: coupling mask for ln_mixcpl (warning: allocated in sbccpl)
156   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: xrnfmask          !: coupling mask for ln_usernfmask (warning: allocated in sbcrnf)
157
158   !!----------------------------------------------------------------------
159   !!                     Sea Surface Mean fields
160   !!----------------------------------------------------------------------
161   INTEGER , PUBLIC                     ::   nn_fsbc   !: frequency of sbc computation (as well as sea-ice model)
162   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ssu_m     !: mean (nn_fsbc time-step) surface sea i-current (U-point) [m/s]
163   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ssv_m     !: mean (nn_fsbc time-step) surface sea j-current (V-point) [m/s]
164   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sst_m     !: mean (nn_fsbc time-step) surface sea temperature     [Celsius]
165   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sss_m     !: mean (nn_fsbc time-step) surface sea salinity            [psu]
166   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ssh_m     !: mean (nn_fsbc time-step) sea surface height                [m]
167   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   e3t_m     !: mean (nn_fsbc time-step) sea surface layer thickness       [m]
168   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   frq_m     !: mean (nn_fsbc time-step) fraction of solar net radiation absorbed in the 1st T level [-]
169
170   !! * Substitutions
171#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
172   !!----------------------------------------------------------------------
173   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2011)
174   !! $Id$
175   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
176   !!----------------------------------------------------------------------
177CONTAINS
178
179   INTEGER FUNCTION sbc_oce_alloc()
180      !!---------------------------------------------------------------------
181      !!                  ***  FUNCTION sbc_oce_alloc  ***
182      !!---------------------------------------------------------------------
183      INTEGER :: ierr(5)
184      !!---------------------------------------------------------------------
185      ierr(:) = 0
186      !
187      ALLOCATE( utau(jpi,jpj) , utau_b(jpi,jpj) , taum(jpi,jpj) ,     &
188         &      vtau(jpi,jpj) , vtau_b(jpi,jpj) , wndm(jpi,jpj) , STAT=ierr(1) ) 
189         !
190      ALLOCATE( qns_tot(jpi,jpj) , qns  (jpi,jpj) , qns_b(jpi,jpj),        &
191         &      qsr_tot(jpi,jpj) , qsr  (jpi,jpj) ,                        &
192         &      emp    (jpi,jpj) , emp_b(jpi,jpj) ,                        &
193         &      sfx    (jpi,jpj) , sfx_b(jpi,jpj) , emp_tot(jpi,jpj), fmmflx(jpi,jpj), STAT=ierr(2) )
194         !
195      ALLOCATE( fwfisf  (jpi,jpj), rnf  (jpi,jpj) , sbc_tsc  (jpi,jpj,jpts) , qsr_hc  (jpi,jpj,jpk) ,     &
196         &      fwfisf_b(jpi,jpj), rnf_b(jpi,jpj) , sbc_tsc_b(jpi,jpj,jpts) , qsr_hc_b(jpi,jpj,jpk) , STAT=ierr(3) )
197         !
198      ALLOCATE( tprecip(jpi,jpj) , sprecip(jpi,jpj) , fr_i(jpi,jpj) ,     &
199#if defined key_cpl_carbon_cycle
200         &      atm_co2(jpi,jpj) ,                                        &
201#endif
202         &      ssu_m  (jpi,jpj) , sst_m(jpi,jpj) , frq_m(jpi,jpj) ,      &
203         &      pressnow(jpi,jpj), apgu(jpi,jpj)    , apgv(jpi,jpj) ,     &
204         &      ssv_m  (jpi,jpj) , sss_m(jpi,jpj) , ssh_m(jpi,jpj) , STAT=ierr(4) )
205         !
206#if defined key_vvl
207      ALLOCATE( e3t_m(jpi,jpj) , STAT=ierr(5) )
208#endif
209         !
210      sbc_oce_alloc = MAXVAL( ierr )
211      IF( lk_mpp            )   CALL mpp_sum ( sbc_oce_alloc )
212      IF( sbc_oce_alloc > 0 )   CALL ctl_warn('sbc_oce_alloc: allocation of arrays failed')
213      !
214   END FUNCTION sbc_oce_alloc
215
216
217   SUBROUTINE sbc_tau2wnd
218      !!---------------------------------------------------------------------
219      !!                    ***  ROUTINE sbc_tau2wnd  ***
220      !!                   
221      !! ** Purpose : Estimation of wind speed as a function of wind stress   
222      !!
223      !! ** Method  : |tau|=rhoa*Cd*|U|^2
224      !!---------------------------------------------------------------------
225      USE dom_oce         ! ocean space and time domain
226      USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
227      REAL(wp) ::   zrhoa  = 1.22         ! Air density kg/m3
228      REAL(wp) ::   zcdrag = 1.5e-3       ! drag coefficient
229      REAL(wp) ::   ztx, zty, ztau, zcoef ! temporary variables
230      INTEGER  ::   ji, jj                ! dummy indices
231      !!---------------------------------------------------------------------
232      zcoef = 0.5 / ( zrhoa * zcdrag ) 
233!CDIR NOVERRCHK
234      DO jj = 2, jpjm1
235!CDIR NOVERRCHK
236         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
237            ztx = utau(ji-1,jj  ) + utau(ji,jj) 
238            zty = vtau(ji  ,jj-1) + vtau(ji,jj) 
239            ztau = SQRT( ztx * ztx + zty * zty )
240            wndm(ji,jj) = SQRT ( ztau * zcoef ) * tmask(ji,jj,1)
241         END DO
242      END DO
243      CALL lbc_lnk( wndm(:,:) , 'T', 1. )
244      !
245   END SUBROUTINE sbc_tau2wnd
246
247   !!======================================================================
248END MODULE sbc_oce
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.