source: branches/UKMO/dev_r5518_GO6_package/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/sbc_oce.F90 @ 8046

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UKMO/dev_r5518_GO6_package branch: Add extra option for freshwater input from ice shelves in coupled models.

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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
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_dm2dc       !: Daily mean to Diurnal Cycle short wave (qsr)
45   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_rnf         !: runoffs / runoff mouths
46   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_ssr         !: Sea Surface restoring on SST and/or SSS     
47   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_apr_dyn     !: Atmospheric pressure forcing used on dynamics (ocean & ice)
48   INTEGER , PUBLIC ::   nn_ice         !: flag for ice in the surface boundary condition (=0/1/2/3)
49   INTEGER , PUBLIC ::   nn_isf         !: flag for isf in the surface boundary condition (=0/1/2/3/4)
50   INTEGER , PUBLIC ::   nn_ice_embd    !: flag for levitating/embedding sea-ice in the ocean
51   !                                             !: =0 levitating ice (no mass exchange, concentration/dilution effect)
52   !                                             !: =1 levitating ice with mass and salt exchange but no presure effect
53   !                                             !: =2 embedded sea-ice (full salt and mass exchanges and pressure)
54   INTEGER , PUBLIC ::   nn_components  !: flag for sbc module (including sea-ice) coupling mode (see component definition below)
55   INTEGER , PUBLIC ::   nn_limflx      !: LIM3 Multi-category heat flux formulation
56   !                                             !: =-1  Use of per-category fluxes
57   !                                             !: = 0  Average per-category fluxes
58   !                                             !: = 1  Average then redistribute per-category fluxes
59   !                                             !: = 2  Redistribute a single flux over categories
60   INTEGER , PUBLIC ::   nn_fwb         !: FreshWater Budget:
61   !                                             !:  = 0 unchecked
62   !                                             !:  = 1 global mean of e-p-r set to zero at each nn_fsbc time step
63   !                                             !:  = 2 annual global mean of e-p-r set to zero
64   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_wave        !: true if some coupling with wave model
65   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_cdgw        !: true if neutral drag coefficient from wave model
66   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_sdw         !: true if 3d stokes drift from wave model
67   !
68   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_icebergs    !: Icebergs
69   !
70   INTEGER , PUBLIC ::   nn_lsm         !: Number of iteration if seaoverland is applied
71   !!----------------------------------------------------------------------
72   !!           switch definition (improve readability)
73   !!----------------------------------------------------------------------
74   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_gyre    = 0        !: GYRE analytical               formulation
75   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_ana     = 1        !: analytical                    formulation
76   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_flx     = 2        !: flux                          formulation
77   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_clio    = 3        !: CLIO bulk                     formulation
78   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_core    = 4        !: CORE bulk                     formulation
79   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_purecpl = 5        !: Pure ocean-atmosphere Coupled formulation
80   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_mfs     = 6        !: MFS  bulk                     formulation
81   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_none    = 7        !: for OPA when doing coupling via SAS module
82   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_esopa   = -1       !: esopa test, ALL formulations
83   
84   !!----------------------------------------------------------------------
85   !!           component definition
86   !!----------------------------------------------------------------------
87   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_iam_nemo = 0      !: Initial single executable configuration
88                                                         !  (no internal OASIS coupling)
89   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_iam_opa  = 1      !: Multi executable configuration - OPA component
90                                                         !  (internal OASIS coupling)
91   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_iam_sas  = 2      !: Multi executable configuration - SAS component
92                                                         !  (internal OASIS coupling)
93   !!----------------------------------------------------------------------
94   !!              Ocean Surface Boundary Condition fields
95   !!----------------------------------------------------------------------
96   INTEGER , PUBLIC ::  ncpl_qsr_freq            !: qsr coupling frequency per days from atmosphere
97   !
98   LOGICAL , PUBLIC ::   lhftau = .FALSE.        !: HF tau used in TKE: mean(stress module) - module(mean stress)
99   !!                                   !!   now    ! before   !!
100   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   utau   , utau_b   !: sea surface i-stress (ocean referential)     [N/m2]
101   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   vtau   , vtau_b   !: sea surface j-stress (ocean referential)     [N/m2]
102   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   taum              !: module of sea surface stress (at T-point)    [N/m2]
103   !! wndm is used onmpute surface gases exchanges in ice-free ocean or leads
104   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wndm              !: wind speed module at T-point (=|U10m-Uoce|)  [m/s]
105   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qsr               !: sea heat flux:     solar                     [W/m2]
106   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qns    , qns_b    !: sea heat flux: non solar                     [W/m2]
107   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qsr_tot           !: total     solar heat flux (over sea and ice) [W/m2]
108   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qns_tot           !: total non solar heat flux (over sea and ice) [W/m2]
109   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   emp    , emp_b    !: freshwater budget: volume flux               [Kg/m2/s]
110   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx    , sfx_b    !: salt flux                                    [PSU/m2/s]
111   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   emp_tot           !: total E-P over ocean and ice                 [Kg/m2/s]
112   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   fmmflx            !: freshwater budget: freezing/melting          [Kg/m2/s]
113   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   rnf    , rnf_b    !: river runoff        [Kg/m2/s] 
114   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   fwfisf , fwfisf_b !: ice shelf melting   [Kg/m2/s] 
115   !!
116   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::  sbc_tsc, sbc_tsc_b  !: sbc content trend                      [K.m/s] jpi,jpj,jpts
117   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::  qsr_hc , qsr_hc_b   !: heat content trend due to qsr flux     [K.m/s] jpi,jpj,jpk
118   !!
119   !!
120   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   tprecip           !: total precipitation                          [Kg/m2/s]
121   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sprecip           !: solid precipitation                          [Kg/m2/s]
122   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   fr_i              !: ice fraction = 1 - lead fraction      (between 0 to 1)
123#if defined key_cpl_carbon_cycle
124   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   atm_co2           !: atmospheric pCO2                             [ppm]
125#endif
126   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: xcplmask          !: coupling mask for ln_mixcpl (warning: allocated in sbccpl)
127   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   greenland_icesheet_mass_array, greenland_icesheet_mask
128   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   antarctica_icesheet_mass_array, antarctica_icesheet_mask
129
130   !!----------------------------------------------------------------------
131   !!                     Sea Surface Mean fields
132   !!----------------------------------------------------------------------
133   INTEGER , PUBLIC                     ::   nn_fsbc   !: frequency of sbc computation (as well as sea-ice model)
134   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ssu_m     !: mean (nn_fsbc time-step) surface sea i-current (U-point) [m/s]
135   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ssv_m     !: mean (nn_fsbc time-step) surface sea j-current (V-point) [m/s]
136   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sst_m     !: mean (nn_fsbc time-step) surface sea temperature     [Celsius]
137   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sss_m     !: mean (nn_fsbc time-step) surface sea salinity            [psu]
138   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ssh_m     !: mean (nn_fsbc time-step) sea surface height                [m]
139   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   e3t_m     !: mean (nn_fsbc time-step) sea surface layer thickness       [m]
140   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   frq_m     !: mean (nn_fsbc time-step) fraction of solar net radiation absorbed in the 1st T level [-]
141   
142   !!----------------------------------------------------------------------
143   !!  Surface scalars of total ice sheet mass for Greenland and Antarctica,
144   !! passed from atmosphere to be converted to dvol and hence a freshwater
145   !! flux  by using old values. New values are saved in the dump, to become
146   !! old values next coupling timestep. Freshwater fluxes split between
147   !! sub iceshelf melting and iceberg calving, scalled to flux per second
148   !!----------------------------------------------------------------------
149   
150   REAL(wp), PUBLIC  :: greenland_icesheet_mass, greenland_icesheet_mass_rate_of_change, greenland_icesheet_timelapsed 
151   REAL(wp), PUBLIC  :: antarctica_icesheet_mass, antarctica_icesheet_mass_rate_of_change, antarctica_icesheet_timelapsed
152
153   ! sbccpl namelist parameters associated with icesheet freshwater input code. Included here rather than in sbccpl.F90 to
154   ! avoid circular dependencies.
155   INTEGER, PUBLIC     ::   nn_coupled_iceshelf_fluxes     ! =0 : total freshwater input from iceberg calving and ice shelf basal melting
156                                                           ! taken from climatologies used (no action in coupling routines).
157                                                           ! =1 :  use rate of change of mass of Greenland and Antarctic icesheets to set the
158                                                           ! combined magnitude of the iceberg calving and iceshelf melting freshwater fluxes.
159                                                           ! =2 :  specify constant freshwater inputs in this namelist to set the combined
160                                                           ! magnitude of iceberg calving and iceshelf melting freshwater fluxes.
161   LOGICAL, PUBLIC     ::   ln_iceshelf_init_atmos         ! If true force ocean to initialise iceshelf masses from atmospheric values rather
162                                                           ! than values in ocean restart (applicable if nn_coupled_iceshelf_fluxes=1).
163   REAL(wp), PUBLIC    ::   rn_greenland_total_fw_flux    ! Constant total rate of freshwater input (kg/s) for Greenland (if nn_coupled_iceshelf_fluxes=2)
164   REAL(wp), PUBLIC    ::   rn_greenland_calving_fraction  ! Set fraction of total freshwater flux for iceberg calving - remainder goes to iceshelf melting.
165   REAL(wp), PUBLIC    ::   rn_antarctica_total_fw_flux   ! Constant total rate of freshwater input (kg/s) for Antarctica (if nn_coupled_iceshelf_fluxes=2)
166   REAL(wp), PUBLIC    ::   rn_antarctica_calving_fraction ! Set fraction of total freshwater flux for iceberg calving - remainder goes to iceshelf melting.
167   REAL(wp), PUBLIC    ::   rn_iceshelf_fluxes_tolerance   ! Absolute tolerance for detecting differences in icesheet masses.
168
169   !! * Substitutions
170#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
171   !!----------------------------------------------------------------------
172   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2011)
173   !! $Id$
174   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
175   !!----------------------------------------------------------------------
176CONTAINS
177
178   INTEGER FUNCTION sbc_oce_alloc()
179      !!---------------------------------------------------------------------
180      !!                  ***  FUNCTION sbc_oce_alloc  ***
181      !!---------------------------------------------------------------------
182      INTEGER :: ierr(5)
183      !!---------------------------------------------------------------------
184      ierr(:) = 0
185      !
186      ALLOCATE( utau(jpi,jpj) , utau_b(jpi,jpj) , taum(jpi,jpj) ,     &
187         &      vtau(jpi,jpj) , vtau_b(jpi,jpj) , wndm(jpi,jpj) , STAT=ierr(1) ) 
188         !
189      ALLOCATE( qns_tot(jpi,jpj) , qns  (jpi,jpj) , qns_b(jpi,jpj),        &
190         &      qsr_tot(jpi,jpj) , qsr  (jpi,jpj) ,                        &
191         &      emp    (jpi,jpj) , emp_b(jpi,jpj) ,                        &
192         &      sfx    (jpi,jpj) , sfx_b(jpi,jpj) , emp_tot(jpi,jpj), fmmflx(jpi,jpj), STAT=ierr(2) )
193         !
194      ALLOCATE( fwfisf  (jpi,jpj), rnf  (jpi,jpj) , sbc_tsc  (jpi,jpj,jpts) , qsr_hc  (jpi,jpj,jpk) ,     &
195         &      fwfisf_b(jpi,jpj), rnf_b(jpi,jpj) , sbc_tsc_b(jpi,jpj,jpts) , qsr_hc_b(jpi,jpj,jpk) , STAT=ierr(3) )
196         !
197      ALLOCATE( tprecip(jpi,jpj) , sprecip(jpi,jpj) , fr_i(jpi,jpj) ,     &
198#if defined key_cpl_carbon_cycle
199         &      atm_co2(jpi,jpj) ,                                        &
200#endif
201         &      ssu_m  (jpi,jpj) , sst_m(jpi,jpj) , frq_m(jpi,jpj) ,      &
202         &      ssv_m  (jpi,jpj) , sss_m(jpi,jpj) , ssh_m(jpi,jpj) , STAT=ierr(4) )
203      ALLOCATE( greenland_icesheet_mass_array(jpi,jpj) , antarctica_icesheet_mass_array(jpi,jpj) )
204      ALLOCATE( greenland_icesheet_mask(jpi,jpj) , antarctica_icesheet_mask(jpi,jpj) )
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.