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trasbc.F90 in branches/UKMO/dev_r5518_v3.6_asm_nemovar_community/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/TRA – NEMO

source: branches/UKMO/dev_r5518_v3.6_asm_nemovar_community/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/TRA/trasbc.F90 @ 7731

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Line 
1MODULE trasbc
2   !!==============================================================================
3   !!                       ***  MODULE  trasbc  ***
4   !! Ocean active tracers:  surface boundary condition
5   !!==============================================================================
6   !! History :  OPA  !  1998-10  (G. Madec, G. Roullet, M. Imbard)  Original code
7   !!            8.2  !  2001-02  (D. Ludicone)  sea ice and free surface
8   !!  NEMO      1.0  !  2002-06  (G. Madec)  F90: Free form and module
9   !!            3.3  !  2010-04  (M. Leclair, G. Madec)  Forcing averaged over 2 time steps
10   !!             -   !  2010-09  (C. Ethe, G. Madec) Merge TRA-TRC
11   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) isf melting forcing
12   !!----------------------------------------------------------------------
13
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   !!   tra_sbc      : update the tracer trend at ocean surface
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   USE oce             ! ocean dynamics and active tracers
18   USE sbc_oce         ! surface boundary condition: ocean
19   USE dom_oce         ! ocean space domain variables
20   USE phycst          ! physical constant
21   USE sbcmod          ! ln_rnf 
22   USE sbcrnf          ! River runoff 
23   USE sbcisf          ! Ice shelf   
24   USE traqsr          ! solar radiation penetration
25   USE trd_oce         ! trends: ocean variables
26   USE trdtra          ! trends manager: tracers
27   !
28   USE in_out_manager  ! I/O manager
29   USE prtctl          ! Print control
30   USE iom
31   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
32   USE wrk_nemo        ! Memory Allocation
33   USE timing          ! Timing
34   USE eosbn2
35#if defined key_asminc   
36   USE asminc          ! Assimilation increment
37#endif
38
39   IMPLICIT NONE
40   PRIVATE
41
42   PUBLIC   tra_sbc    ! routine called by step.F90
43
44   !! * Substitutions
45#  include "domzgr_substitute.h90"
46#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
47   !!----------------------------------------------------------------------
48   !! NEMO/OPA 3.7 , NEMO Consortium (2014)
49   !! $Id$
50   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
51   !!----------------------------------------------------------------------
52CONTAINS
53
54   SUBROUTINE tra_sbc ( kt )
55      !!----------------------------------------------------------------------
56      !!                  ***  ROUTINE tra_sbc  ***
57      !!                   
58      !! ** Purpose :   Compute the tracer surface boundary condition trend of
59      !!      (flux through the interface, concentration/dilution effect)
60      !!      and add it to the general trend of tracer equations.
61      !!
62      !! ** Method :
63      !!      Following Roullet and Madec (2000), the air-sea flux can be divided
64      !!      into three effects: (1) Fext, external forcing;
65      !!      (2) Fwi, concentration/dilution effect due to water exchanged
66      !!         at the surface by evaporation, precipitations and runoff (E-P-R);
67      !!      (3) Fwe, tracer carried with the water that is exchanged.
68      !!            - salinity    : salt flux only due to freezing/melting
69      !!            sa = sa +  sfx / rau0 / e3t  for k=1
70      !!
71      !!      Fext, flux through the air-sea interface for temperature and salt:
72      !!            - temperature : heat flux q (w/m2). If penetrative solar
73      !!         radiation q is only the non solar part of the heat flux, the
74      !!         solar part is added in traqsr.F routine.
75      !!            ta = ta + q /(rau0 rcp e3t)  for k=1
76      !!            - salinity    : no salt flux
77      !!
78      !!      The formulation for Fwb and Fwi vary according to the free
79      !!      surface formulation (linear or variable volume).
80      !!      * Linear free surface
81      !!            The surface freshwater flux modifies the ocean volume
82      !!         and thus the concentration of a tracer and the temperature.
83      !!         First order of the effect of surface freshwater exchange
84      !!         for salinity, it can be neglected on temperature (especially
85      !!         as the temperature of precipitations and runoffs is usually
86      !!         unknown).
87      !!            - temperature : we assume that the temperature of both
88      !!         precipitations and runoffs is equal to the SST, thus there
89      !!         is no additional flux since in this case, the concentration
90      !!         dilution effect is balanced by the net heat flux associated
91      !!         to the freshwater exchange (Fwe+Fwi=0):
92      !!            (Tp P - Te E) + SST (P-E) = 0 when Tp=Te=SST
93      !!            - salinity    : evaporation, precipitation and runoff
94      !!         water has a zero salinity  but there is a salt flux due to
95      !!         freezing/melting, thus:
96      !!            sa = sa + emp * sn / rau0 / e3t   for k=1
97      !!                    + sfx    / rau0 / e3t
98      !!         where emp, the surface freshwater budget (evaporation minus
99      !!         precipitation minus runoff) given in kg/m2/s is divided
100      !!         by rau0 (density of sea water) to obtain m/s.   
101      !!         Note: even though Fwe does not appear explicitly for
102      !!         temperature in this routine, the heat carried by the water
103      !!         exchanged through the surface is part of the total heat flux
104      !!         forcing and must be taken into account in the global heat
105      !!         balance).
106      !!      * nonlinear free surface (variable volume, lk_vvl)
107      !!         contrary to the linear free surface case, Fwi is properly
108      !!         taken into account by using the true layer thicknesses to       
109      !!         calculate tracer content and advection. There is no need to
110      !!         deal with it in this routine.
111      !!           - temperature: Fwe=SST (P-E+R) is added to Fext.
112      !!           - salinity:  Fwe = 0, there is no surface flux of salt.
113      !!
114      !! ** Action  : - Update the 1st level of (ta,sa) with the trend associated
115      !!                with the tracer surface boundary condition
116      !!              - send trends to trdtra module (l_trdtra=T)
117      !!----------------------------------------------------------------------
118      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step index
119      !!
120      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn           ! dummy loop indices 
121      INTEGER  ::   ikt, ikb 
122      INTEGER  ::   nk_isf
123      REAL(wp) ::   zfact, z1_e3t, zdep
124      REAL(wp) ::   zalpha, zhk
125      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  ztrdt, ztrds
126      !!----------------------------------------------------------------------
127      !
128      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('tra_sbc')
129      !
130      IF( kt == nit000 ) THEN
131         IF(lwp) WRITE(numout,*)
132         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'tra_sbc : TRAcer Surface Boundary Condition'
133         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~ '
134      ENDIF
135
136      IF( l_trdtra ) THEN                    !* Save ta and sa trends
137         CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, ztrdt, ztrds ) 
138         ztrdt(:,:,:) = tsa(:,:,:,jp_tem)
139         ztrds(:,:,:) = tsa(:,:,:,jp_sal)
140      ENDIF
141
142!!gm      IF( .NOT.ln_traqsr )   qsr(:,:) = 0.e0   ! no solar radiation penetration
143      IF( .NOT.ln_traqsr ) THEN     ! no solar radiation penetration
144         qns(:,:) = qns(:,:) + qsr(:,:)      ! total heat flux in qns
145         qsr(:,:) = 0.e0                     ! qsr set to zero
146      ENDIF
147
148      !----------------------------------------
149      !        EMP, SFX and QNS effects
150      !----------------------------------------
151      !                                          Set before sbc tracer content fields
152      !                                          ************************************
153      IF( kt == nit000 ) THEN                      ! Set the forcing field at nit000 - 1
154         !                                         ! -----------------------------------
155         IF( ln_rstart .AND.    &                     ! Restart: read in restart file
156              & iom_varid( numror, 'sbc_hc_b', ldstop = .FALSE. ) > 0 ) THEN
157            IF(lwp) WRITE(numout,*) '          nit000-1 surface tracer content forcing fields red in the restart file'
158            zfact = 0.5_wp
159            CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'sbc_hc_b', sbc_tsc_b(:,:,jp_tem) )   ! before heat content sbc trend
160            CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'sbc_sc_b', sbc_tsc_b(:,:,jp_sal) )   ! before salt content sbc trend
161         ELSE                                         ! No restart or restart not found: Euler forward time stepping
162            zfact = 1._wp
163            sbc_tsc_b(:,:,:) = 0._wp
164         ENDIF
165      ELSE                                         ! Swap of forcing fields
166         !                                         ! ----------------------
167         zfact = 0.5_wp
168         sbc_tsc_b(:,:,:) = sbc_tsc(:,:,:)
169      ENDIF
170      !                                          Compute now sbc tracer content fields
171      !                                          *************************************
172
173                                                   ! Concentration dilution effect on (t,s) due to 
174                                                   ! evaporation, precipitation and qns, but not river runoff
175                                               
176      IF( lk_vvl ) THEN                            ! Variable Volume case  ==>> heat content of mass flux is in qns
177         DO jj = 1, jpj
178            DO ji = 1, jpi 
179               sbc_tsc(ji,jj,jp_tem) = r1_rau0_rcp * qns(ji,jj)                              ! non solar heat flux
180               sbc_tsc(ji,jj,jp_sal) = r1_rau0     * sfx(ji,jj)                              ! salt flux due to freezing/melting
181            END DO
182         END DO
183      ELSE                                         ! Constant Volume case ==>> Concentration dilution effect
184         DO jj = 2, jpj
185            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
186               ! temperature : heat flux
187               sbc_tsc(ji,jj,jp_tem) = r1_rau0_rcp * qns(ji,jj)                          &   ! non solar heat flux
188                  &                  + r1_rau0     * emp(ji,jj)  * tsn(ji,jj,1,jp_tem)       ! concent./dilut. effect
189               ! salinity    : salt flux + concent./dilut. effect (both in sfx)
190               sbc_tsc(ji,jj,jp_sal) = r1_rau0  * (  sfx(ji,jj)                          &   ! salt flux (freezing/melting)
191                  &                                + emp(ji,jj) * tsn(ji,jj,1,jp_sal) )      ! concent./dilut. effect
192            END DO
193         END DO
194         IF( iom_use('emp_x_sst') )   CALL iom_put( "emp_x_sst", emp (:,:) * tsn(:,:,1,jp_tem) )   ! c/d term on sst
195         IF( iom_use('emp_x_sss') )   CALL iom_put( "emp_x_sss", emp (:,:) * tsn(:,:,1,jp_sal) )   ! c/d term on sss
196      ENDIF
197      ! Concentration dilution effect on (t,s) due to evapouration, precipitation and qns, but not river runoff 
198      DO jn = 1, jpts
199         DO jj = 2, jpj
200            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
201               z1_e3t = zfact / fse3t(ji,jj,1)
202               tsa(ji,jj,1,jn) = tsa(ji,jj,1,jn) + ( sbc_tsc_b(ji,jj,jn) + sbc_tsc(ji,jj,jn) ) * z1_e3t
203            END DO
204         END DO
205      END DO
206      !                                          Write in the ocean restart file
207      !                                          *******************************
208      IF( lrst_oce ) THEN
209         IF(lwp) WRITE(numout,*)
210         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'sbc : ocean surface tracer content forcing fields written in ocean restart file ',   &
211            &                    'at it= ', kt,' date= ', ndastp
212         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~'
213         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'sbc_hc_b', sbc_tsc(:,:,jp_tem) )
214         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'sbc_sc_b', sbc_tsc(:,:,jp_sal) )
215      ENDIF
216      !
217      !
218      !----------------------------------------
219      !       Ice Shelf effects (ISF)
220      !     tbl treated as in Losh (2008) JGR
221      !----------------------------------------
222      !
223      IF( nn_isf > 0 ) THEN
224         zfact = 0.5e0
225         DO jj = 2, jpj
226            DO ji = fs_2, fs_jpim1
227         
228               ikt = misfkt(ji,jj)
229               ikb = misfkb(ji,jj)
230   
231               ! level fully include in the ice shelf boundary layer
232               ! if isfdiv, we have to remove heat flux due to inflow at 0oC (as in rnf when you add rnf at sst)
233               ! sign - because fwf sign of evapo (rnf sign of precip)
234               DO jk = ikt, ikb - 1
235               ! compute tfreez for the temperature correction (we add water at freezing temperature)
236               ! compute trend
237                  tsa(ji,jj,jk,jp_tem) = tsa(ji,jj,jk,jp_tem)                                          &
238                     &           + zfact * (risf_tsc_b(ji,jj,jp_tem) + risf_tsc(ji,jj,jp_tem)) * r1_hisf_tbl(ji,jj)
239                  tsa(ji,jj,jk,jp_sal) = tsa(ji,jj,jk,jp_sal)                                          &
240                     &           + zfact * (risf_tsc_b(ji,jj,jp_sal) + risf_tsc(ji,jj,jp_sal)) * r1_hisf_tbl(ji,jj)
241               END DO
242   
243               ! level partially include in ice shelf boundary layer
244               ! compute tfreez for the temperature correction (we add water at freezing temperature)
245               ! compute trend
246               tsa(ji,jj,ikb,jp_tem) = tsa(ji,jj,ikb,jp_tem)                                           &
247                  &              + zfact * (risf_tsc_b(ji,jj,jp_tem) + risf_tsc(ji,jj,jp_tem)) * r1_hisf_tbl(ji,jj) * ralpha(ji,jj)
248               tsa(ji,jj,ikb,jp_sal) = tsa(ji,jj,ikb,jp_sal)                                           &
249                  &              + zfact * (risf_tsc_b(ji,jj,jp_sal) + risf_tsc(ji,jj,jp_sal)) * r1_hisf_tbl(ji,jj) * ralpha(ji,jj) 
250            END DO
251         END DO
252         IF( lrst_oce ) THEN
253            IF(lwp) WRITE(numout,*)
254            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'sbc : isf surface tracer content forcing fields written in ocean restart file ',   &
255               &                    'at it= ', kt,' date= ', ndastp
256            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~'
257            CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'fwf_isf_b', fwfisf(:,:)          )
258            CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'isf_hc_b' , risf_tsc(:,:,jp_tem) )
259            CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'isf_sc_b' , risf_tsc(:,:,jp_sal) )
260         ENDIF
261      END IF
262      !
263      !----------------------------------------
264      !        River Runoff effects
265      !----------------------------------------
266      !
267      IF( ln_rnf ) THEN         ! input of heat and salt due to river runoff
268         zfact = 0.5_wp
269         DO jj = 2, jpj 
270            DO ji = fs_2, fs_jpim1
271               IF( rnf(ji,jj) /= 0._wp ) THEN
272                  zdep = zfact / h_rnf(ji,jj)
273                  DO jk = 1, nk_rnf(ji,jj)
274                                        tsa(ji,jj,jk,jp_tem) = tsa(ji,jj,jk,jp_tem)   &
275                                          &               +  ( rnf_tsc_b(ji,jj,jp_tem) + rnf_tsc(ji,jj,jp_tem) ) * zdep
276                     IF( ln_rnf_sal )   tsa(ji,jj,jk,jp_sal) = tsa(ji,jj,jk,jp_sal)   &
277                                          &               +  ( rnf_tsc_b(ji,jj,jp_sal) + rnf_tsc(ji,jj,jp_sal) ) * zdep 
278                  END DO
279               ENDIF
280            END DO 
281         END DO 
282      ENDIF
283
284#if defined key_asminc
285! WARNING: THIS MAY WELL NOT BE REQUIRED - WE DON'T WANT TO CHANGE T&S BUT THIS MAY COMPENSATE ANOTHER TERM...
286! Rate of change in e3t for each level is ssh_iau*e3t_0/ht_0
287! Contribution to tsa should be rate of change in level / per m of ocean? (hence the division by fse3t_n)
288      IF( ln_sshinc ) THEN         ! input of heat and salt due to assimilation
289         DO jj = 2, jpj 
290            DO ji = fs_2, fs_jpim1
291               zdep = ssh_iau(ji,jj) / ( ht_0(ji,jj) + 1.0 - ssmask(ji, jj) )
292               DO jk = 1, jpkm1
293                  tsa(ji,jj,jk,jp_tem) = tsa(ji,jj,jk,jp_tem)   &
294                                        &            + tsn(ji,jj,jk,jp_tem) * zdep * ( e3t_0(ji,jj,jk) / fse3t_n(ji,jj,jk) )
295                  tsa(ji,jj,jk,jp_sal) = tsa(ji,jj,jk,jp_sal)   &
296                                        &            + tsn(ji,jj,jk,jp_sal) * zdep * ( e3t_0(ji,jj,jk) / fse3t_n(ji,jj,jk) )
297               END DO
298            END DO 
299         END DO 
300      ENDIF
301#endif
302 
303      IF( l_trdtra )   THEN                      ! send trends for further diagnostics
304         ztrdt(:,:,:) = tsa(:,:,:,jp_tem) - ztrdt(:,:,:)
305         ztrds(:,:,:) = tsa(:,:,:,jp_sal) - ztrds(:,:,:)
306         CALL trd_tra( kt, 'TRA', jp_tem, jptra_nsr, ztrdt )
307         CALL trd_tra( kt, 'TRA', jp_sal, jptra_nsr, ztrds )
308         CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, ztrdt, ztrds ) 
309      ENDIF
310      !
311      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=tsa(:,:,:,jp_tem), clinfo1=' sbc  - Ta: ', mask1=tmask,   &
312         &                       tab3d_2=tsa(:,:,:,jp_sal), clinfo2=       ' Sa: ', mask2=tmask, clinfo3='tra' )
313      !
314      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('tra_sbc')
315      !
316   END SUBROUTINE tra_sbc
317
318   !!======================================================================
319END MODULE trasbc
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.