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trasbc.F90 in branches/UKMO/dev_r7573_xios_write/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/TRA – NEMO

source: branches/UKMO/dev_r7573_xios_write/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/TRA/trasbc.F90 @ 8079

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#1882 a first working version with XIOS writing restart file. Works with MO suite u-am389

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