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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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limsbc_2.F90 in trunk/NEMO/LIM_SRC_2 – NEMO

source: trunk/NEMO/LIM_SRC_2/limsbc_2.F90 @ 1291

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cleanning related to lim2 namelist, prepare changeset: 1229, see ticket:258

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 14.6 KB
Line 
1MODULE limsbc_2
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE limsbc_2   ***
4   !!           computation of the flux at the sea ice/ocean interface
5   !!======================================================================
6   !! History : 00-01 (H. Goosse) Original code
7   !!           02-07 (C. Ethe, G. Madec) re-writing F90
8   !!           06-07 (G. Madec) surface module
9   !!----------------------------------------------------------------------
10#if defined key_lim2
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   !!   'key_lim2'                                    LIM 2.0 sea-ice model
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   !!   lim_sbc_2  : flux at the ice / ocean interface
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   USE par_oce          ! ocean parameters
18   USE dom_oce          ! ocean domain
19   USE sbc_ice          ! surface boundary condition
20   USE sbc_oce          ! surface boundary condition
21   USE phycst           ! physical constants
22   USE ice_oce          ! sea-ice variable
23   USE ice_2            ! LIM sea-ice variables
24   USE dynspg_oce       ! choice of the surface pressure gradient scheme
25
26   USE lbclnk           ! ocean lateral boundary condition
27   USE in_out_manager   ! I/O manager
28   USE albedo           ! albedo parameters
29   USE prtctl           ! Print control
30   USE cpl_oasis3, ONLY : lk_cpl
31
32   IMPLICIT NONE
33   PRIVATE
34
35   PUBLIC lim_sbc_2     ! called by sbc_ice_lim_2
36
37   REAL(wp)  ::   epsi16 = 1.e-16  ! constant values
38   REAL(wp)  ::   rzero  = 0.e0   
39   REAL(wp)  ::   rone   = 1.e0
40
41   !! * Substitutions
42#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
43   !!----------------------------------------------------------------------
44   !!   LIM 2.0,  UCL-LOCEAN-IPSL (2006)
45   !! $Id$
46   !! Software governed by the CeCILL licence (modipsl/doc/NEMO_CeCILL.txt)
47   !!----------------------------------------------------------------------
48
49CONTAINS
50
51   SUBROUTINE lim_sbc_2( kt )
52      !!-------------------------------------------------------------------
53      !!                ***  ROUTINE lim_sbc_2 ***
54      !! 
55      !! ** Purpose : Update surface ocean boundary condition over areas
56      !!      that are at least partially covered by sea-ice
57      !!         
58      !! ** Action  : - comput. of the momentum, heat and freshwater/salt
59      !!      fluxes at the ice-ocean interface.
60      !!              - Update
61      !!     
62      !! ** Outputs : - qsr     : sea heat flux:     solar
63      !!              - qns     : sea heat flux: non solar
64      !!              - emp     : freshwater budget: volume flux
65      !!              - emps    : freshwater budget: concentration/dillution
66      !!              - utau    : sea surface i-stress (ocean referential)
67      !!              - vtau    : sea surface j-stress (ocean referential)
68      !!              - fr_i    : ice fraction
69      !!              - tn_ice  : sea-ice surface temperature
70      !!              - alb_ice : sea-ice alberdo (lk_cpl=T)
71      !!
72      !! References : Goosse, H. et al. 1996, Bul. Soc. Roy. Sc. Liege, 65, 87-90.
73      !!              Tartinville et al. 2001 Ocean Modelling, 3, 95-108.
74      !!---------------------------------------------------------------------
75      INTEGER ::   kt    ! number of iteration
76      !!
77      INTEGER  ::   ji, jj           ! dummy loop indices
78      INTEGER  ::   ifvt, i1mfr, idfr               ! some switches
79      INTEGER  ::   iflt, ial, iadv, ifral, ifrdv
80      REAL(wp) ::   zqsr  , zqns     ! solar & non solar heat flux
81      REAL(wp) ::   zinda            ! switch for testing the values of ice concentration
82      REAL(wp) ::   zfons            ! salt exchanges at the ice/ocean interface
83      REAL(wp) ::   zemp             ! freshwater exchanges at the ice/ocean interface
84      REAL(wp) ::   zfrldu, zfrldv   ! lead fraction at U- & V-points
85      REAL(wp) ::   zutau , zvtau    ! lead fraction at U- & V-points
86      REAL(wp) ::   zu_io , zv_io    ! 2 components of the ice-ocean velocity
87! interface 2D --> 3D
88      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,1) ::   zalb     ! albedo of ice under overcast sky
89      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,1) ::   zalbp    ! albedo of ice under clear sky
90      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,1) ::   zsist    ! surface ice temperature (K)
91      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,1) ::   zhicif   ! ice thickness
92      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,1) ::   zhsnif   ! snow thickness
93      REAL(wp) ::   zsang, zmod, zfm
94      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   ztio_u, ztio_v   ! ocean stress below sea-ice
95
96      !!---------------------------------------------------------------------
97     
98      IF( kt == nit000 ) THEN
99         IF(lwp) WRITE(numout,*)
100         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'lim_sbc_2 : LIM 2.0 sea-ice - surface boundary condition'
101         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~   '
102      ENDIF
103
104      !------------------------------------------!
105      !      heat flux at the ocean surface      !
106      !------------------------------------------!
107
108!!gm
109!!gm CAUTION   
110!!gm re-verifies the non solar expression, especially over open ocen
111!!gm
112      DO jj = 1, jpj
113         DO ji = 1, jpi
114            zinda   = 1.0   - MAX( rzero , SIGN( rone, - ( 1.0 - pfrld(ji,jj) )   ) )
115            ifvt    = zinda * MAX( rzero , SIGN( rone,  - phicif(ji,jj)           ) )
116            i1mfr   = 1.0   - MAX( rzero , SIGN( rone, - ( 1.0 - frld(ji,jj) )    ) )
117            idfr    = 1.0   - MAX( rzero , SIGN( rone, frld(ji,jj) - pfrld(ji,jj) ) )
118            iflt    = zinda  * (1 - i1mfr) * (1 - ifvt )
119            ial     = ifvt   * i1mfr + ( 1 - ifvt ) * idfr
120            iadv    = ( 1  - i1mfr ) * zinda
121            ifral   = ( 1  - i1mfr * ( 1 - ial ) )   
122            ifrdv   = ( 1  - ifral * ( 1 - ial ) ) * iadv 
123
124!!$            zinda   = 1.0 - AINT( pfrld(ji,jj) )                   !   = 0. if pure ocean else 1. (at previous time)
125!!$
126!!$            i1mfr   = 1.0 - AINT(  frld(ji,jj) )                   !   = 0. if pure ocean else 1. (at current  time)
127!!$
128!!$            IF( phicif(ji,jj) <= 0. ) THEN   ;   ifvt = zinda      !   = 1. if (snow and no ice at previous time) else 0. ???
129!!$            ELSE                             ;   ifvt = 0.
130!!$            ENDIF
131!!$
132!!$            IF( frld(ji,jj) >= pfrld(ji,jj) ) THEN   ;   idfr = 0.  !   = 0. if lead fraction increases from previous to current
133!!$            ELSE                                     ;   idfr = 1.   
134!!$            ENDIF
135!!$
136!!$            iflt    = zinda  * (1 - i1mfr) * (1 - ifvt )    !   = 1. if ice (not only snow) at previous and pure ocean at current
137!!$
138!!$            ial     = ifvt   * i1mfr    +    ( 1 - ifvt ) * idfr
139!!$!                 snow no ice   ice         ice or nothing  lead fraction increases
140!!$!                 at previous   now           at previous
141!!$!                -> ice aera increases  ???         -> ice aera decreases ???
142!!$
143!!$            iadv    = ( 1  - i1mfr ) * zinda 
144!!$!                     pure ocean      ice at
145!!$!                     at current      previous
146!!$!                        -> = 1. if ice disapear between previous and current
147!!$
148!!$            ifral   = ( 1  - i1mfr * ( 1 - ial ) ) 
149!!$!                            ice at     ???
150!!$!                            current         
151!!$!                         -> ???
152!!$
153!!$            ifrdv   = ( 1  - ifral * ( 1 - ial ) ) * iadv
154!!$!                                                    ice disapear                           
155!!$
156!!$
157
158            !   computation the solar flux at ocean surface
159#if defined key_coupled 
160            zqsr = qsr_tot(ji,jj) + ( fstric(ji,jj) - qsr_ice(ji,jj) ) * ( 1.0 - pfrld(ji,jj) )
161#else
162            zqsr = pfrld(ji,jj) * qsr(ji,jj)  + ( 1.  - pfrld(ji,jj) ) * fstric(ji,jj)
163#endif           
164            !  computation the non solar heat flux at ocean surface
165            zqns    =  - ( 1. - thcm(ji,jj) ) * zqsr   &   ! part of the solar energy used in leads
166               &       + iflt    * ( fscmbq(ji,jj) + ffltbif(ji,jj) )                            &
167               &       + ifral   * ( ial * qcmif(ji,jj) + (1 - ial) * qldif(ji,jj) ) / rdt_ice   &
168               &       + ifrdv   * ( qfvbq(ji,jj) + qdtcn(ji,jj) ) / rdt_ice
169
170            fsbbq(ji,jj) = ( 1.0 - ( ifvt + iflt ) ) * fscmbq(ji,jj)     ! ???
171           
172            qsr  (ji,jj) = zqsr                                          ! solar heat flux
173            qns  (ji,jj) = zqns - fdtcn(ji,jj)                           ! non solar heat flux
174         END DO
175      END DO
176 
177      !------------------------------------------!
178      !      mass flux at the ocean surface      !
179      !------------------------------------------!
180
181!!gm
182!!gm CAUTION   
183!!gm re-verifies the emp & emps expression, especially the absence of 1-frld on zfm
184!!gm
185      DO jj = 1, jpj
186         DO ji = 1, jpi
187           
188#if defined key_coupled
189          zemp = emp_tot(ji,jj) - emp_ice(ji,jj) * ( 1. - pfrld(ji,jj) )    &   !
190             &   + rdmsnif(ji,jj) / rdt_ice                                     !  freshwaterflux due to snow melting
191#else
192!!$            !  computing freshwater exchanges at the ice/ocean interface
193!!$            zpme = - evap(ji,jj)    *   frld(ji,jj)           &   !  evaporation over oceanic fraction
194!!$               &   + tprecip(ji,jj)                           &   !  total precipitation
195!!$               &   - sprecip(ji,jj) * ( 1. - pfrld(ji,jj) )   &   !  remov. snow precip over ice
196!!$               &   - rdmsnif(ji,jj) / rdt_ice                     !  freshwaterflux due to snow melting
197            !  computing freshwater exchanges at the ice/ocean interface
198            zemp = + emp(ji,jj)     *         frld(ji,jj)      &   !  e-p budget over open ocean fraction
199               &   - tprecip(ji,jj) * ( 1. -  frld(ji,jj) )    &   !  liquid precipitation reaches directly the ocean
200               &   + sprecip(ji,jj) * ( 1. - pfrld(ji,jj) )    &   !  taking into account change in ice cover within the time step
201               &   + rdmsnif(ji,jj) / rdt_ice                      !  freshwaterflux due to snow melting
202               !                                                   !  ice-covered fraction:
203#endif           
204
205            !  computing salt exchanges at the ice/ocean interface
206            zfons =  ( soce - sice ) * ( rdmicif(ji,jj) / rdt_ice ) 
207           
208            !  converting the salt flux from ice to a freshwater flux from ocean
209            zfm  = zfons / ( sss_m(ji,jj) + epsi16 )
210           
211            emps(ji,jj) = zemp + zfm      ! surface ocean concentration/dilution effect (use on SSS evolution)
212            emp (ji,jj) = zemp            ! surface ocean volume flux (use on sea-surface height evolution)
213
214         END DO
215      END DO
216
217      IF( lk_dynspg_rl )    emp (:,:) = emps(:,:)      ! rigid-lid formulation : emp = emps
218
219      !------------------------------------------!
220      !    momentum flux at the ocean surface    !
221      !------------------------------------------!
222
223      IF ( ln_limdyn ) THEN                        ! Update the stress over ice-over area (only in ice-dynamic case)
224         !                                         ! otherwise the atmosphere-ocean stress is used everywhere
225
226         ! ... ice stress over ocean with a ice-ocean rotation angle (at I-point)
227!CDIR NOVERRCHK
228         DO jj = 1, jpj
229!CDIR NOVERRCHK
230            DO ji = 1, jpi
231               ! ... change the cosinus angle sign in the south hemisphere
232               zsang  = SIGN(1.e0, gphif(ji,jj) ) * sangvg
233               ! ... ice velocity relative to the ocean
234               zu_io  = ui_ice(ji,jj) - ui_oce(ji,jj)
235               zv_io  = vi_ice(ji,jj) - vi_oce(ji,jj)
236               zmod   = rhoco * SQRT( zu_io * zu_io + zv_io * zv_io )
237               ! ... ice stress over ocean with a ice-ocean rotation angle (at I-point)
238               ztio_u(ji,jj) = zmod * ( cangvg * zu_io - zsang * zv_io )
239               ztio_v(ji,jj) = zmod * ( cangvg * zv_io + zsang * zu_io )
240               !
241            END DO
242         END DO
243
244         DO jj = 2, jpjm1
245            DO ji = 2, jpim1
246               ! ... ice-cover wheighted ice-ocean stress at U and V-points  (from I-point values)
247               zutau  = 0.5 * ( ztio_u(ji+1,jj) + ztio_u(ji+1,jj+1) )
248               zvtau  = 0.5 * ( ztio_v(ji,jj+1) + ztio_v(ji+1,jj+1) )
249               ! ... open-ocean (lead) fraction at U- & V-points (from T-point values)
250               zfrldu = 0.5 * ( frld (ji,jj) + frld (ji+1,jj  ) )
251               zfrldv = 0.5 * ( frld (ji,jj) + frld (ji  ,jj+1) )
252               ! update surface ocean stress
253               utau(ji,jj) = zfrldu * utau(ji,jj) + ( 1. - zfrldu ) * zutau
254               vtau(ji,jj) = zfrldv * vtau(ji,jj) + ( 1. - zfrldv ) * zvtau
255               !
256            END DO
257         END DO
258
259         ! boundary condition on the stress (utau,vtau)
260         CALL lbc_lnk( utau, 'U', -1. )
261         CALL lbc_lnk( vtau, 'V', -1. )
262
263      ENDIF
264
265      !-----------------------------------------------!
266      !   Storing the transmitted variables           !
267      !-----------------------------------------------!
268
269      fr_i  (:,:) = 1.0 - frld(:,:)       ! sea-ice fraction
270
271      IF ( lk_cpl ) THEN           
272         ! Ice surface temperature
273         tn_ice(:,:) = sist(:,:)          ! sea-ice surface temperature       
274         ! Computation of snow/ice and ocean albedo
275         ! INTERFACE 3D versus 2D
276         zsist (:,:,1) = sist (:,:)
277         zhicif(:,:,1) = hicif(:,:)   ;   zhsnif(:,:,1) = hsnif(:,:)
278         CALL albedo_ice( zsist, zhicif, zhsnif, zalbp, zalb )
279         alb_ice(:,:) =  0.5 * ( zalbp(:,:,1) + zalb (:,:,1) )   ! Ice albedo (mean clear and overcast skys)
280      ENDIF
281
282      IF(ln_ctl) THEN
283         CALL prt_ctl(tab2d_1=qsr   , clinfo1=' lim_sbc: qsr    : ', tab2d_2=qns   , clinfo2=' qns     : ')
284         CALL prt_ctl(tab2d_1=emp   , clinfo1=' lim_sbc: emp    : ', tab2d_2=emps  , clinfo2=' emps    : ')
285         CALL prt_ctl(tab2d_1=utau  , clinfo1=' lim_sbc: utau   : ', mask1=umask,   &
286            &         tab2d_2=vtau  , clinfo2=' vtau    : '        , mask2=vmask )
287         CALL prt_ctl(tab2d_1=fr_i  , clinfo1=' lim_sbc: fr_i   : ', tab2d_2=tn_ice, clinfo2=' tn_ice  : ')
288      ENDIF
289   
290    END SUBROUTINE lim_sbc_2
291
292#else
293   !!----------------------------------------------------------------------
294   !!   Default option :        Dummy module       NO LIM 2.0 sea-ice model
295   !!----------------------------------------------------------------------
296CONTAINS
297   SUBROUTINE lim_sbc_2         ! Dummy routine
298   END SUBROUTINE lim_sbc_2
299#endif 
300
301   !!======================================================================
302END MODULE limsbc_2
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