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trasbc.F90 in trunk/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/TRA – NEMO

source: trunk/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/TRA/trasbc.F90 @ 2528

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Update NEMOGCM from branch nemo_v3_3_beta

  • Property svn:keywords set to Id
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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   !!----------------------------------------------------------------------
12
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   tra_sbc      : update the tracer trend at ocean surface
15   !!----------------------------------------------------------------------
16   USE oce             ! ocean dynamics and active tracers
17   USE sbc_oce         ! surface boundary condition: ocean
18   USE dom_oce         ! ocean space domain variables
19   USE phycst          ! physical constant
20   USE traqsr          ! solar radiation penetration
21   USE trdmod_oce      ! ocean trends
22   USE trdtra          ! ocean trends
23   USE in_out_manager  ! I/O manager
24   USE prtctl          ! Print control
25   USE restart         ! ocean restart
26   USE sbcrnf          ! River runoff 
27   USE sbcmod          ! ln_rnf 
28   USE iom
29   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
30
31   IMPLICIT NONE
32   PRIVATE
33
34   PUBLIC   tra_sbc    ! routine called by step.F90
35
36   !! * Substitutions
37#  include "domzgr_substitute.h90"
38#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
39   !!----------------------------------------------------------------------
40   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
41   !! $Id$
42   !! Software governed by the CeCILL licence (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
43   !!----------------------------------------------------------------------
44
45CONTAINS
46
47   SUBROUTINE tra_sbc ( kt )
48      !!----------------------------------------------------------------------
49      !!                  ***  ROUTINE tra_sbc  ***
50      !!                   
51      !! ** Purpose :   Compute the tracer surface boundary condition trend of
52      !!      (flux through the interface, concentration/dilution effect)
53      !!      and add it to the general trend of tracer equations.
54      !!
55      !! ** Method :
56      !!      Following Roullet and Madec (2000), the air-sea flux can be divided
57      !!      into three effects: (1) Fext, external forcing;
58      !!      (2) Fwi, concentration/dilution effect due to water exchanged
59      !!         at the surface by evaporation, precipitations and runoff (E-P-R);
60      !!      (3) Fwe, tracer carried with the water that is exchanged.
61      !!
62      !!      Fext, flux through the air-sea interface for temperature and salt:
63      !!            - temperature : heat flux q (w/m2). If penetrative solar
64      !!         radiation q is only the non solar part of the heat flux, the
65      !!         solar part is added in traqsr.F routine.
66      !!            ta = ta + q /(rau0 rcp e3t)  for k=1
67      !!            - salinity    : no salt flux
68      !!
69      !!      The formulation for Fwb and Fwi vary according to the free
70      !!      surface formulation (linear or variable volume).
71      !!      * Linear free surface
72      !!            The surface freshwater flux modifies the ocean volume
73      !!         and thus the concentration of a tracer and the temperature.
74      !!         First order of the effect of surface freshwater exchange
75      !!         for salinity, it can be neglected on temperature (especially
76      !!         as the temperature of precipitations and runoffs is usually
77      !!         unknown).
78      !!            - temperature : we assume that the temperature of both
79      !!         precipitations and runoffs is equal to the SST, thus there
80      !!         is no additional flux since in this case, the concentration
81      !!         dilution effect is balanced by the net heat flux associated
82      !!         to the freshwater exchange (Fwe+Fwi=0):
83      !!            (Tp P - Te E) + SST (P-E) = 0 when Tp=Te=SST
84      !!            - salinity    : evaporation, precipitation and runoff
85      !!         water has a zero salinity (Fwe=0), thus only Fwi remains:
86      !!            sa = sa + emp * sn / e3t   for k=1
87      !!         where emp, the surface freshwater budget (evaporation minus
88      !!         precipitation minus runoff) given in kg/m2/s is divided
89      !!         by 1035 kg/m3 (density of ocena water) to obtain m/s.   
90      !!         Note: even though Fwe does not appear explicitly for
91      !!         temperature in this routine, the heat carried by the water
92      !!         exchanged through the surface is part of the total heat flux
93      !!         forcing and must be taken into account in the global heat
94      !!         balance).
95      !!      * nonlinear free surface (variable volume, lk_vvl)
96      !!         contrary to the linear free surface case, Fwi is properly
97      !!         taken into account by using the true layer thicknesses to       
98      !!         calculate tracer content and advection. There is no need to
99      !!         deal with it in this routine.
100      !!           - temperature: Fwe=SST (P-E+R) is added to Fext.
101      !!           - salinity:  Fwe = 0, there is no surface flux of salt.
102      !!
103      !! ** Action  : - Update the 1st level of (ta,sa) with the trend associated
104      !!                with the tracer surface boundary condition
105      !!              - save the trend it in ttrd ('key_trdtra')
106      !!----------------------------------------------------------------------
107      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step index
108      !!
109      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn           ! dummy loop indices 
110      REAL(wp) ::   zfact, z1_e3t, zsrau, zdep
111      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  ztrdt, ztrds
112      !!----------------------------------------------------------------------
113
114      IF( kt == nit000 ) THEN
115         IF(lwp) WRITE(numout,*)
116         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'tra_sbc : TRAcer Surface Boundary Condition'
117         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~ '
118      ENDIF
119
120      zsrau = 1. / rau0             ! initialization
121
122      IF( l_trdtra )   THEN                    !* Save ta and sa trends
123         ALLOCATE( ztrdt(jpi,jpj,jpk) )   ;    ztrdt(:,:,:) = tsa(:,:,:,jp_tem)
124         ALLOCATE( ztrds(jpi,jpj,jpk) )   ;    ztrds(:,:,:) = tsa(:,:,:,jp_sal)
125      ENDIF
126
127!!gm      IF( .NOT.ln_traqsr )   qsr(:,:) = 0.e0   ! no solar radiation penetration
128      IF( .NOT.ln_traqsr ) THEN     ! no solar radiation penetration
129         qns(:,:) = qns(:,:) + qsr(:,:)      ! total heat flux in qns
130         qsr(:,:) = 0.e0                     ! qsr set to zero
131      ENDIF
132
133      !----------------------------------------
134      !        EMP, EMPS and QNS effects
135      !----------------------------------------
136      !                                          Set before sbc tracer content fields
137      !                                          ************************************
138      IF( kt == nit000 ) THEN                      ! Set the forcing field at nit000 - 1
139         !                                         ! -----------------------------------
140         IF( ln_rstart .AND.    &                     ! Restart: read in restart file
141              & iom_varid( numror, 'sbc_hc_b', ldstop = .FALSE. ) > 0 ) THEN
142            IF(lwp) WRITE(numout,*) '          nit000-1 surface tracer content forcing fields red in the restart file'
143            zfact = 0.5e0
144            CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'sbc_hc_b', sbc_tsc_b(:,:,jp_tem) )   ! before heat content sbc trend
145            CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'sbc_sc_b', sbc_tsc_b(:,:,jp_sal) )   ! before salt content sbc trend
146         ELSE                                         ! No restart or restart not found: Euler forward time stepping
147            zfact = 1.e0
148            sbc_tsc_b(:,:,:) = 0.e0
149         ENDIF
150      ELSE                                         ! Swap of forcing fields
151         !                                         ! ----------------------
152         zfact = 0.5e0
153         sbc_tsc_b(:,:,:) = sbc_tsc(:,:,:)
154      ENDIF
155      !                                          Compute now sbc tracer content fields
156      !                                          *************************************
157
158                                                   ! Concentration dilution effect on (t,s) due to 
159                                                   ! evaporation, precipitation and qns, but not river runoff
160                                               
161      IF( lk_vvl ) THEN                            ! Variable Volume case
162         DO jj = 2, jpj
163            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
164               ! temperature : heat flux + cooling/heating effet of EMP flux
165               sbc_tsc(ji,jj,jp_tem) = ro0cpr * qns(ji,jj) - zsrau * emp(ji,jj) * tsn(ji,jj,1,jp_tem)
166               ! concent./dilut. effect due to sea-ice melt/formation and (possibly) SSS restoration
167               sbc_tsc(ji,jj,jp_sal) = ( emps(ji,jj) - emp(ji,jj) ) * zsrau * tsn(ji,jj,1,jp_sal)
168            END DO
169         END DO
170      ELSE                                         ! Constant Volume case
171         DO jj = 2, jpj
172            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
173               ! temperature : heat flux
174               sbc_tsc(ji,jj,jp_tem) = ro0cpr * qns(ji,jj)
175               ! salinity    : salt flux + concent./dilut. effect (both in emps)
176               sbc_tsc(ji,jj,jp_sal) = zsrau * emps(ji,jj) * tsn(ji,jj,1,jp_sal)
177            END DO
178         END DO
179      ENDIF
180      ! Concentration dilution effect on (t,s) due to evapouration, precipitation and qns, but not river runoff 
181      DO jn = 1, jpts
182         DO jj = 2, jpj
183            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
184               z1_e3t = zfact / fse3t(ji,jj,1)
185               tsa(ji,jj,1,jn) = tsa(ji,jj,1,jn) + ( sbc_tsc_b(ji,jj,jn) + sbc_tsc(ji,jj,jn) ) * z1_e3t
186            END DO
187         END DO
188      END DO
189      !                                          Write in the ocean restart file
190      !                                          *******************************
191      IF( lrst_oce ) THEN
192         IF(lwp) WRITE(numout,*)
193         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'sbc : ocean surface tracer content forcing fields written in ocean restart file ',   &
194            &                    'at it= ', kt,' date= ', ndastp
195         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~'
196         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'sbc_hc_b', sbc_tsc(:,:,jp_tem) )
197         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'sbc_sc_b', sbc_tsc(:,:,jp_sal) )
198      ENDIF
199      !
200      !----------------------------------------
201      !        River Runoff effects
202      !----------------------------------------
203      !
204      zfact = 0.5e0
205
206      ! Effect on (t,s) due to river runoff (dilution effect automatically applied via vertical tracer advection)
207      IF( ln_rnf ) THEN 
208         DO jj = 2, jpj 
209            DO ji = fs_2, fs_jpim1
210               zdep = 1. / h_rnf(ji,jj)
211               zdep = zfact * zdep 
212               IF ( rnf(ji,jj) .ne. 0.0 ) THEN
213                  DO jk = 1, nk_rnf(ji,jj)
214                                        tsa(ji,jj,jk,jp_tem) = tsa(ji,jj,jk,jp_tem)   &
215                                          &               +  ( rnf_tsc_b(ji,jj,jp_tem) + rnf_tsc(ji,jj,jp_tem) ) * zdep
216                     IF( ln_rnf_sal )   tsa(ji,jj,jk,jp_sal) = tsa(ji,jj,jk,jp_sal)   &
217                                          &               +  ( rnf_tsc_b(ji,jj,jp_sal) + rnf_tsc(ji,jj,jp_sal) ) * zdep 
218                  ENDDO
219               ENDIF
220            ENDDO 
221         ENDDO 
222      ENDIF 
223!!gm  It should be useless
224      CALL lbc_lnk( tsa(:,:,:,jp_tem), 'T', 1. )    ;    CALL lbc_lnk( tsa(:,:,:,jp_sal), 'T', 1. )
225
226      IF( l_trdtra )   THEN                      ! save the horizontal diffusive trends for further diagnostics
227         ztrdt(:,:,:) = tsa(:,:,:,jp_tem) - ztrdt(:,:,:)
228         ztrds(:,:,:) = tsa(:,:,:,jp_sal) - ztrds(:,:,:)
229         CALL trd_tra( kt, 'TRA', jp_tem, jptra_trd_nsr, ztrdt )
230         CALL trd_tra( kt, 'TRA', jp_sal, jptra_trd_nsr, ztrds )
231         DEALLOCATE( ztrdt )      ;     DEALLOCATE( ztrds )
232      ENDIF
233      !
234      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=tsa(:,:,:,jp_tem), clinfo1=' sbc  - Ta: ', mask1=tmask,   &
235         &                       tab3d_2=tsa(:,:,:,jp_sal), clinfo2=       ' Sa: ', mask2=tmask, clinfo3='tra' )
236      !
237   END SUBROUTINE tra_sbc
238
239   !!======================================================================
240END MODULE trasbc
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.