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sbc_oce.F90 in branches/2017/dev_METO_2017/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC – NEMO

source: branches/2017/dev_METO_2017/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/sbc_oce.F90 @ 8908

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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   !!            4.0  ! 2016-06  (L. Brodeau) new unified bulk routine (based on AeroBulk)
13   !!----------------------------------------------------------------------
14
15   !!----------------------------------------------------------------------
16   !!   sbc_oce_alloc : allocation of sbc arrays
17   !!   sbc_tau2wnd   : wind speed estimated from wind stress
18   !!----------------------------------------------------------------------
19   USE par_oce        ! ocean parameters
20   USE in_out_manager ! I/O manager
21   USE lib_mpp        ! MPP library
22
23   IMPLICIT NONE
24   PRIVATE
25
26   PUBLIC   sbc_oce_alloc   ! routine called in sbcmod.F90
27   PUBLIC   sbc_tau2wnd     ! routine called in several sbc modules
28   
29   !!----------------------------------------------------------------------
30   !!           Namelist for the Ocean Surface Boundary Condition
31   !!----------------------------------------------------------------------
32   !                                   !!* namsbc namelist *
33   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_usr         !: user defined formulation
34   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_flx         !: flux      formulation
35   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_blk         !: bulk formulation
36#if defined key_oasis3
37   LOGICAL , PUBLIC ::   lk_oasis = .TRUE.  !: OASIS used
38#else
39   LOGICAL , PUBLIC ::   lk_oasis = .FALSE. !: OASIS unused
40#endif
41   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_cpl         !: ocean-atmosphere coupled formulation
42   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_mixcpl      !: ocean-atmosphere forced-coupled mixed formulation
43   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_dm2dc       !: Daily mean to Diurnal Cycle short wave (qsr)
44   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_rnf         !: runoffs / runoff mouths
45   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_isf         !: ice shelf melting
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_ice_embd    !: flag for levitating/embedding sea-ice in the ocean
50   !                                             !: =0 levitating ice (no mass exchange, concentration/dilution effect)
51   !                                             !: =1 levitating ice with mass and salt exchange but no presure effect
52   !                                             !: =2 embedded sea-ice (full salt and mass exchanges and pressure)
53   INTEGER , PUBLIC ::   nn_components  !: flag for sbc module (including sea-ice) coupling mode (see component definition below)
54   INTEGER , PUBLIC ::   nn_limflx      !: LIM3 Multi-category heat flux formulation
55   !                                             !: =-1  Use of per-category fluxes
56   !                                             !: = 0  Average per-category fluxes
57   !                                             !: = 1  Average then redistribute per-category fluxes
58   !                                             !: = 2  Redistribute a single flux over categories
59   INTEGER , PUBLIC ::   nn_fwb         !: FreshWater Budget:
60   !                                             !:  = 0 unchecked
61   !                                             !:  = 1 global mean of e-p-r set to zero at each nn_fsbc time step
62   !                                             !:  = 2 annual global mean of e-p-r set to zero
63   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_wave        !: true if some coupling with wave model
64   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_cdgw        !: true if neutral drag coefficient from wave model
65   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_sdw         !: true if 3d stokes drift from wave model
66   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_tauoc       !: true if normalized stress from wave is used
67   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_tauw        !: true if ocean stress components from wave is used
68   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_stcor       !: true if Stokes-Coriolis term is used
69   !
70   INTEGER , PUBLIC ::   nn_sdrift      ! type of parameterization to calculate vertical Stokes drift
71   !
72   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_icebergs    !: Icebergs
73   !
74   INTEGER , PUBLIC ::   nn_lsm         !: Number of iteration if seaoverland is applied
75   !!----------------------------------------------------------------------
76   !!           switch definition (improve readability)
77   !!----------------------------------------------------------------------
78   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_usr     = 1        !: user defined                  formulation
79   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_flx     = 2        !: flux                          formulation
80   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_blk     = 3        !: bulk                          formulation
81   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_purecpl = 4        !: Pure ocean-atmosphere Coupled formulation
82   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_none    = 5        !: for OPA when doing coupling via SAS module
83   
84   !!----------------------------------------------------------------------
85   !!           Stokes drift parametrization definition
86   !!----------------------------------------------------------------------
87   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_breivik  = 0     ! Breivik 2015: v_z=v_0*[exp(2*k*z)/(1-8*k*z)]
88   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_phillips = 1     ! Phillips: v_z=v_o*[exp(2*k*z)-beta*sqrt(-2*k*pi*z)*erfc(sqrt(-2*k*z))]
89   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_peakfr   = 2     ! Phillips using the peak wave number read from wave model instead of the inverse depth scale
90
91   !!----------------------------------------------------------------------
92   !!           component definition
93   !!----------------------------------------------------------------------
94   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_iam_nemo = 0      !: Initial single executable configuration
95                                                         !  (no internal OASIS coupling)
96   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_iam_opa  = 1      !: Multi executable configuration - OPA component
97                                                         !  (internal OASIS coupling)
98   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jp_iam_sas  = 2      !: Multi executable configuration - SAS component
99                                                         !  (internal OASIS coupling)
100   !!----------------------------------------------------------------------
101   !!              Ocean Surface Boundary Condition fields
102   !!----------------------------------------------------------------------
103   INTEGER , PUBLIC ::  ncpl_qsr_freq            !: qsr coupling frequency per days from atmosphere
104   !
105   LOGICAL , PUBLIC ::   lhftau = .FALSE.        !: HF tau used in TKE: mean(stress module) - module(mean stress)
106   !!                                   !!   now    ! before   !!
107   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   utau   , utau_b   !: sea surface i-stress (ocean referential)     [N/m2]
108   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   vtau   , vtau_b   !: sea surface j-stress (ocean referential)     [N/m2]
109   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   taum              !: module of sea surface stress (at T-point)    [N/m2]
110   !! wndm is used onmpute surface gases exchanges in ice-free ocean or leads
111   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wndm              !: wind speed module at T-point (=|U10m-Uoce|)  [m/s]
112   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qsr               !: sea heat flux:     solar                     [W/m2]
113   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qns    , qns_b    !: sea heat flux: non solar                     [W/m2]
114   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qsr_tot           !: total     solar heat flux (over sea and ice) [W/m2]
115   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qns_tot           !: total non solar heat flux (over sea and ice) [W/m2]
116   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   emp    , emp_b    !: freshwater budget: volume flux               [Kg/m2/s]
117   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx    , sfx_b    !: salt flux                                    [PSU/m2/s]
118   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   emp_tot           !: total E-P over ocean and ice                 [Kg/m2/s]
119   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   fmmflx            !: freshwater budget: freezing/melting          [Kg/m2/s]
120   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   rnf    , rnf_b    !: river runoff        [Kg/m2/s] 
121   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   fwfisf , fwfisf_b !: ice shelf melting   [Kg/m2/s] 
122   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   fwficb , fwficb_b !: iceberg melting [Kg/m2/s] 
123
124   !!
125   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::  sbc_tsc, sbc_tsc_b  !: sbc content trend                      [K.m/s] jpi,jpj,jpts
126   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::  qsr_hc , qsr_hc_b   !: heat content trend due to qsr flux     [K.m/s] jpi,jpj,jpk
127   !!
128   !!
129   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   tprecip           !: total precipitation                          [Kg/m2/s]
130   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sprecip           !: solid precipitation                          [Kg/m2/s]
131   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   fr_i              !: ice fraction = 1 - lead fraction      (between 0 to 1)
132   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   atm_co2           !: atmospheric pCO2                             [ppm]
133   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: xcplmask          !: coupling mask for ln_mixcpl (warning: allocated in sbccpl)
134
135   !!----------------------------------------------------------------------
136   !!                     Sea Surface Mean fields
137   !!----------------------------------------------------------------------
138   INTEGER , PUBLIC                     ::   nn_fsbc   !: frequency of sbc computation (as well as sea-ice model)
139   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ssu_m     !: mean (nn_fsbc time-step) surface sea i-current (U-point) [m/s]
140   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ssv_m     !: mean (nn_fsbc time-step) surface sea j-current (V-point) [m/s]
141   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sst_m     !: mean (nn_fsbc time-step) surface sea temperature     [Celsius]
142   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sss_m     !: mean (nn_fsbc time-step) surface sea salinity            [psu]
143   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ssh_m     !: mean (nn_fsbc time-step) sea surface height                [m]
144   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   e3t_m     !: mean (nn_fsbc time-step) sea surface layer thickness       [m]
145   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   frq_m     !: mean (nn_fsbc time-step) fraction of solar net radiation absorbed in the 1st T level [-]
146
147   !! * Substitutions
148#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
149   !!----------------------------------------------------------------------
150   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2011)
151   !! $Id$
152   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
153   !!----------------------------------------------------------------------
154CONTAINS
155
156   INTEGER FUNCTION sbc_oce_alloc()
157      !!---------------------------------------------------------------------
158      !!                  ***  FUNCTION sbc_oce_alloc  ***
159      !!---------------------------------------------------------------------
160      INTEGER :: ierr(5)
161      !!---------------------------------------------------------------------
162      ierr(:) = 0
163      !
164      ALLOCATE( utau(jpi,jpj) , utau_b(jpi,jpj) , taum(jpi,jpj) ,     &
165         &      vtau(jpi,jpj) , vtau_b(jpi,jpj) , wndm(jpi,jpj) , STAT=ierr(1) ) 
166         !
167      ALLOCATE( qns_tot(jpi,jpj) , qns  (jpi,jpj) , qns_b(jpi,jpj),        &
168         &      qsr_tot(jpi,jpj) , qsr  (jpi,jpj) ,                        &
169         &      emp    (jpi,jpj) , emp_b(jpi,jpj) ,                        &
170         &      sfx    (jpi,jpj) , sfx_b(jpi,jpj) , emp_tot(jpi,jpj), fmmflx(jpi,jpj), STAT=ierr(2) )
171         !
172      ALLOCATE( fwfisf  (jpi,jpj), rnf  (jpi,jpj) , sbc_tsc  (jpi,jpj,jpts) , qsr_hc  (jpi,jpj,jpk) ,  &
173         &      fwfisf_b(jpi,jpj), rnf_b(jpi,jpj) , sbc_tsc_b(jpi,jpj,jpts) , qsr_hc_b(jpi,jpj,jpk) ,  &
174         &      fwficb  (jpi,jpj), fwficb_b(jpi,jpj), STAT=ierr(3) )
175         !
176      ALLOCATE( tprecip(jpi,jpj) , sprecip(jpi,jpj) , fr_i(jpi,jpj) ,     &
177         &      atm_co2(jpi,jpj) ,                                        &
178         &      ssu_m  (jpi,jpj) , sst_m(jpi,jpj) , frq_m(jpi,jpj) ,      &
179         &      ssv_m  (jpi,jpj) , sss_m(jpi,jpj) , ssh_m(jpi,jpj) , STAT=ierr(4) )
180         !
181      ALLOCATE( e3t_m(jpi,jpj) , STAT=ierr(5) )
182         !
183      sbc_oce_alloc = MAXVAL( ierr )
184      IF( lk_mpp            )   CALL mpp_sum ( sbc_oce_alloc )
185      IF( sbc_oce_alloc > 0 )   CALL ctl_warn('sbc_oce_alloc: allocation of arrays failed')
186      !
187   END FUNCTION sbc_oce_alloc
188
189
190   SUBROUTINE sbc_tau2wnd
191      !!---------------------------------------------------------------------
192      !!                    ***  ROUTINE sbc_tau2wnd  ***
193      !!                   
194      !! ** Purpose : Estimation of wind speed as a function of wind stress   
195      !!
196      !! ** Method  : |tau|=rhoa*Cd*|U|^2
197      !!---------------------------------------------------------------------
198      USE dom_oce         ! ocean space and time domain
199      USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
200      REAL(wp) ::   zrhoa  = 1.22         ! Air density kg/m3
201      REAL(wp) ::   zcdrag = 1.5e-3       ! drag coefficient
202      REAL(wp) ::   ztx, zty, ztau, zcoef ! temporary variables
203      INTEGER  ::   ji, jj                ! dummy indices
204      !!---------------------------------------------------------------------
205      zcoef = 0.5 / ( zrhoa * zcdrag ) 
206      DO jj = 2, jpjm1
207         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
208            ztx = utau(ji-1,jj  ) + utau(ji,jj) 
209            zty = vtau(ji  ,jj-1) + vtau(ji,jj) 
210            ztau = SQRT( ztx * ztx + zty * zty )
211            wndm(ji,jj) = SQRT ( ztau * zcoef ) * tmask(ji,jj,1)
212         END DO
213      END DO
214      CALL lbc_lnk( wndm(:,:) , 'T', 1. )
215      !
216   END SUBROUTINE sbc_tau2wnd
217
218   !!======================================================================
219END MODULE sbc_oce
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.