source: branches/UKMO/AMM15_v3_6_STABLE_package_collate_coupling/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/sbcflx.F90 @ 12470

Last change on this file since 12470 was 12470, checked in by jcastill, 12 months ago

Correct the calculation of wind velocity for shelf flux direct forcing - clean up the shelf flux direct forcing code

File size: 16.9 KB
Line 
1MODULE sbcflx
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  sbcflx  ***
4   !! Ocean forcing:  momentum, heat and freshwater flux formulation
5   !!=====================================================================
6   !! History :  1.0  !  2006-06  (G. Madec)  Original code
7   !!            3.3  !  2010-10  (S. Masson)  add diurnal cycle
8   !!----------------------------------------------------------------------
9
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   !!   namflx   : flux formulation namlist
12   !!   sbc_flx  : flux formulation as ocean surface boundary condition (forced mode, fluxes read in NetCDF files)
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
15   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
16   USE sbc_oce         ! surface boundary condition: ocean fields
17   USE sbcdcy          ! surface boundary condition: diurnal cycle on qsr
18   USE phycst          ! physical constants
19   USE fldread         ! read input fields
20   USE iom             ! IOM library
21   USE in_out_manager  ! I/O manager
22   USE sbcwave         ! wave physics
23   USE lib_mpp         ! distribued memory computing library
24   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
25   USE wrk_nemo        ! work arrays
26
27   IMPLICIT NONE
28   PRIVATE
29
30   PUBLIC sbc_flx       ! routine called by step.F90
31
32   INTEGER , PARAMETER ::   jpfld   = 6   ! maximum number of files to read
33   INTEGER , PARAMETER ::   jp_utau = 1   ! index of wind stress (i-component) file
34   INTEGER , PARAMETER ::   jp_vtau = 2   ! index of wind stress (j-component) file
35   INTEGER , PARAMETER ::   jp_qtot = 3   ! index of total (non solar+solar) heat file
36   INTEGER , PARAMETER ::   jp_qsr  = 4   ! index of solar heat file
37   INTEGER , PARAMETER ::   jp_emp  = 5   ! index of evaporation-precipation file
38   INTEGER , PARAMETER ::   jp_press = 6  ! index of pressure for UKMO shelf fluxes
39   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   sf    ! structure of input fields (file informations, fields read)
40   LOGICAL , PUBLIC    ::   ln_shelf_flx = .FALSE. ! UKMO SHELF specific flux flag
41   LOGICAL , PUBLIC    ::   ln_rel_wind = .FALSE.  ! UKMO SHELF specific flux flag - relative winds
42   REAL(wp)            ::   rn_wfac                ! multiplication factor for ice/ocean velocity in the calculation of wind stress (clem)
43   INTEGER             ::   jpfld_local   ! maximum number of files to read (locally modified depending on ln_shelf_flx)
44
45   !! * Substitutions
46#  include "domzgr_substitute.h90"
47#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
48   !!----------------------------------------------------------------------
49   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO-consortium (2010)
50   !! $Id$
51   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
52   !!----------------------------------------------------------------------
53CONTAINS
54
55   SUBROUTINE sbc_flx( kt )
56      !!---------------------------------------------------------------------
57      !!                    ***  ROUTINE sbc_flx  ***
58      !!                   
59      !! ** Purpose :   provide at each time step the surface ocean fluxes
60      !!                (momentum, heat, freshwater and runoff)
61      !!
62      !! ** Method  : - READ each fluxes in NetCDF files:
63      !!                   i-component of the stress              utau  (N/m2)
64      !!                   j-component of the stress              vtau  (N/m2)
65      !!                   net downward heat flux                 qtot  (watt/m2)
66      !!                   net downward radiative flux            qsr   (watt/m2)
67      !!                   net upward freshwater (evapo - precip) emp   (kg/m2/s)
68      !!
69      !!      CAUTION :  - never mask the surface stress fields
70      !!                 - the stress is assumed to be in the (i,j) mesh referential
71      !!
72      !! ** Action  :   update at each time-step
73      !!              - utau, vtau  i- and j-component of the wind stress
74      !!              - taum        wind stress module at T-point
75      !!              - wndm        10m wind module at T-point
76      !!              - qns         non solar heat flux including heat flux due to emp
77      !!              - qsr         solar heat flux
78      !!              - emp         upward mass flux (evap. - precip.)
79      !!              - sfx         salt flux; set to zero at nit000 but possibly non-zero
80      !!                            if ice is present (computed in limsbc(_2).F90)
81      !!----------------------------------------------------------------------
82      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
83      !!
84      INTEGER  ::   ji, jj, jf            ! dummy indices
85      INTEGER  ::   ierror                ! return error code
86      INTEGER  ::   ios                   ! Local integer output status for namelist read
87      REAL(wp) ::   zfact                 ! temporary scalar
88      REAL(wp) ::   zrhoa  = 1.22         ! Air density kg/m3
89      REAL(wp) ::   zcdrag = 1.5e-3       ! drag coefficient
90      REAL(wp) ::   totwind               ! UKMO SHELF: Module of wind speed
91      REAL(wp) ::   ztx, zty, zmod, zcoef ! temporary variables
92      REAL     ::   cs                    ! UKMO SHELF: Friction co-efficient at surface
93      REAL     ::   totwindspd            ! UKMO SHELF: Magnitude of wind speed vector
94      REAL(wp), DIMENSION(:,:), POINTER ::   zwnd_i, zwnd_j    ! wind speed components at T-point
95
96      REAL(wp) ::   rhoa  = 1.22         ! Air density kg/m3
97      REAL(wp) ::   cdrag = 1.5e-3       ! drag coefficient
98      !!
99      CHARACTER(len=100) ::  cn_dir                               ! Root directory for location of flx files
100      TYPE(FLD_N), DIMENSION(jpfld) ::   slf_i                    ! array of namelist information structures
101      TYPE(FLD_N) ::   sn_utau, sn_vtau, sn_qtot, sn_qsr, sn_emp, sn_press  !  informations about the fields to be read
102      LOGICAL     ::   ln_foam_flx  = .FALSE.                     ! UKMO FOAM specific flux flag
103      NAMELIST/namsbc_flx/ cn_dir, sn_utau, sn_vtau, sn_qtot, sn_qsr, sn_emp,   & 
104      &                    ln_foam_flx, sn_press, ln_shelf_flx, ln_rel_wind,    &
105      &                    rn_wfac
106      !!---------------------------------------------------------------------
107      !
108      IF( kt == nit000 ) THEN                ! First call kt=nit000 
109         ! set file information
110         REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namsbc_flx in reference namelist : Files for fluxes
111         READ  ( numnam_ref, namsbc_flx, IOSTAT = ios, ERR = 901)
112901      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_flx in reference namelist', lwp )
113
114         REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namsbc_flx in configuration namelist : Files for fluxes
115         READ  ( numnam_cfg, namsbc_flx, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
116902      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_flx in configuration namelist', lwp )
117         IF(lwm) WRITE ( numond, namsbc_flx ) 
118         !
119         IF(lwp) THEN                        ! Namelist print
120            WRITE(numout,*) 
121            WRITE(numout,*) 'sbc_flx : Flux forcing' 
122            WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~' 
123            WRITE(numout,*) '       Namelist namsbc_flx : shelf seas configuration (force with winds instead of momentum)' 
124            WRITE(numout,*) '          shelf seas configuration    ln_shelf_flx    = ', ln_shelf_flx 
125            WRITE(numout,*) '          relative wind speed         ln_rel_wind     = ', ln_rel_wind 
126            WRITE(numout,*) '          wind multiplication factor  rn_wfac         = ', rn_wfac 
127         ENDIF
128         !                                         ! check: do we plan to use ln_dm2dc with non-daily forcing?
129         IF( ln_dm2dc .AND. sn_qsr%nfreqh /= 24 )   &
130            &   CALL ctl_stop( 'sbc_blk_core: ln_dm2dc can be activated only with daily short-wave forcing' ) 
131         !
132         !                                         ! store namelist information in an array
133         slf_i(jp_utau) = sn_utau   ;   slf_i(jp_vtau) = sn_vtau
134         slf_i(jp_qtot) = sn_qtot   ;   slf_i(jp_qsr ) = sn_qsr 
135         slf_i(jp_emp ) = sn_emp
136         !
137         ALLOCATE( sf(jpfld), STAT=ierror )        ! set sf structure
138
139         ! define local jpfld depending on shelf_flx logical
140         IF( ln_shelf_flx ) THEN
141            slf_i(jp_press) = sn_press
142            jpfld_local = jpfld
143         ELSE
144            jpfld_local = jpfld-1
145         ENDIF
146         !
147         IF( ierror > 0 ) THEN   
148            CALL ctl_stop( 'sbc_flx: unable to allocate sf structure' )   ;   RETURN 
149         ENDIF
150         DO ji= 1, jpfld_local
151            ALLOCATE( sf(ji)%fnow(jpi,jpj,1) )
152            IF( slf_i(ji)%ln_tint ) ALLOCATE( sf(ji)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
153         END DO
154         !                                         ! fill sf with slf_i and control print
155         CALL fld_fill( sf, slf_i, cn_dir, 'sbc_flx', 'flux formulation for ocean surface boundary condition', 'namsbc_flx' )
156         !
157         sfx(:,:) = 0.0_wp                         ! salt flux due to freezing/melting (non-zero only if ice is present; set in limsbc(_2).F90)
158         !
159      ENDIF
160
161      CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf )                            ! input fields provided at the current time-step
162     
163      IF( MOD( kt-1, nn_fsbc ) == 0 ) THEN                        ! update ocean fluxes at each SBC frequency
164
165         IF( ln_dm2dc ) THEN   ;   qsr(:,:) = sbc_dcy( sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1) )   ! modify now Qsr to include the diurnal cycle
166         ELSE                  ;   qsr(:,:) =          sf(jp_qsr)%fnow(:,:,1)
167         ENDIF
168!CDIR COLLAPSE
169         !!UKMO SHELF read wind instead of momentum components (in the U,V grid)
170         IF( ln_shelf_flx ) THEN
171            CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zwnd_i, zwnd_j )
172
173            ! wind speed relative to surface currents
174            IF( ln_rel_wind ) THEN
175               DO jj = 1, jpj
176                  DO ji = 1, jpi
177                     zwnd_i(ji,jj) = sf(jp_utau)%fnow(ji,jj,1) - rn_wfac * ssu_m(ji,jj)
178                     zwnd_j(ji,jj) = sf(jp_vtau)%fnow(ji,jj,1) - rn_wfac * ssv_m(ji,jj)
179                  END DO
180               END DO
181            ELSE
182               zwnd_i(:,:) = sf(jp_utau)%fnow(:,:,1)
183               zwnd_j(:,:) = sf(jp_vtau)%fnow(:,:,1)
184            ENDIF
185
186            ! calculate the wind speed module
187            DO jj = 2, jpjm1 
188               DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vect. opt.
189                  ztx = zwnd_i(ji-1,jj  ) + zwnd_i(ji,jj) 
190                  zty = zwnd_j(ji  ,jj-1) + zwnd_j(ji,jj) 
191                  wndm(ji,jj) = 0.5 * SQRT( ztx * ztx + zty * zty ) 
192               END DO
193            END DO
194            CALL lbc_lnk( wndm(:,:), 'T', 1. ) 
195
196            qsr(:,:) = sf(jp_qsr )%fnow(:,:,1)
197            !! UKMO FOAM flux files contain non-solar heat flux (qns) rather than total heat flux (qtot)
198            qns(:,:) = sf(jp_qtot)%fnow(:,:,1)
199            !! UKMO FOAM flux files contain the net DOWNWARD freshwater flux P-E rather then E-P
200            emp(:,:) = -1. * sf(jp_emp )%fnow(:,:,1)
201            ! need atmospheric pressure to calculate Haney forcing
202            pressnow(:,:) = sf(jp_press)%fnow(:,:,1)
203
204            !!Effect of atmospheric pressure on SSH
205            ! If using ln_apr_dyn, this is done there so don't repeat here.
206            IF( .NOT. ln_apr_dyn ) THEN
207               DO jj = 1, jpjm1
208                  DO ji = 1, jpim1
209                     apgu(ji,jj) = (-1.0/rau0)*(pressnow(ji+1,jj)-pressnow(ji,jj))/e1u(ji,jj)
210                     apgv(ji,jj) = (-1.0/rau0)*(pressnow(ji,jj+1)-pressnow(ji,jj))/e2v(ji,jj)
211                  END DO
212               END DO
213            ENDIF
214
215            ! Calculate momentum from wind components (several options)
216            IF( ln_cdgw .AND. nn_drag == jp_std ) THEN
217               IF( cpl_wdrag ) THEN 
218                  ! reset utau and vtau to the wind components: the momentum will
219                  ! be calculated from the coupled value of the drag coefficient
220                  DO jj = 1, jpj 
221                     DO ji = 1, jpi 
222                        utau(ji,jj) = zwnd_i(ji,jj) 
223                        vtau(ji,jj) = zwnd_j(ji,jj) 
224                     END DO
225                  END DO
226               ELSE
227                  DO jj = 1, jpjm1 
228                     DO ji = 1, jpim1 
229                        utau(ji,jj) = zrhoa * 0.5 * ( cdn_wave(ji,jj) + cdn_wave(ji+1,jj) ) * zwnd_i(ji,jj) * & 
230                                                                        0.5 * ( wndm(ji,jj) + wndm(ji+1,jj) ) 
231                        vtau(ji,jj) = zrhoa * 0.5 * ( cdn_wave(ji,jj) + cdn_wave(ji,jj+1) ) * zwnd_j(ji,jj) * & 
232                                                                        0.5 * ( wndm(ji,jj) + wndm(ji,jj+1) ) 
233                     END DO
234                  END DO
235                  CALL lbc_lnk_multi( utau(:,:), 'U', -1., vtau(:,:), 'V', -1. ) 
236               ENDIF
237            ELSE IF( nn_drag == jp_const ) THEN
238               DO jj = 1, jpjm1 
239                  DO ji = 1, jpim1 
240                     utau(ji,jj) = zrhoa * zcdrag * zwnd_i(ji,jj) * 0.5 * ( wndm(ji,jj) + wndm(ji+1,jj) ) 
241                     vtau(ji,jj) = zrhoa * zcdrag * zwnd_j(ji,jj) * 0.5 * ( wndm(ji,jj) + wndm(ji,jj+1) ) 
242                  END DO
243               END DO
244               CALL lbc_lnk_multi( utau(:,:), 'U', -1., vtau(:,:), 'V', -1. ) 
245            ELSE IF( nn_drag == jp_ukmo ) THEN
246               DO jj = 1, jpj
247                  DO ji = 1, jpi
248                      cs = 0.63 + (0.066 * wndm(ji,jj))
249                      utau(ji,jj) = cs * (rhoa/rau0) * zwnd_i(ji,jj) * 0.5 * ( wndm(ji,jj) + wndm(ji+1,jj) )
250                      vtau(ji,jj) = cs * (rhoa/rau0) * zwnd_j(ji,jj) * 0.5 * ( wndm(ji,jj) + wndm(ji,jj+1) )
251                  END DO
252               END DO
253            ENDIF
254         ELSE
255            DO jj = 1, jpj                                           ! set the ocean fluxes from read fields
256               DO ji = 1, jpi
257                      utau(ji,jj) = sf(jp_utau)%fnow(ji,jj,1)
258                      vtau(ji,jj) = sf(jp_vtau)%fnow(ji,jj,1)
259
260                      qsr (ji,jj) = sf(jp_qsr )%fnow(ji,jj,1)
261                      IF( ln_foam_flx ) THEN
262                         !! UKMO FOAM flux files contain non-solar heat flux (qns) rather than total heat flux (qtot)
263                         qns (ji,jj) = sf(jp_qtot)%fnow(ji,jj,1)
264                         !! UKMO FOAM flux files contain the net DOWNWARD freshwater flux P-E rather then E-P
265                         emp (ji,jj) = -1. * sf(jp_emp )%fnow(ji,jj,1)
266                      ELSE
267                         qns (ji,jj) = sf(jp_qtot)%fnow(ji,jj,1) - sf(jp_qsr)%fnow(ji,jj,1)
268                         emp (ji,jj) = sf(jp_emp )%fnow(ji,jj,1)
269                      ENDIF
270               END DO
271            END DO
272         ENDIF ! ln_shelf_flx
273         !                                                        ! add to qns the heat due to e-p
274         qns(:,:) = qns(:,:) - emp(:,:) * sst_m(:,:) * rcp        ! mass flux is at SST
275         !
276         !! UKMO FOAM wind fluxes need lbc_lnk calls owing to a bug in interp.exe
277         IF( ln_foam_flx ) THEN
278            CALL lbc_lnk( utau(:,:), 'U', -1. )
279            CALL lbc_lnk( vtau(:,:), 'V', -1. )
280         ENDIF
281         !                                                        ! module of wind stress and wind speed at T-point
282         zcoef = 1. / ( zrhoa * zcdrag )
283!CDIR NOVERRCHK
284         DO jj = 2, jpjm1
285!CDIR NOVERRCHK
286            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vect. opt.
287               ztx = utau(ji-1,jj  ) + utau(ji,jj) 
288               zty = vtau(ji  ,jj-1) + vtau(ji,jj) 
289               zmod = 0.5 * SQRT( ztx * ztx + zty * zty )
290               taum(ji,jj) = zmod
291               IF ( .NOT. ln_shelf_flx ) THEN
292                  wndm(ji,jj) = SQRT( zmod * zcoef )
293               ENDIF
294            END DO
295         END DO
296         taum(:,:) = taum(:,:) * tmask(:,:,1) ; wndm(:,:) = wndm(:,:) * tmask(:,:,1)
297         CALL lbc_lnk( taum(:,:), 'T', 1. )  ;   CALL lbc_lnk( wndm(:,:), 'T', 1. )
298
299         IF( nitend-nit000 <= 100 .AND. lwp ) THEN                ! control print (if less than 100 time-step asked)
300            WRITE(numout,*) 
301            WRITE(numout,*) '        read daily momentum, heat and freshwater fluxes OK'
302            DO jf = 1, jpfld_local
303               IF( jf == jp_utau .OR. jf == jp_vtau )   zfact =     1.
304               IF( jf == jp_qtot .OR. jf == jp_qsr  )   zfact =     0.1
305               IF( jf == jp_emp                     )   zfact = 86400.
306               WRITE(numout,*) 
307               WRITE(numout,*) ' day: ', ndastp , TRIM(sf(jf)%clvar), ' * ', zfact
308               CALL prihre( sf(jf)%fnow, jpi, jpj, 1, jpi, 20, 1, jpj, 10, zfact, numout )
309            END DO
310            CALL FLUSH(numout)
311         ENDIF
312         !
313         IF( ln_shelf_flx ) THEN
314            CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zwnd_i, zwnd_j )
315         ENDIF
316         !
317      ENDIF
318      !
319   END SUBROUTINE sbc_flx
320
321   !!======================================================================
322END MODULE sbcflx
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.