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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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sbcwave.F90 in branches/UKMO/r6232_HZG_WAVE-coupling/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC – NEMO

source: branches/UKMO/r6232_HZG_WAVE-coupling/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/sbcwave.F90 @ 8756

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Changes for receiving the ocean wind stress components from a wave model, both in forced and coupled mode
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Line 
1MODULE sbcwave
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  sbcwave  ***
4   !! Wave module
5   !!======================================================================
6   !! History :  3.3  !   2011-09  (Adani M)  Original code: Drag Coefficient
7   !!         :  3.4  !   2012-10  (Adani M)                 Stokes Drift
8   !!            3.6  !   2014-09  (Clementi E, Oddo P)New Stokes Drift Computation
9   !!             -   !   2016-12  (G. Madec, E. Clementi) update Stoke drift computation
10   !!                                                     + add sbc_wave_ini routine
11   !!----------------------------------------------------------------------
12
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   sbc_stokes    : calculate 3D Stokes-drift velocities
15   !!   sbc_wave      : wave data from wave model in netcdf files
16   !!   sbc_wave_init : initialisation fo surface waves
17   !!----------------------------------------------------------------------
18   USE oce            ! ocean variables
19   USE sbc_oce        ! Surface boundary condition: ocean fields
20   USE bdy_oce        ! open boundary condition variables
21   USE domvvl         ! domain: variable volume layers
22   !
23   USE iom            ! I/O manager library
24   USE in_out_manager ! I/O manager
25   USE lib_mpp        ! distribued memory computing library
26   USE fldread        ! read input fields
27   USE wrk_nemo       !
28   USE phycst         ! physical constants
29
30   IMPLICIT NONE
31   PRIVATE
32
33   PUBLIC   sbc_stokes      ! routine called in sbccpl
34   PUBLIC   sbc_stress      ! routine called in sbcmod
35   PUBLIC   sbc_wave        ! routine called in sbcmod
36   PUBLIC   sbc_wave_init   ! routine called in sbcmod
37   
38   ! Variables checking if the wave parameters are coupled (if not, they are read from file)
39   LOGICAL, PUBLIC ::   cpl_hsig   = .FALSE.
40   LOGICAL, PUBLIC ::   cpl_phioc  = .FALSE.
41   LOGICAL, PUBLIC ::   cpl_sdrft  = .FALSE.
42   LOGICAL, PUBLIC ::   cpl_wper   = .FALSE.
43   LOGICAL, PUBLIC ::   cpl_wfreq  = .FALSE.
44   LOGICAL, PUBLIC ::   cpl_wnum   = .FALSE.
45   LOGICAL, PUBLIC ::   cpl_tauoc  = .FALSE.
46   LOGICAL, PUBLIC ::   cpl_tauw   = .FALSE.
47   LOGICAL, PUBLIC ::   cpl_wdrag  = .FALSE.
48
49   INTEGER ::   nn_sdrift      ! type of parameterization to calculate vertical Stokes drift
50   INTEGER, PARAMETER ::   jp_breivik  = 0     ! Breivik 2015: v_z=v_0*[exp(2*k*z)/(1-8*k*z)]
51   INTEGER, PARAMETER ::   jp_phillips = 1     ! Phillips:     v_z=v_o*[exp(2*k*z)-beta*sqrt(-2*k*pi*z)*erfc(sqrt(-2*k*z))]
52   INTEGER, PARAMETER ::   jp_peakph   = 2     ! Phillips using the peak wave number read from wave model instead of the inverse depth scale
53
54   INTEGER ::   jpfld    ! number of files to read for stokes drift
55   INTEGER ::   jp_usd   ! index of stokes drift  (i-component) (m/s)    at T-point
56   INTEGER ::   jp_vsd   ! index of stokes drift  (j-component) (m/s)    at T-point
57   INTEGER ::   jp_hsw   ! index of significant wave hight      (m)      at T-point
58   INTEGER ::   jp_wmp   ! index of mean wave period            (s)      at T-point
59   INTEGER ::   jp_wfr   ! index of wave peak frequency         (s^-1)   at T-point
60
61   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::  sf_cd    ! structure of input fields (file informations, fields read) Drag Coefficient
62   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::  sf_sd    ! structure of input fields (file informations, fields read) Stokes Drift
63   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::  sf_wn    ! structure of input fields (file informations, fields read) wave number for Qiao
64   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::  sf_tauoc ! structure of input fields (file informations, fields read) normalized wave stress into the ocean
65   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::  sf_tauw ! structure of input fields (file informations, fields read) ocean stress components from wave model
66   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::  sf_phioc ! structure of input fields (file informations, fields read) wave to ocean energy
67   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::   cdn_wave            !:
68   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::   hsw, wmp, wnum      !:
69   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::   wfreq               !:
70   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::   rn_crban            !: Craig and Banner constant for surface breaking waves mixing
71   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::   tauoc_wave          !:
72   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::   tauw_x              !:
73   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::   tauw_y              !:
74   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::   tsd2d               !:
75   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::   div_sd              !: barotropic stokes drift divergence
76   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::   ut0sd, vt0sd        !: surface Stokes drift velocities at t-point
77   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::   usd  , vsd  , wsd   !: Stokes drift velocities at u-, v- & w-points, resp.
78
79#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
80   !!----------------------------------------------------------------------
81   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2011)
82   !! $Id$
83   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
84   !!----------------------------------------------------------------------
85CONTAINS
86
87   SUBROUTINE sbc_stokes( )
88      !!---------------------------------------------------------------------
89      !!                     ***  ROUTINE sbc_stokes  ***
90      !!
91      !! ** Purpose :   compute the 3d Stokes Drift according to Breivik et al.,
92      !!                2014 (DOI: 10.1175/JPO-D-14-0020.1)
93      !!
94      !! ** Method  : - Calculate Stokes transport speed
95      !!              - Calculate horizontal divergence
96      !!              - Integrate the horizontal divergenze from the bottom
97      !! ** action 
98      !!---------------------------------------------------------------------
99      INTEGER  ::   jj, ji, jk   ! dummy loop argument
100      INTEGER  ::   ik           ! local integer
101      REAL(wp) ::  ztransp, zfac, ztemp
102      REAL(wp) ::  zdep_u, zdep_v, zkh_u, zkh_v, zda_u, zda_v
103      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   zk_t, zk_u, zk_v, zu0_sd, zv0_sd   ! 2D workspace
104      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   ze3divh                            ! 3D workspace
105
106      !!---------------------------------------------------------------------
107      !
108
109      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   ze3divh )
110      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,       zk_t, zk_u, zk_v, zu0_sd, zv0_sd ) 
111      !
112      ! select parameterization for the calculation of vertical Stokes drift
113      ! exp. wave number at t-point
114      IF( nn_sdrift==jp_breivik .OR. nn_sdrift==jp_phillips ) THEN   ! (Eq. (19) in Breivick et al. (2014) )
115         zfac = 2.0_wp * rpi / 16.0_wp
116         DO jj = 1, jpj               
117            DO ji = 1, jpi
118               ! Stokes drift velocity estimated from Hs and Tmean
119               ztransp = zfac * hsw(ji,jj)*hsw(ji,jj) / MAX( wmp(ji,jj), 0.0000001_wp )
120               ! Stokes surface speed
121               tsd2d(ji,jj) = SQRT( ut0sd(ji,jj)*ut0sd(ji,jj) + vt0sd(ji,jj)*vt0sd(ji,jj))
122               ! Wavenumber scale
123               zk_t(ji,jj) = ABS( tsd2d(ji,jj) ) / MAX( ABS( 5.97_wp*ztransp ), 0.0000001_wp )
124            END DO
125         END DO
126         DO jj = 1, jpjm1              ! exp. wave number & Stokes drift velocity at u- & v-points
127            DO ji = 1, jpim1
128               zk_u(ji,jj) = 0.5_wp * ( zk_t(ji,jj) + zk_t(ji+1,jj) )
129               zk_v(ji,jj) = 0.5_wp * ( zk_t(ji,jj) + zk_t(ji,jj+1) )
130               !
131               zu0_sd(ji,jj) = 0.5_wp * ( ut0sd(ji,jj) + ut0sd(ji+1,jj) )
132               zv0_sd(ji,jj) = 0.5_wp * ( vt0sd(ji,jj) + vt0sd(ji,jj+1) )
133            END DO
134         END DO
135      ELSE IF( nn_sdrift==jp_peakph ) THEN    ! peak wave number calculated from the peak frequency received by the wave model
136         DO jj = 1, jpjm1             
137            DO ji = 1, jpim1
138               zk_u(ji,jj) = 0.5_wp * ( wfreq(ji,jj)*wfreq(ji,jj) + wfreq(ji+1,jj)*wfreq(ji+1,jj) ) / grav
139               zk_v(ji,jj) = 0.5_wp * ( wfreq(ji,jj)*wfreq(ji,jj) + wfreq(ji,jj+1)*wfreq(ji,jj+1) ) / grav
140               !
141               zu0_sd(ji,jj) = 0.5_wp * ( ut0sd(ji,jj) + ut0sd(ji+1,jj) )
142               zv0_sd(ji,jj) = 0.5_wp * ( vt0sd(ji,jj) + vt0sd(ji,jj+1) )
143            END DO
144         END DO
145      ENDIF
146      !
147      !                       !==  horizontal Stokes Drift 3D velocity  ==!
148      IF( nn_sdrift==jp_breivik ) THEN
149         DO jk = 1, jpkm1
150            DO jj = 2, jpjm1
151               DO ji = 2, jpim1
152                  zdep_u = 0.5_wp * ( gdept_n(ji,jj,jk) + gdept_n(ji+1,jj,jk) )
153                  zdep_v = 0.5_wp * ( gdept_n(ji,jj,jk) + gdept_n(ji,jj+1,jk) )
154                  !                         
155                  zkh_u = zk_u(ji,jj) * zdep_u     ! k * depth
156                  zkh_v = zk_v(ji,jj) * zdep_v
157                  !                                ! Depth attenuation
158                  zda_u = EXP( -2.0_wp*zkh_u ) / ( 1.0_wp + 8.0_wp*zkh_u )
159                  zda_v = EXP( -2.0_wp*zkh_v ) / ( 1.0_wp + 8.0_wp*zkh_v )
160                  !
161                  usd(ji,jj,jk) = zda_u * zu0_sd(ji,jj) * umask(ji,jj,jk)
162                  vsd(ji,jj,jk) = zda_v * zv0_sd(ji,jj) * vmask(ji,jj,jk)
163               END DO
164            END DO
165         END DO
166      ELSE IF( nn_sdrift==jp_phillips .OR. nn_sdrift==jp_peakph ) THEN
167         DO jk = 1, jpkm1
168            DO jj = 2, jpjm1
169               DO ji = 2, jpim1
170                  zdep_u = 0.5_wp * ( gdept_n(ji,jj,jk) + gdept_n(ji+1,jj,jk) )
171                  zdep_v = 0.5_wp * ( gdept_n(ji,jj,jk) + gdept_n(ji,jj+1,jk) )
172                  !                         
173                  zkh_u = zk_u(ji,jj) * zdep_u     ! k * depth
174                  zkh_v = zk_v(ji,jj) * zdep_v
175                  !                                ! Depth attenuation
176                  zda_u = EXP( -2.0_wp*zkh_u ) - SQRT(2.0_wp*rpi*zkh_u) * ERFC(SQRT(2.0_wp*zkh_u))
177                  zda_v = EXP( -2.0_wp*zkh_v ) - SQRT(2.0_wp*rpi*zkh_v) * ERFC(SQRT(2.0_wp*zkh_v))
178                  !
179                  usd(ji,jj,jk) = zda_u * zu0_sd(ji,jj) * umask(ji,jj,jk)
180                  vsd(ji,jj,jk) = zda_v * zv0_sd(ji,jj) * vmask(ji,jj,jk)
181               END DO
182            END DO
183         END DO
184      ENDIF
185
186      CALL lbc_lnk( usd(:,:,:), 'U', vsd(:,:,:), 'V', -1. )
187      !
188      !                       !==  vertical Stokes Drift 3D velocity  ==!
189      !
190      DO jk = 1, jpkm1               ! Horizontal e3*divergence
191         DO jj = 2, jpj
192            DO ji = fs_2, jpi
193               ze3divh(ji,jj,jk) = (  e2u(ji  ,jj) * e3u_n(ji  ,jj,jk) * usd(ji,  jj,jk)    &
194                  &                 - e2u(ji-1,jj) * e3u_n(ji-1,jj,jk) * usd(ji-1,jj,jk)    &
195                  &                 + e1v(ji,jj  ) * e3v_n(ji,jj  ,jk) * vsd(ji,jj  ,jk)    &
196                  &                 - e1v(ji,jj-1) * e3v_n(ji,jj-1,jk) * vsd(ji,jj-1,jk)  ) * r1_e12t(ji,jj)
197            END DO
198         END DO
199      END DO
200      !
201      IF( .NOT. AGRIF_Root() ) THEN
202         IF( nbondi ==  1 .OR. nbondi == 2 )   ze3divh(nlci-1,   :  ,:) = 0._wp      ! east
203         IF( nbondi == -1 .OR. nbondi == 2 )   ze3divh(  2   ,   :  ,:) = 0._wp      ! west
204         IF( nbondj ==  1 .OR. nbondj == 2 )   ze3divh(  :   ,nlcj-1,:) = 0._wp      ! north
205         IF( nbondj == -1 .OR. nbondj == 2 )   ze3divh(  :   ,  2   ,:) = 0._wp      ! south
206      ENDIF
207      !
208      CALL lbc_lnk( ze3divh, 'T', 1. )
209      !
210      IF( .NOT. lk_vvl ) THEN   ;   ik = 1   ! none zero velocity through the sea surface
211      ELSE                      ;   ik = 2   ! w=0 at the surface (set one for all in sbc_wave_init)
212      ENDIF
213      DO jk = jpkm1, ik, -1          ! integrate from the bottom the hor. divergence (NB: at k=jpk w is always zero)
214         wsd(:,:,jk) = wsd(:,:,jk+1) - ze3divh(:,:,jk)
215      END DO
216#if defined key_bdy
217      IF( lk_bdy ) THEN
218         DO jk = 1, jpkm1
219            wsd(:,:,jk) = wsd(:,:,jk) * bdytmask(:,:)
220         END DO
221      ENDIF
222#endif
223      !                       !==  Horizontal divergence of barotropic Stokes transport  ==!
224      div_sd(:,:) = 0._wp
225      DO jk = 1, jpkm1                                 !
226        div_sd(:,:) = div_sd(:,:) + ze3divh(:,:,jk)
227      END DO
228      !
229      CALL iom_put( "ustokes",  usd  )
230      CALL iom_put( "vstokes",  vsd  )
231      CALL iom_put( "wstokes",  wsd  )
232      !
233      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   ze3divh )
234      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,       zk_t, zk_u, zk_v, zu0_sd, zv0_sd )
235      !
236   END SUBROUTINE sbc_stokes
237
238
239   SUBROUTINE sbc_stress( )
240      !!---------------------------------------------------------------------
241      !!                     ***  ROUTINE sbc_stress  ***
242      !!
243      !! ** Purpose :   Updates the ocean momentum modified by waves
244      !!
245      !! ** Method  : - Calculate u,v components of stress depending on stress
246      !!                model
247      !!              - Calculate the stress module
248      !!              - The wind module is not modified by waves
249      !! ** action 
250      !!---------------------------------------------------------------------
251      INTEGER  ::   jj, ji   ! dummy loop argument
252      !
253      IF( ln_tauoc ) THEN
254         utau(:,:) = utau(:,:)*tauoc_wave(:,:)
255         vtau(:,:) = vtau(:,:)*tauoc_wave(:,:)
256         taum(:,:) = taum(:,:)*tauoc_wave(:,:)
257      ENDIF
258      !
259      IF( ln_tauw ) THEN
260         DO jj = 1, jpjm1
261            DO ji = 1, jpim1
262               ! Stress components at u- & v-points
263               utau(ji,jj) = 0.5_wp * ( tauw_x(ji,jj) + tauw_x(ji+1,jj) )
264               vtau(ji,jj) = 0.5_wp * ( tauw_y(ji,jj) + tauw_y(ji,jj+1) )
265               !
266               ! Stress module at t points
267               taum(ji,jj) = SQRT( tauw_x(ji,jj)*tauw_x(ji,jj) + tauw_y(ji,jj)*tauw_y(ji,jj) )
268            END DO
269         END DO
270
271      ENDIF
272      !
273   END SUBROUTINE sbc_stress
274
275
276   SUBROUTINE sbc_wave( kt )
277      !!---------------------------------------------------------------------
278      !!                     ***  ROUTINE sbc_wave  ***
279      !!
280      !! ** Purpose :   read wave parameters from wave model  in netcdf files.
281      !!
282      !! ** Method  : - Read namelist namsbc_wave
283      !!              - Read Cd_n10 fields in netcdf files
284      !!              - Read stokes drift 2d in netcdf files
285      !!              - Read wave number in netcdf files
286      !!              - Compute 3d stokes drift using Breivik et al.,2014
287      !!                formulation
288      !! ** action 
289      !!---------------------------------------------------------------------
290      INTEGER, INTENT(in   ) ::   kt   ! ocean time step
291      !!---------------------------------------------------------------------
292      !
293      IF( ln_cdgw .AND. .NOT. cpl_wdrag ) THEN     !==  Neutral drag coefficient  ==!
294         CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf_cd )             ! read from external forcing
295         cdn_wave(:,:) = sf_cd(1)%fnow(:,:,1)
296         ! check that the drag coefficient contains proper information even if
297         ! the masks do not match - the momentum stress is not masked!
298         WHERE( cdn_wave < 0.0 ) cdn_wave = 1.5e-3
299         WHERE( cdn_wave > 1.0 ) cdn_wave = 1.5e-3
300      ENDIF
301
302      IF( ln_tauoc .AND. .NOT. cpl_tauoc ) THEN    !==  Wave induced stress  ==!
303         CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf_tauoc )          ! read wave norm stress from external forcing
304         tauoc_wave(:,:) = sf_tauoc(1)%fnow(:,:,1)
305         WHERE( tauoc_wave <   0.0 ) tauoc_wave = 1.0
306         WHERE( tauoc_wave > 100.0 ) tauoc_wave = 1.0
307      ENDIF
308
309      IF( ln_tauw .AND. .NOT. cpl_tauw ) THEN      !==  Wave induced stress  ==!
310         CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf_tauw )           ! read ocean stress components from external forcing (T grid)
311         tauw_x(:,:) = sf_tauw(1)%fnow(:,:,1)
312         WHERE( tauw_x < -100.0 ) tauw_x = 0.0
313         WHERE( tauw_x >  100.0 ) tauw_x = 0.0
314
315         tauw_y(:,:) = sf_tauw(2)%fnow(:,:,1)
316         WHERE( tauw_y < -100.0 ) tauw_y = 0.0
317         WHERE( tauw_y >  100.0 ) tauw_y = 0.0
318      ENDIF
319
320      IF( ln_phioc .AND. .NOT. cpl_phioc ) THEN    !==  Wave to ocean energy  ==!
321         CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf_phioc )          ! read wave to ocean energy from external forcing
322         rn_crban(:,:) = 29.0 * sf_phioc(1)%fnow(:,:,1)     ! ! Alfa is phioc*sqrt(rau0/zrhoa)  : rau0=water density, zhroa= air density
323         WHERE( rn_crban > 1.e8   ) rn_crban = 0.0    !remove first mask mistmatch points, then cap values in case of low friction velocity
324         WHERE( rn_crban < 0.0    ) rn_crban = 0.0
325         WHERE( rn_crban > 1000.0 ) rn_crban = 1000.0
326      ENDIF
327
328      IF( ln_sdw .OR. ln_rough )  THEN             !==  Computation of the 3d Stokes Drift  ==!
329         !
330         IF( jpfld > 0 ) THEN                            ! Read from file only if the field is not coupled
331            CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf_sd )          ! read wave parameters from external forcing
332            IF( jp_hsw > 0 ) THEN
333               hsw  (:,:) = sf_sd(jp_hsw)%fnow(:,:,1)   ! significant wave height
334               WHERE( hsw > 100.0 ) hsw = 0.0
335               WHERE( hsw <   0.0 ) hsw = 0.0
336            ENDIF
337            IF( jp_wmp > 0 ) THEN
338               wmp  (:,:) = sf_sd(jp_wmp)%fnow(:,:,1)   ! wave mean period
339               WHERE( wmp > 100.0 ) wmp = 0.0
340               WHERE( wmp <   0.0 ) wmp = 0.0
341            ENDIF
342            IF( jp_wfr > 0 ) THEN
343               wfreq(:,:) = sf_sd(jp_wfr)%fnow(:,:,1)   ! Peak wave frequency
344               WHERE( wfreq <    0.0 ) wfreq = 0.0 
345               WHERE( wfreq >  100.0 ) wfreq = 0.0
346            ENDIF
347            IF( jp_usd > 0 ) THEN
348               ut0sd(:,:) = sf_sd(jp_usd)%fnow(:,:,1)   ! 2D zonal Stokes Drift at T point
349               WHERE( ut0sd < -100.0 ) ut0sd = 1.0
350               WHERE( ut0sd >  100.0 ) ut0sd = 1.0
351            ENDIF
352            IF( jp_vsd > 0 ) THEN
353               vt0sd(:,:) = sf_sd(jp_vsd)%fnow(:,:,1)   ! 2D meridional Stokes Drift at T point
354               WHERE( vt0sd < -100.0 ) vt0sd = 1.0
355               WHERE( vt0sd >  100.0 ) vt0sd = 1.0
356            ENDIF
357         ENDIF
358      ENDIF
359      !
360      IF( ln_sdw ) THEN
361         ! Read also wave number if needed, so that it is available in coupling routines
362         IF( ln_zdfqiao .AND. .NOT.cpl_wnum ) THEN
363            CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf_wn )          ! read wave parameters from external forcing
364            wnum(:,:) = sf_wn(1)%fnow(:,:,1)
365         ENDIF
366           
367         !                                         !==  Computation of the 3d Stokes Drift  ==!
368         !
369         IF( ((nn_sdrift==jp_breivik .OR. nn_sdrift==jp_phillips) .AND. &
370                          jp_hsw>0 .AND. jp_wmp>0 .AND. jp_usd>0 .AND. jp_vsd>0) .OR. &
371             (nn_sdrift==jp_peakph .AND. jp_wfr>0 .AND. jp_usd>0 .AND. jp_vsd>0) ) &
372            CALL sbc_stokes()            ! Calculate only if required fields are read
373         !                               ! In coupled wave model-NEMO case the call is done after coupling
374         !
375      ENDIF
376      !
377   END SUBROUTINE sbc_wave
378
379
380   SUBROUTINE sbc_wave_init
381      !!---------------------------------------------------------------------
382      !!                     ***  ROUTINE sbc_wave_init  ***
383      !!
384      !! ** Purpose :   read wave parameters from wave model  in netcdf files.
385      !!
386      !! ** Method  : - Read namelist namsbc_wave
387      !!              - Read Cd_n10 fields in netcdf files
388      !!              - Read stokes drift 2d in netcdf files
389      !!              - Read wave number in netcdf files
390      !!              - Compute 3d stokes drift using Breivik et al.,2014
391      !!                formulation
392      !! ** action 
393      !!---------------------------------------------------------------------
394      INTEGER ::   ierror, ios   ! local integer
395      INTEGER ::   ifpr
396      !!
397      CHARACTER(len=100)     ::  cn_dir                          ! Root directory for location of drag coefficient files
398      TYPE(FLD_N), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   slf_i, slf_j     ! array of namelist informations on the fields to read
399      TYPE(FLD_N)            ::  sn_cdg, sn_usd, sn_vsd, sn_phioc, &
400                             &   sn_hsw, sn_wmp, sn_wfr, sn_wnum , &
401                             &   sn_tauoc, sn_tauwx, sn_tauwy      ! information about the fields to be read
402      !
403      NAMELIST/namsbc_wave/  sn_cdg, cn_dir, sn_usd, sn_vsd, sn_hsw, sn_wmp, sn_wfr, sn_wnum, sn_phioc,          &
404                             sn_tauoc, sn_tauwx, sn_tauwy,                                                       &
405                             ln_cdgw, ln_sdw, ln_stcor, ln_phioc, ln_tauoc, ln_tauw, ln_zdfqiao, ln_rough,       &
406                             nn_sdrift, nn_wmix
407      !!---------------------------------------------------------------------
408      !
409      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namsbc_wave in reference namelist : File for drag coeff. from wave model
410      READ  ( numnam_ref, namsbc_wave, IOSTAT = ios, ERR = 901)
411901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_wave in reference namelist', lwp )
412         
413      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namsbc_wave in configuration namelist : File for drag coeff. from wave model
414      READ  ( numnam_cfg, namsbc_wave, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
415902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_wave in configuration namelist', lwp )
416      IF(lwm) WRITE ( numond, namsbc_wave )
417      !
418      IF(lwp) THEN               !* Parameter print
419         WRITE(numout,*)
420         WRITE(numout,*) 'sbc_wave_init: wave physics'
421         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~'
422         WRITE(numout,*) '   Namelist namsbc_wave : set wave physics parameters'
423         WRITE(numout,*) '      Stokes drift corr. to vert. velocity    ln_sdw      = ', ln_sdw 
424         WRITE(numout,*) '        vertical parametrization              nn_sdrift   = ', nn_sdrift 
425         WRITE(numout,*) '      Stokes coriolis term                    ln_stcor    = ', ln_stcor 
426         WRITE(numout,*) '      wave modified ocean stress              ln_tauoc    = ', ln_tauoc 
427         WRITE(numout,*) '      wave modified ocean stress components   ln_tauw     = ', ln_tauw 
428         WRITE(numout,*) '      wave to ocean energy                    ln_phioc    = ', ln_phioc
429         WRITE(numout,*) '        vertical mixing parametrization       nn_wmix     = ', nn_wmix 
430         WRITE(numout,*) '      neutral drag coefficient                ln_cdgw     = ', ln_cdgw
431         WRITE(numout,*) '      wave roughness length modification      ln_rough    = ', ln_rough 
432         WRITE(numout,*) '      Qiao vertical mixing formulation        ln_zdfqiao  = ', ln_zdfqiao
433      ENDIF
434
435      IF ( ln_wave ) THEN
436         ! Activated wave physics but no wave physics components activated
437         IF ( .NOT.(ln_cdgw .OR. ln_sdw .OR. ln_tauoc .OR. ln_tauw .OR. ln_stcor .OR. ln_phioc &
438                                                                    .OR. ln_rough .OR. ln_zdfqiao) )   THEN 
439             CALL ctl_warn( 'Ask for wave coupling but ln_cdgw=F, ln_sdw=F, ln_tauoc=F, ln_tauw=F, ln_stcor=F ', &
440                                                      'ln_phioc=F, ln_rough=F, ln_zdfqiao=F' ) 
441         ELSE
442         IF (ln_stcor .AND. .NOT. ln_sdw) & 
443             CALL ctl_stop( 'Stokes-Coriolis term calculated only if activated Stokes Drift ln_sdw=T')
444         IF ( ln_cdgw .AND. .NOT.(nn_drag==jp_ukmo .OR. nn_drag==jp_std .OR. nn_drag==jp_const .OR. nn_drag==jp_mcore) ) & 
445             CALL ctl_stop( 'The chosen nn_drag for momentum calculation must be 0, 1, 2, or 3')
446         IF ( ln_cdgw .AND. ln_blk_core .AND. nn_drag==0 ) &
447             CALL ctl_stop( 'The chosen nn_drag for momentum calculation in core forcing must be 1, 2, or 3')
448         IF ( ln_cdgw .AND. ln_flx .AND. nn_drag==3 ) &
449             CALL ctl_stop( 'The chosen nn_drag for momentum calculation in direct forcing must be 0, 1, or 2')
450         IF( ln_phioc .AND. .NOT.(nn_wmix==jp_craigbanner .OR. nn_wmix==jp_janssen) ) & 
451            CALL ctl_stop( 'The chosen nn_wmix for wave vertical mixing must be 0, or 1' )
452         IF( ln_sdw .AND. .NOT.(nn_sdrift==jp_breivik .OR. nn_sdrift==jp_phillips .OR. nn_sdrift==jp_peakph) ) & 
453            CALL ctl_stop( 'The chosen nn_sdrift for Stokes drift vertical velocity must be 0, 1, or 2' )
454         IF( ln_zdfqiao .AND. .NOT.ln_sdw ) & 
455            CALL ctl_stop( 'Qiao vertical mixing can not be used without Stokes drift (ln_sdw)' )
456         IF( ln_tauoc .AND. ln_tauw ) & 
457            CALL ctl_stop( 'More than one method for modifying the ocean stress has been selected ', &
458                                     '(ln_tauoc=.true. and ln_tauw=.true.)' )
459         IF( ln_tauoc ) &
460             CALL ctl_warn( 'You are subtracting the wave stress to the ocean (ln_tauoc=.true.)' )
461         IF( ln_tauw ) &
462             CALL ctl_warn( 'The wave modified ocean stress components are used (ln_tauw=.true.) ', &
463                                  'This will override any other specification of the ocean stress' ) 
464         ENDIF
465      ELSE
466         IF ( ln_cdgw .OR. ln_sdw .OR. ln_tauoc .OR. ln_tauw .OR. ln_stcor .OR. ln_phioc .OR. ln_rough .OR. ln_zdfqiao ) & 
467            &   CALL ctl_stop( 'Not Activated Wave Module (ln_wave=F) but asked coupling ',    & 
468            &                  'with drag coefficient (ln_cdgw =T) '  ,                        & 
469            &                  'or Stokes Drift (ln_sdw=T) ' ,                                 & 
470            &                  'or Stokes-Coriolis term (ln_stcor=T)',                         &
471            &                  'or ocean stress modification due to waves (ln_tauoc=T) ',      & 
472            &                  'or ocean stress components from waves (ln_tauw=T) ',          & 
473            &                  'or wave to ocean energy modification (ln_phioc=T) ',           & 
474            &                  'or wave surface roughness (ln_rough=T) ',                      & 
475            &                  'or Qiao vertical mixing formulation (ln_zdfqiao=T) ' )
476      ENDIF 
477      !
478      IF( ln_cdgw ) THEN
479         IF( .NOT. cpl_wdrag ) THEN
480            ALLOCATE( sf_cd(1), STAT=ierror )           !* allocate and fill sf_wave with sn_cdg
481            IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_wave_init: unable to allocate sf_cd structure' )
482            !
483                                   ALLOCATE( sf_cd(1)%fnow(jpi,jpj,1)   )
484            IF( sn_cdg%ln_tint )   ALLOCATE( sf_cd(1)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
485            CALL fld_fill( sf_cd, (/ sn_cdg /), cn_dir, 'sbc_wave_init', 'read wave input', 'namsbc_wave' )
486         ENDIF
487         ALLOCATE( cdn_wave(jpi,jpj) )
488      ENDIF
489
490      IF( ln_tauoc ) THEN
491         IF( .NOT. cpl_tauoc ) THEN
492            ALLOCATE( sf_tauoc(1), STAT=ierror )           !* allocate and fill sf_wave with sn_tauoc
493            IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_wave_init: unable to allocate sf_tauoc structure' )
494            !
495                                    ALLOCATE( sf_tauoc(1)%fnow(jpi,jpj,1)   )
496            IF( sn_tauoc%ln_tint )  ALLOCATE( sf_tauoc(1)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
497            CALL fld_fill( sf_tauoc, (/ sn_tauoc /), cn_dir, 'sbc_wave_init', 'read wave input', 'namsbc_wave' )
498         ENDIF
499         ALLOCATE( tauoc_wave(jpi,jpj) )
500      ENDIF
501
502      IF( ln_tauw ) THEN
503         IF( .NOT. cpl_tauw ) THEN
504            ALLOCATE( sf_tauw(2), STAT=ierror )           !* allocate and fill sf_wave with sn_tauwx/y
505            IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_wave_init: unable to allocate sf_tauw structure' )
506            !
507            ALLOCATE( slf_j(2) )
508            slf_j(1) = sn_tauwx
509            slf_j(2) = sn_tauwy
510                                    ALLOCATE( sf_tauw(1)%fnow(jpi,jpj,1)   )
511                                    ALLOCATE( sf_tauw(2)%fnow(jpi,jpj,1)   )
512            IF( slf_j(1)%ln_tint )  ALLOCATE( sf_tauw(1)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
513            IF( slf_j(2)%ln_tint )  ALLOCATE( sf_tauw(2)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
514            CALL fld_fill( sf_tauw, (/ slf_j /), cn_dir, 'sbc_wave_init', 'read wave input', 'namsbc_wave' )
515         ENDIF
516         ALLOCATE( tauw_x(jpi,jpj) )
517         ALLOCATE( tauw_y(jpi,jpj) )
518      ENDIF
519
520      IF( ln_phioc ) THEN
521         IF( .NOT. cpl_phioc ) THEN
522            ALLOCATE( sf_phioc(1), STAT=ierror )           !* allocate and fill sf_wave with sn_phioc
523            IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_wave_init: unable to allocate sf_phioc structure' )
524            !
525                                    ALLOCATE( sf_phioc(1)%fnow(jpi,jpj,1)   )
526            IF( sn_phioc%ln_tint )  ALLOCATE( sf_phioc(1)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
527            CALL fld_fill( sf_phioc, (/ sn_phioc /), cn_dir, 'sbc_wave_init', 'read wave input', 'namsbc_wave' )
528         ENDIF
529         ALLOCATE( rn_crban(jpi,jpj) )
530      ENDIF
531
532      ! Find out how many fields have to be read from file if not coupled
533      jpfld=0
534      jp_usd=0   ;   jp_vsd=0   ;   jp_hsw=0   ;   jp_wmp=0   ;   jp_wfr=0
535      IF( ln_sdw ) THEN
536         IF( .NOT. cpl_sdrft ) THEN
537            jpfld  = jpfld + 1
538            jp_usd = jpfld
539            jpfld  = jpfld + 1
540            jp_vsd = jpfld
541         ENDIF
542         IF( .NOT. cpl_hsig .AND. (nn_sdrift==jp_breivik .OR. nn_sdrift==jp_phillips) ) THEN
543            jpfld  = jpfld + 1
544            jp_hsw = jpfld
545         ENDIF
546         IF( .NOT. cpl_wper .AND. (nn_sdrift==jp_breivik .OR. nn_sdrift==jp_phillips) ) THEN
547            jpfld  = jpfld + 1
548            jp_wmp = jpfld
549         ENDIF
550         IF( .NOT. cpl_wfreq .AND. nn_sdrift==jp_peakph ) THEN
551            jpfld  = jpfld + 1
552            jp_wfr = jpfld
553         ENDIF
554      ENDIF
555
556      IF( ln_rough .AND. .NOT. cpl_hsig .AND. jp_hsw==0 ) THEN
557         jpfld  = jpfld + 1
558         jp_hsw = jpfld
559      ENDIF
560
561      ! Read from file only the non-coupled fields
562      IF( jpfld > 0 ) THEN
563         ALLOCATE( slf_i(jpfld) )
564         IF( jp_usd > 0 )   slf_i(jp_usd) = sn_usd
565         IF( jp_vsd > 0 )   slf_i(jp_vsd) = sn_vsd
566         IF( jp_hsw > 0 )   slf_i(jp_hsw) = sn_hsw
567         IF( jp_wmp > 0 )   slf_i(jp_wmp) = sn_wmp
568         IF( jp_wfr > 0 )   slf_i(jp_wfr) = sn_wfr
569         ALLOCATE( sf_sd(jpfld), STAT=ierror )   !* allocate and fill sf_sd with stokes drift
570         IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_wave_init: unable to allocate sf_sd structure' )
571         !
572         DO ifpr= 1, jpfld
573            ALLOCATE( sf_sd(ifpr)%fnow(jpi,jpj,1) )
574            IF( slf_i(ifpr)%ln_tint )   ALLOCATE( sf_sd(ifpr)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
575         END DO
576         !
577         CALL fld_fill( sf_sd, slf_i, cn_dir, 'sbc_wave_init', 'read wave input', 'namsbc_wave' )
578      ENDIF
579
580      IF( ln_sdw ) THEN
581         ALLOCATE( usd  (jpi,jpj,jpk), vsd  (jpi,jpj,jpk), wsd(jpi,jpj,jpk) )
582         ALLOCATE( wmp  (jpi,jpj)  )
583         ALLOCATE( wfreq (jpi,jpj) )
584         ALLOCATE( ut0sd(jpi,jpj)    , vt0sd(jpi,jpj)     )
585         ALLOCATE( div_sd(jpi,jpj) )
586         ALLOCATE( tsd2d (jpi,jpj) )
587         usd(:,:,:) = 0._wp
588         vsd(:,:,:) = 0._wp
589         wsd(:,:,:) = 0._wp
590         ! Wave number needed only if ln_zdfqiao=T
591         IF( ln_zdfqiao .AND. .NOT.cpl_wnum ) THEN
592            ALLOCATE( sf_wn(1), STAT=ierror )           !* allocate and fill sf_wave with sn_wnum
593            IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_wave_init: unable toallocate sf_wn structure' )
594                                   ALLOCATE( sf_wn(1)%fnow(jpi,jpj,1)   )
595            IF( sn_wnum%ln_tint )  ALLOCATE( sf_wn(1)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
596            CALL fld_fill( sf_wn, (/ sn_wnum /), cn_dir, 'sbc_wave', 'read wave input', 'namsbc_wave' )
597         ENDIF
598         ALLOCATE( wnum(jpi,jpj) )
599      ENDIF
600
601      IF( ln_sdw .OR. ln_rough ) THEN
602         ALLOCATE( hsw  (jpi,jpj) )
603      ENDIF
604      !
605   END SUBROUTINE sbc_wave_init
606
607   !!======================================================================
608END MODULE sbcwave
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.