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sbcwave.F90 in branches/2014/dev_r4822_INGV_WAVE/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC – NEMO

source: branches/2014/dev_r4822_INGV_WAVE/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/SBC/sbcwave.F90 @ 5457

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#1544: Wave-current developments: Tracer advection & surface stress
File size: 14.6 KB
Line 
1MODULE sbcwave
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  sbcwave  ***
4   !! Wave module
5   !!======================================================================
6   !! History :  3.6    !2014-09  (Clementi E, Oddo P)New Stokes Drift Computation
7   !!         :  3.3.1  !2011-09  (Adani M)  Original code: Drag Coefficient
8   !!         :  3.4    !2012-10  (Adani M)                 Stokes Drift
9   !!----------------------------------------------------------------------
10   USE iom             ! I/O manager library
11   USE in_out_manager  ! I/O manager
12   USE lib_mpp         ! distribued memory computing library
13   USE fldread         ! read input fields
14   USE oce
15   USE sbc_oce         ! Surface boundary condition: ocean fields
16   USE domvvl
17   USE phycst
18   
19   !!----------------------------------------------------------------------
20   !!   sbc_wave       : read drag coefficient from wave model in netcdf files
21   !!----------------------------------------------------------------------
22
23   IMPLICIT NONE
24   PRIVATE
25
26   PUBLIC   sbc_wave    ! routine called in sbc_blk_core or sbc_blk_mfs
27   
28   INTEGER , PARAMETER ::   jpfld  = 4           ! number of files to read for stokes drift
29   INTEGER , PARAMETER ::   jp_usd = 1           ! index of stokes drift  (i-component) (m/s)    at T-point
30   INTEGER , PARAMETER ::   jp_vsd = 2           ! index of stokes drift  (j-component) (m/s)    at T-point
31   INTEGER , PARAMETER ::   jp_swh = 3           ! index of significant wave hight      (m)      at T-point
32   INTEGER , PARAMETER ::   jp_wmp = 4           ! index of mean wave period            (s)      at T-point
33!
34   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:)  :: sf_cd    ! structure of input fields (file informations, fields read) Drag Coefficient
35   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:)  :: sf_sd    ! structure of input fields (file informations, fields read) Stokes Drift
36   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:)  :: sf_wn    ! structure of input fields (file informations, fields read) wave number for Qiao
37   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:)  :: sf_tauoc    ! structure of input fields (file informations, fields read) normalized wave stress into the ocean
38   REAL(wp),PUBLIC,ALLOCATABLE,DIMENSION (:,:)       :: cdn_wave 
39   REAL(wp),ALLOCATABLE,DIMENSION (:,:)              :: usd2d,vsd2d
40   REAL(wp),PUBLIC,ALLOCATABLE,DIMENSION (:,:)       :: swh,wmp,wnum
41   REAL(wp),PUBLIC,ALLOCATABLE,DIMENSION (:,:)       :: usd2dt,vsd2dt,tsd2d
42   REAL(wp),PUBLIC,ALLOCATABLE,DIMENSION (:,:,:)     :: usd3d,vsd3d,wsd3d 
43   REAL(wp),PUBLIC,ALLOCATABLE,DIMENSION (:,:)       :: tauoc_wave
44   LOGICAL, PUBLIC :: ln_stcor = .FALSE.
45
46   !! * Substitutions
47#  include "domzgr_substitute.h90"
48   !!----------------------------------------------------------------------
49   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2011)
50   !! $Id: $
51   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
52   !!----------------------------------------------------------------------
53CONTAINS
54
55   SUBROUTINE sbc_wave( kt )
56      !!---------------------------------------------------------------------
57      !!                     ***  ROUTINE sbc_apr  ***
58      !!
59      !! ** Purpose :   read drag coefficient from wave model  in netcdf files.
60      !!
61      !! ** Method  : - Read namelist namsbc_wave
62      !!              - Read Cd_n10 fields in netcdf files
63      !!              - Read stokes drift 2d in netcdf files
64      !!              - Read wave number      in netcdf files
65      !!              - Compute 3d stokes drift using Breivik et al.,2014
66      !!                formulation
67      !! ** action  :   
68      !!               
69      !!---------------------------------------------------------------------
70      USE oce,  ONLY : un,vn,hdivn,rotn
71      USE divcur
72      USE wrk_nemo
73      USE zdf_oce,  ONLY : ln_zdfqiao
74#if defined key_bdy
75      USE bdy_oce, ONLY : bdytmask
76#endif
77      INTEGER, INTENT( in  ) ::  kt       ! ocean time step
78      INTEGER                ::  ierror   ! return error code
79      INTEGER                ::  ifpr, jj,ji,jk 
80      INTEGER                ::   ios     ! Local integer output status for namelist read
81      REAL(wp),DIMENSION(:,:,:),POINTER             ::  udummy,vdummy,hdivdummy,rotdummy
82      REAL(wp)                                      ::  z2dt,z1_2dt
83      REAL(wp)                                      ::  ztransp,zsp0, zk, zus,zvs
84      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)                  ::  zfac 
85      TYPE(FLD_N), DIMENSION(jpfld) ::   slf_i     ! array of namelist informations on the fields to read
86      CHARACTER(len=100)     ::  cn_dir                          ! Root directory for location of drag coefficient files
87      TYPE(FLD_N)            ::  sn_cdg, sn_usd, sn_vsd,  &
88                             &   sn_swh, sn_wmp, sn_wnum, sn_tauoc      ! informations about the fields to be read
89      !!---------------------------------------------------------------------
90      NAMELIST/namsbc_wave/  sn_cdg, cn_dir, sn_usd, sn_vsd, sn_swh, sn_wmp, sn_wnum, ln_stcor, sn_tauoc
91      !!---------------------------------------------------------------------
92
93      !!----------------------------------------------------------------------
94      !
95      !
96      !                                         ! -------------------- !
97      IF( kt == nit000 ) THEN                   ! First call kt=nit000 !
98         !                                      ! -------------------- !
99         REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namsbc_wave in reference namelist : File for drag coeff. from wave model
100         READ  ( numnam_ref, namsbc_wave, IOSTAT = ios, ERR = 901)
101901      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_wave in reference namelist', lwp )
102
103         REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namsbc_wave in configuration namelist : File for drag coeff. from wave model
104         READ  ( numnam_cfg, namsbc_wave, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
105902      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namsbc_wave in configuration namelist', lwp )
106         IF(lwm) WRITE ( numond, namsbc_wave )
107         !
108
109         IF ( ln_cdgw ) THEN
110            ALLOCATE( sf_cd(1), STAT=ierror )           !* allocate and fill sf_wave with sn_cdg
111            IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_wave: unable to allocate sf_wave structure' )
112            !
113                                   ALLOCATE( sf_cd(1)%fnow(jpi,jpj,1)   )
114            IF( sn_cdg%ln_tint )   ALLOCATE( sf_cd(1)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
115            CALL fld_fill( sf_cd, (/ sn_cdg /), cn_dir, 'sbc_wave', 'Wave module ', 'namsbc_wave' )
116            ALLOCATE( cdn_wave(jpi,jpj) )
117            cdn_wave(:,:) = 0.0
118        ENDIF
119!
120         IF ( ln_tauoc ) THEN
121            ALLOCATE( sf_tauoc(1), STAT=ierror )           !* allocate and fill sf_wave with sn_tauoc
122            IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_wave: unable to allocate sf_wave structure' )
123            !
124                                   ALLOCATE( sf_tauoc(1)%fnow(jpi,jpj,1)   )
125            IF( sn_cdg%ln_tint )   ALLOCATE( sf_tauoc(1)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
126            CALL fld_fill( sf_tauoc, (/ sn_tauoc /), cn_dir, 'sbc_wave', 'Wave module', 'namsbc_wave' )
127            ALLOCATE( tauoc_wave(jpi,jpj) )
128            tauoc_wave(:,:) = 0.0
129        ENDIF
130!
131         IF ( ln_sdw ) THEN
132            slf_i(jp_usd) = sn_usd ; slf_i(jp_vsd) = sn_vsd;
133            slf_i(jp_swh) = sn_swh ; slf_i(jp_wmp) = sn_wmp;
134            ALLOCATE( sf_sd(jpfld), STAT=ierror )           !* allocate and fill sf_sd with stokes drift
135            IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_wave: unable to allocate sf_wave structure' )
136            !
137            DO ifpr= 1, jpfld
138               ALLOCATE( sf_sd(ifpr)%fnow(jpi,jpj,1) )
139               IF( slf_i(ifpr)%ln_tint )   ALLOCATE( sf_sd(ifpr)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
140            END DO
141!
142            CALL fld_fill( sf_sd, slf_i, cn_dir, 'sbc_wave', 'Wave module ', 'namsbc_wave' )
143            ALLOCATE( usd2d(jpi,jpj),vsd2d(jpi,jpj),usd2dt(jpi,jpj),vsd2dt(jpi,jpj))
144            ALLOCATE( usd3d(jpi,jpj,jpk),vsd3d(jpi,jpj,jpk),wsd3d(jpi,jpj,jpk) )
145            ALLOCATE( swh(jpi,jpj), wmp(jpi,jpj) )
146            usd2d(:,:)   = 0.0 ;  vsd2d(:,:)   = 0.0 ;
147            usd2dt(:,:)  = 0.0 ;  vsd2dt(:,:)  = 0.0 ;
148            usd3d(:,:,:) = 0.0 ;  vsd3d(:,:,:) = 0.0 ;
149            wsd3d(:,:,:) = 0.0 ;
150            swh(:,:)     = 0.0 ;  wmp(:,:)     = 0.0 ;
151            IF ( ln_zdfqiao ) THEN
152               ALLOCATE( sf_wn(1), STAT=ierror )           !* allocate and fillsf_wave with sn_wnum
153               IF( ierror > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'sbc_wave: unable toallocate sf_wave structure' )
154                                      ALLOCATE( sf_wn(1)%fnow(jpi,jpj,1)   )
155               IF( sn_wnum%ln_tint )  ALLOCATE( sf_wn(1)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
156               CALL fld_fill( sf_wn, (/ sn_wnum /), cn_dir, 'sbc_wave', 'Wave module', 'namsbc_wave' )
157               ALLOCATE( wnum(jpi,jpj),tsd2d(jpi,jpj) )
158               wnum(:,:) = 0.0; tsd2d(:,:) = 0.0
159            ENDIF
160         ENDIF
161      ENDIF
162         !
163      IF ( ln_cdgw ) THEN
164         CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf_cd )      !* read drag coefficient from external forcing
165         cdn_wave(:,:) = sf_cd(1)%fnow(:,:,1)
166      ENDIF
167!
168      IF ( ln_tauoc ) THEN
169         CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf_tauoc )      !* read wave norm stress from external forcing
170         tauoc_wave(:,:) = sf_tauoc(1)%fnow(:,:,1)
171      ENDIF
172!
173      IF ( ln_sdw )  THEN
174          CALL fld_read( kt, nn_fsbc, sf_sd )      !* read wave parameters from external forcing
175          swh(:,:)    = sf_sd(jp_swh)%fnow(:,:,1)
176          wmp(:,:)    = sf_sd(jp_wmp)%fnow(:,:,1)
177          usd2dt(:,:) = sf_sd(jp_usd)%fnow(:,:,1) 
178          vsd2dt(:,:) = sf_sd(jp_vsd)%fnow(:,:,1)
179         !-------------------------------------------------
180         ! Interpolate stokes drift into the grid_V and grid_V
181         !-------------------------------------------------
182         DO jj = 1, jpjm1
183            DO ji = 1, jpim1
184               usd2d(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * ( usd2dt(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) &
185               &                                             +  usd2dt(ji+1,jj) * tmask(ji+1,jj,1) )
186
187               vsd2d(ji,jj) = 0.5 * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * ( vsd2dt(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) &
188               &                                              + vsd2dt(ji,jj+1) * tmask(ji,jj+1,1) )
189            END DO
190         END DO
191         !
192         CALL lbc_lnk( usd2d(:,:), 'U', -1. )
193         CALL lbc_lnk( vsd2d(:,:), 'V', -1. )
194
195          !Computation of the 3d Stokes Drift according to Breivik et al.,2014
196          !(DOI: 10.1175/JPO-D-14-0020.1)
197          DO jk = 1, jpk
198             DO jj = 1, jpj
199                DO ji = 1, jpi
200
201               ! On T grid
202               ! Stokes transport speed estimated from Hs and Tmean
203               ztransp = 2.0_wp*rpi*swh(ji,jj)**2.0_wp/(16.0_wp*MAX(wmp(ji,jj),0.0000001_wp))
204
205               ! Stokes surface speed
206               zsp0 = SQRT( sf_sd(jp_usd)%fnow(ji,jj,1)**2 +  sf_sd(jp_vsd)%fnow(ji,jj,1)**2)
207
208               ! Wavenumber scale
209               zk = ABS(zsp0)/MAX(ABS(5.97_wp*ztransp),0.0000001_wp)
210
211               ! Depth attenuation
212               zfac(ji,jj) = EXP(-2.0_wp*zk*fsdept(ji,jj,jk))/(1.0_wp+8.0_wp*zk*fsdept(ji,jj,jk))
213
214                END DO
215             END DO
216!
217             DO jj = 1, jpj-1
218                DO ji = 1, jpi-1
219                 ! Into the U and V Grid
220                 zus = 0.5 * ( 2. - umask(ji,jj,1) ) * ( zfac(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) &
221                 &                                + zfac(ji+1,jj) * tmask(ji+1,jj,1) )
222
223                 zvs = 0.5 * ( 2. - vmask(ji,jj,1) ) * ( zfac(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) &
224                 &                                + zfac(ji,jj+1) * tmask(ji,jj+1,1) )
225
226                 usd3d(ji,jj,jk) = usd2d(ji,jj)*zus
227                 vsd3d(ji,jj,jk) = vsd2d(ji,jj)*zvs
228                END DO
229             END DO
230          END DO
231         !
232         CALL lbc_lnk( usd3d(:,:,:), 'U', -1. )
233         CALL lbc_lnk( vsd3d(:,:,:), 'V', -1. )
234
235          CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,udummy,vdummy,hdivdummy,rotdummy)
236      !-------------------------------------------------------------------         
237      ! Store horiz. velocity divergence and Rot in TMP array
238      ! -------------------------------------------------------------------
239
240          udummy(:,:,:)     = un(:,:,:)
241          vdummy(:,:,:)     = vn(:,:,:)
242          hdivdummy(:,:,:)  = hdivn(:,:,:)
243          rotdummy(:,:,:)   = rotn(:,:,:)
244          un(:,:,:)         = usd3d(:,:,:)
245          vn(:,:,:)         = vsd3d(:,:,:)
246
247      ! Compute divergence using 3d stokes drift to calculate vertical SD
248      ! velocity
249      ! -------------------------------------------------------------------
250
251          CALL div_cur(kt)
252
253      ! -------------------------------------------------------------------
254      !                                           !------------------------------!
255      !                                           !     Now Vertical Velocity    !
256      !                                           !------------------------------!
257          z2dt = 2._wp * rdt                              ! set time step size (Euler/Leapfrog)
258
259          z1_2dt = 1.e0 / z2dt
260          DO jk = jpkm1, 1, -1                             ! integrate from the bottom the hor. divergence
261             ! - ML - need 3 lines here because replacement of fse3t by its expression yields too long lines otherwise
262             wsd3d(:,:,jk) = wsd3d(:,:,jk+1) -   fse3t_n(:,:,jk) * hdivn(:,:,jk)        &
263                &                            - ( fse3t_a(:,:,jk) - fse3t_b(:,:,jk) )    &
264                &                                * tmask(:,:,jk) * z1_2dt
265#if defined key_bdy
266             wsd3d(:,:,jk) = wsd3d(:,:,jk) * bdytmask(:,:)
267#endif
268          END DO
269      ! Back to state variables 
270      ! -------------------------------------------------------------------
271          hdivn(:,:,:)  = hdivdummy(:,:,:)
272          rotn(:,:,:)   = rotdummy(:,:,:)
273          vn(:,:,:)     = vdummy(:,:,:)
274          un(:,:,:)     = udummy(:,:,:)
275
276          CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,udummy,vdummy,hdivdummy,rotdummy)
277!
278        IF ( ln_zdfqiao )  THEN
279          wnum(:,:) = sf_wn(1)%fnow(:,:,1)
280         ! Calculate the module of the stokes drift on T grid
281         !-------------------------------------------------
282         DO jj = 1, jpj
283            DO ji = 1, jpi
284                tsd2d(ji,jj) = ((sf_sd(jp_usd)%fnow(ji,jj,1) * tmask(ji,jj,1))**2.0  +     &
285                &               (sf_sd(jp_vsd)%fnow(ji,jj,1) * tmask(ji,jj,1))**2.0)**0.5
286            END DO
287         END DO
288        ENDIF
289      ENDIF
290
291
292   END SUBROUTINE sbc_wave
293     
294   !!======================================================================
295END MODULE sbcwave
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.