/[MITgcm]/MITgcm/pkg/seaice/seaice_ocean_stress.F
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revision 1.4 by mlosch, Thu Mar 9 20:22:40 2006 UTC revision 1.5 by mlosch, Wed Mar 15 19:49:04 2006 UTC
# Line 18  C     === Global variables === Line 18  C     === Global variables ===
18  #include "SIZE.h"  #include "SIZE.h"
19  #include "EEPARAMS.h"  #include "EEPARAMS.h"
20  #include "PARAMS.h"  #include "PARAMS.h"
21    #include "GRID.h"
22  #include "FFIELDS.h"  #include "FFIELDS.h"
23  #include "SEAICE.h"  #include "SEAICE.h"
24  #include "SEAICE_PARAMS.h"  #include "SEAICE_PARAMS.h"
25    #include "SEAICE_FFIELDS.h"
26    
27  C     === Routine arguments ===  C     === Routine arguments ===
28  C     myTime - Simulation time  C     myTime - Simulation time
# Line 29  C     myThid - Thread no. that called th Line 31  C     myThid - Thread no. that called th
31        _RL     myTime        _RL     myTime
32        INTEGER myIter        INTEGER myIter
33        INTEGER myThid        INTEGER myThid
 CML      _RL COR_ICE    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,  nSx,nSy)  
34  CEndOfInterface  CEndOfInterface
35    
36  #ifdef SEAICE_CGRID  #ifdef SEAICE_CGRID
# Line 37  C     === Local variables === Line 38  C     === Local variables ===
38  C     i,j,bi,bj - Loop counters  C     i,j,bi,bj - Loop counters
39    
40        INTEGER i, j, bi, bj        INTEGER i, j, bi, bj
41        _RL  SINWAT, COSWAT        _RL  SINWAT, COSWAT, SINWIN, COSWIN
42        _RL  fuIce, fvIce        _RL  fuIce, fvIce, FX, FY
43        _RL  areaW, areaS        _RL  areaW, areaS
44    
45          _RL press       (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,nSx,nSy)
46          _RL etaPlusZeta (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
47          _RL zetaMinusEta(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
48          _RL etaMeanZ    (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
49          _RL etaMeanU    (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
50          _RL etaMeanV    (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
51          _RL dVdx        (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
52          _RL dVdy        (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
53          _RL dUdx        (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
54          _RL dUdy        (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
55    
56  c     introduce turning angle (default is zero)  c     introduce turning angle (default is zero)
57        SINWAT=SIN(SEAICE_waterTurnAngle*deg2rad)        SINWAT=SIN(SEAICE_waterTurnAngle*deg2rad)
58        COSWAT=COS(SEAICE_waterTurnAngle*deg2rad)        COSWAT=COS(SEAICE_waterTurnAngle*deg2rad)
59          SINWIN=SIN(SEAICE_airTurnAngle*deg2rad)
60          COSWIN=COS(SEAICE_airTurnAngle*deg2rad)
61    
62  C--   Update overlap regions  C--   Update overlap regions
63        CALL EXCH_UV_XY_RL(WINDX, WINDY, .TRUE., myThid)        CALL EXCH_UV_XY_RL(WINDX, WINDY, .TRUE., myThid)
# Line 63  C     to U and V points of C-grid for fo Line 77  C     to U and V points of C-grid for fo
77        ENDDO        ENDDO
78  #endif /* ifndef SEAICE_EXTERNAL_FLUXES */  #endif /* ifndef SEAICE_EXTERNAL_FLUXES */
79    
80  C--   Compute ice-affected wind stress (interpolate to U/V-points)        IF ( useHB87StressCoupling ) THEN
81    C
82    C     use an intergral over ice and ocean surface layer to define
83    C     surface stresses on ocean following Hibler and Bryan (1987, JPO)
84    C    
85    C     recompute viscosities from updated ice velocities
86           CALL SEAICE_CALC_VISCOSITIES(
87         I      uIce(1-Olx,1-Oly,1,1,1), vIce(1-Olx,1-Oly,1,1,1),
88         I      zMin, zMax, hEffM, press0,
89         O      eta, zeta, press,
90         I      myThid )
91    C     re-compute internal stresses with updated ice velocities
92           DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
93            DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
94             DO j=1-Oly+1,sNy+Oly-1
95              DO i=1-Olx+1,sNx+Olx-1
96               etaPlusZeta (I,J) =  eta(I,J,bi,bj) + zeta(I,J,bi,bj)
97               zetaMinusEta(I,J) = zeta(I,J,bi,bj) -  eta(I,J,bi,bj)
98               etaMeanU (I,J) =
99         &          HALF*(ETA (I,J,bi,bj) + ETA (I-1,J  ,bi,bj))
100               etaMeanV (I,J) =
101         &          HALF*(ETA (I,J,bi,bj) + ETA (I  ,J-1,bi,bj))
102               etaMeanZ (I,J) = QUART *  
103         &          ( eta(I  ,J,bi,bj) + eta(I  ,J-1,bi,bj)
104         &          + eta(I-1,J,bi,bj) + eta(I-1,J-1,bi,bj) )
105               dUdx(I,J) = ( uIce(I+1,J,1,bi,bj) - uIce(I,J,1,bi,bj) )
106         &          * _recip_dxF(I,J,bi,bj)
107               dUdy(I,J) = ( uIce(I,J+1,1,bi,bj) - uIce(I,J,1,bi,bj) )
108         &          * _recip_dyU(I,J+1,bi,bj)
109               dVdx(I,J) = ( vIce(I+1,J,1,bi,bj) - vIce(I,J,1,bi,bj) )
110         &          * _recip_dxV(I+1,J,bi,bj)
111               dVdy(I,J) = ( vIce(I,J+1,1,bi,bj) - vIce(I,J,1,bi,bj) )
112         &          * _recip_dyF(I,J,bi,bj)
113              ENDDO
114             ENDDO
115             DO J = 1,sNy
116              DO I = 1,sNx
117    C     First FX = (d/dx)*sigam
118    C     + d/dx[ eta+zeta d/dx ] U
119               FX = _recip_dxC(I,J,bi,bj) *
120         &            ( etaPlusZeta(I  ,J) * dUdx(I  ,J)
121         &            - etaPlusZeta(I-1,J) * dUdx(I-1,J) )
122    C     + (d/dy)[eta*(d/dy + tanphi/a)] U (also on UVRT1/2)
123               FX = FX + _recip_dyG(I,J,bi,bj) * (
124         &          ( etaMeanZ(I,J+1) * dUdy(I,J+1)
125         &          - etaMeanZ(I,J  ) * dUdy(I,J  )
126         &          )
127         &          - ( etaMeanZ(I,J+1)
128         &            * ( uIce(I,J+1,1,bi,bj)+uIce(I,J,1,bi,bj) )
129         &            - etaMeanZ(I,J  )
130         &            * ( uIce(I,J-1,1,bi,bj)+uIce(I,J,1,bi,bj) ) )
131         &          * 0.5 _d 0 * _tanPhiAtU(I,J,bi,bj)
132         &          * recip_rSphere )
133    C     - 2*eta*(tanphi/a) * ( tanphi/a ) U
134               FX = FX - TWO * uIce(I,J,1,bi,bj)
135         &          * etaMeanU(I,J)*recip_rSphere*recip_rSphere
136         &          * _tanPhiAtU(I,J,bi,bj)  * _tanPhiAtU(I,J,bi,bj)
137    C     + d/dx[ (zeta-eta) dV/dy]
138               FX = FX +
139         &          ( zetaMinusEta(I  ,J  ) * dVdy(I  ,J  )
140         &          - zetaMinusEta(I-1,J  ) * dVdy(I-1,J  )
141         &          ) * _recip_dxC(I,J,bi,bj)
142    C     + d/dy[ eta dV/x ]
143               FX = FX + (
144         &            etaMeanZ(I,J+1)
145         &          * ( vIce(I  ,J+1,1,bi,bj) - vIce(I-1,J+1,1,bi,bj) )
146         &          * _recip_dxV(I,J+1,bi,bj)
147         &          - etaMeanZ(I,J  )
148         &          * ( vIce(I  ,J,1,bi,bj) - vIce(I-1,J,1,bi,bj) )
149         &          * _recip_dxV(I,J,bi,bj)
150         &          ) * _recip_dyG(I,J,bi,bj)
151    C     - d/dx[ (eta+zeta) * v * (tanphi/a) ]
152               FX = FX - (
153         &            etaPlusZeta(I  ,J)
154         &          * 0.5 * (vIce(I  ,J,1,bi,bj)+vIce(I  ,J+1,1,bi,bj))
155         &          * 0.5 * ( _tanPhiAtU(I  ,J,bi,bj)
156         &          + _tanPhiAtU(I+1,J,bi,bj) )
157         &          - etaPlusZeta(I-1,J) *
158         &          * 0.5 * (vIce(I-1,J,1,bi,bj)+vIce(I-1,J+1,1,bi,bj))
159         &          * 0.5 * ( _tanPhiAtU(I-1,J,bi,bj)
160         &          + _tanPhiAtU(I  ,J,bi,bj) )
161         &          )* _recip_dxC(I,J,bi,bj)*recip_rSphere
162    C     - 2*eta*(tanphi/a) * dV/dx
163               FX = FX
164         &          -TWO * etaMeanU(I,J) * _tanPhiAtV(I,J,bi,bj)
165         &          *recip_rSphere
166         &          *(vIce(I  ,J,1,bi,bj) + vIce(I  ,J+1,1,bi,bj)
167         &          - vIce(I-1,J,1,bi,bj) - vIce(I-1,J+1,1,bi,bj))
168         &          * _recip_dxC(I,J,bi,bj)
169    C     - (d/dx) P/2
170               FX = _maskW(I,J,1,bi,bj) * ( FX - _recip_dxC(I,J,bi,bj)
171         &          * ( press(I,J,bi,bj) - press(I-1,J,bi,bj) ) )
172    C
173    C     then FY = (d/dy)*sigam
174    C     + d/dy [(eta+zeta) d/dy] V
175               FY = _recip_dyC(I,J,bi,bj) *
176         &          ( dVdy(I,J  ) * etaPlusZeta(I,J  )
177         &          - dVdy(I,J-1) * etaPlusZeta(I,J-1) )
178    C     + d/dx [eta d/dx] V
179               FY = FY +  _recip_dxC(I,J,bi,bj) *
180         &          ( eta(I  ,J,bi,bj) * dVdx(I  ,J)
181         &          - eta(I-1,J,bi,bj) * dVdx(I-1,J) )
182    C     - d/dy [(zeta-eta) tanphi/a] V
183               FY = FY - _recip_dyC(I,J,bi,bj) * recip_rSphere * (
184         &            zetaMinusEta(I,J  ) * tanPhiAtU(I,J  ,bi,bj)
185         &          * 0.5 * ( vIce(I,J,1,bi,bj) + vIce(I,J+1,1,bi,bj))
186         &          - zetaMinusEta(I,J-1) * tanPhiAtU(I,J-1,bi,bj)
187         &          * 0.5 * ( vIce(I,J,1,bi,bj) + vIce(I,J-1,1,bi,bj)) )
188    C     2*eta tanphi/a ( - tanphi/a - d/dy) V
189               FY = FY - TWO*etaMeanV(I,J) * recip_rSphere
190         &          * _tanPhiAtV(I,J,bi,bj) * (
191         &            _tanPhiAtV(I,J,bi,bj) * recip_rSphere
192         &          + _recip_dyC(I,J,bi,bj) *
193         &          ( 0.5 * ( vIce(I,J,1,bi,bj) + vIce(I,J+1,1,bi,bj))
194         &          - 0.5 * ( vIce(I,J,1,bi,bj) + vIce(I,J-1,1,bi,bj)) ) )
195    C     + d/dy[ (zeta-eta) dU/dx ]
196               FY = FY +
197         &          ( zetaMinusEta(I,J  )*dUdx(I,J  )
198         &          - zetaMinusEta(I,J-1)*dUdx(I,J-1) )
199         &          * _recip_dyC(I,J,bi,bj)
200    C     + d/dx[ eta dU/dy ]
201               FY = FY + _recip_dxG(I,J,bi,bj) *
202         &          ( etaMeanZ(I+1,J) * dUdy(I+1,J)
203         &          - etaMeanZ(I  ,J) * dUdy(I  ,J) )
204    C     + d/dx[ eta * (tanphi/a) * U ]
205               FY = FY + (
206         &            etaMeanZ(I+1,J) * 0.5 *
207         &          ( uIce(I+1,J  ,1,bi,bj) * _tanPhiAtU(I+1,J  ,bi,bj)
208         &          + uIce(I+1,J-1,1,bi,bj) * _tanPhiAtU(I+1,J-1,bi,bj) )
209         &          - etaMeanZ(I  ,J) * 0.5 *
210         &          ( uIce(I  ,J  ,1,bi,bj) * _tanPhiAtU(I  ,J  ,bi,bj)
211         &          + uIce(I  ,J-1,1,bi,bj) * _tanPhiAtU(I  ,J  ,bi,bj) )
212         &          ) *  _recip_dxG(I,J,bi,bj)*recip_rSphere
213    C     + 2*eta*(tanphi/a) dU/dx
214               FY = FY +
215         &          TWO * etaMeanV(I,J)*TWO  * _tanPhiAtV(I,J,bi,bj)
216         &          * ( uIce(I+1,J,1,bi,bj)+uIce(I+1,J-1,1,bi,bj)
217         &            - uIce(I  ,J,1,bi,bj)-uIce(I  ,J-1,1,bi,bj) )
218         &          * _recip_dxG(I,J,bi,bj) * recip_rSphere
219    C     - (d/dy) P/2
220               FY = _maskS(I,J,1,bi,bj) * ( FY - _recip_dyC(I,J,bi,bj)
221         &          * ( press(I,J,bi,bj) - press(I,J-1,bi,bj) ) )
222    C    
223    C     recompute wind stress over ice (done already in seaice_dynsolver,
224    C     but not saved)
225               fuIce = 0.5 _d 0 *
226         &          ( DAIRN(I  ,J,bi,bj)*(
227         &          COSWIN*uWind(I  ,J,bi,bj)-SINWIN*vWind(I  ,J,bi,bj) )
228         &          + DAIRN(I-1,J,bi,bj)*(
229         &          COSWIN*uWind(I-1,J,bi,bj)-SINWIN*vWind(I-1,J,bi,bj) )
230         &          )
231               fvIce = 0.5 _d 0 *
232         &          ( DAIRN(I,J  ,bi,bj)*(
233         &          SINWIN*uWind(I,J  ,bi,bj)+COSWIN*vWind(I,J  ,bi,bj) )
234         &          + DAIRN(I,J-1,bi,bj)*(
235         &          SINWIN*uWind(I,J-1,bi,bj)+COSWIN*vWind(I,J-1,bi,bj) )
236         &          )
237    C     average wind stress over ice and ocean and apply averaged wind
238    C     stress and internal ice stresses to surface layer of ocean
239               areaW = 0.5 * (AREA(I,J,1,bi,bj) + AREA(I-1,J,1,bi,bj))
240               areaS = 0.5 * (AREA(I,J,1,bi,bj) + AREA(I,J-1,1,bi,bj))
241               fu(I,J,bi,bj)=(ONE-areaW)*fu(I,J,bi,bj)+areaW*(fuIce + FX)
242               fv(I,J,bi,bj)=(ONE-areaS)*fv(I,J,bi,bj)+areaS*(fvIce + FY)
243              END DO
244             END DO
245            ENDDO
246           ENDDO
247          ELSE
248    
249    C--   Compute ice-affected wind stress (interpolate to U/V-points)
250    C     by averaging wind stress and ice-ocean stress according to
251    C     ice cover
252        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
253         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
254          DO j=1,sNy          DO j=1,sNy
# Line 94  C--   Compute ice-affected wind stress ( Line 279  C--   Compute ice-affected wind stress (
279          ENDDO          ENDDO
280         ENDDO         ENDDO
281        ENDDO        ENDDO
282          ENDIF
283        CALL EXCH_UV_XY_RS(fu, fv, .TRUE., myThid)        CALL EXCH_UV_XY_RS(fu, fv, .TRUE., myThid)
284    
285  #endif /* not SEAICE_CGRID */  #endif /* not SEAICE_CGRID */
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