/[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 1.20 by mlosch, Wed Nov 14 15:55:48 2007 UTC
# Line 4  C $Name$ Line 4  C $Name$
4  #include "SEAICE_OPTIONS.h"  #include "SEAICE_OPTIONS.h"
5    
6  CStartOfInterface  CStartOfInterface
7        SUBROUTINE SEAICE_OCEAN_STRESS(        SUBROUTINE SEAICE_OCEAN_STRESS(
8       I     myTime, myIter, myThid )       I     myTime, myIter, myThid )
9  C     /==========================================================\  C     /==========================================================\
10  C     | SUBROUTINE SEAICE_OCEAN_STRESS                           |  C     | SUBROUTINE SEAICE_OCEAN_STRESS                           |
# 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"
# Line 29  C     myThid - Thread no. that called th Line 30  C     myThid - Thread no. that called th
30        _RL     myTime        _RL     myTime
31        INTEGER myIter        INTEGER myIter
32        INTEGER myThid        INTEGER myThid
 CML      _RL COR_ICE    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,  nSx,nSy)  
33  CEndOfInterface  CEndOfInterface
34    
35  #ifdef SEAICE_CGRID  #ifdef SEAICE_CGRID
36  C     === Local variables ===  C     === Local variables ===
37  C     i,j,bi,bj - Loop counters  C     i,j,bi,bj - Loop counters
38    
39        INTEGER i, j, bi, bj        INTEGER i, j, bi, bj
40        _RL  SINWAT, COSWAT        _RL  SINWAT, COSWAT, SINWIN, COSWIN
41        _RL  fuIce, fvIce        _RL  fuIceLoc, fvIceLoc, FX, FY
42        _RL  areaW, areaS        _RL  areaW, areaS
43    
44          _RL e11         (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,nSx,nSy)
45          _RL e22         (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,nSx,nSy)
46          _RL e12         (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,nSx,nSy)
47          _RL press       (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,nSx,nSy)
48          _RL sig11       (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
49          _RL sig22       (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
50          _RL sig12       (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
51          _RL eplus, eminus
52    
53  c     introduce turning angle (default is zero)  c     introduce turning angle (default is zero)
54        SINWAT=SIN(SEAICE_waterTurnAngle*deg2rad)        SINWAT=SIN(SEAICE_waterTurnAngle*deg2rad)
55        COSWAT=COS(SEAICE_waterTurnAngle*deg2rad)        COSWAT=COS(SEAICE_waterTurnAngle*deg2rad)
56          SINWIN=SIN(SEAICE_airTurnAngle*deg2rad)
57          COSWIN=COS(SEAICE_airTurnAngle*deg2rad)
58    
59  C--   Update overlap regions        IF ( useHB87StressCoupling ) THEN
60        CALL EXCH_UV_XY_RL(WINDX, WINDY, .TRUE., myThid)  C
61    C     use an intergral over ice and ocean surface layer to define
62  #ifndef SEAICE_EXTERNAL_FLUXES  C     surface stresses on ocean following Hibler and Bryan (1987, JPO)
63  C--   Interpolate wind stress (N/m^2) from C-points of C-grid  C
64  C     to U and V points of C-grid for forcing the ocean model.  C     recompute strain rates, viscosities, etc. from updated ice velocities
65        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)         IF ( .NOT. SEAICEuseEVP ) THEN
66         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)  C     only for EVP we already have the stress components otherwise we need
67          DO j=1,sNy  C     to recompute them here
68           DO i=1,sNx          CALL SEAICE_CALC_STRAINRATES(
69            fu(I,J,bi,bj)=0.5*(WINDX(I,J,bi,bj) + WINDX(I-1,J,bi,bj))       I       uIce, vIce,
70            fv(I,J,bi,bj)=0.5*(WINDY(I,J,bi,bj) + WINDY(I,J-1,bi,bj))       O       e11, e22, e12,
71           ENDDO       I       3, 3, myTime, myIter, myThid )
72    
73            CALL SEAICE_CALC_VISCOSITIES(
74         I       e11, e22, e12, zMin, zMax, hEffM, press0,
75         O       eta, zeta, press,
76         I       3, myTime, myIter, myThid )
77           ENDIF
78    C     re-compute internal stresses with updated ice velocities
79           DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
80            DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
81             IF ( .NOT. SEAICEuseEVP ) THEN
82    C     only for EVP we already have computed the stress divergences, for
83    C     anything else we have to do it here
84              DO j=1-Oly,sNy+Oly
85               DO i=1-Olx,sNx+Olx
86                sig11(I,J) = 0. _d 0
87                sig22(I,J) = 0. _d 0
88                sig12(I,J) = 0. _d 0
89               ENDDO
90              ENDDO
91    
92              DO j=0,sNy
93               DO i=0,sNx
94                eplus = e11(I,J,bi,bj) + e22(I,J,bi,bj)
95                eminus= e11(I,J,bi,bj) - e22(I,J,bi,bj)
96                sig11(I,J) = zeta(I,J,bi,bj)*eplus + eta(I,J,bi,bj)*eminus
97         &           - 0.5 _d 0 * PRESS(I,J,bi,bj)
98                sig22(I,J) = zeta(I,J,bi,bj)*eplus - eta(I,J,bi,bj)*eminus
99         &           - 0.5 _d 0 * PRESS(I,J,bi,bj)
100               ENDDO
101              ENDDO
102    
103              DO j=1,sNy+1
104               DO i=1,sNx+1
105                sig12(I,J) = 2. _d 0 * e12(I,J,bi,bj) *
106         &           ( eta(I,J  ,bi,bj) + eta(I-1,J  ,bi,bj)
107         &           + eta(I,J-1,bi,bj) + eta(I-1,J-1,bi,bj) )
108         &           /MAX(1. _d 0,
109         &             hEffM(I,J  ,bi,bj) + hEffM(I-1,J  ,bi,bj)
110         &           + hEffM(I,J-1,bi,bj) + hEffM(I-1,J-1,bi,bj))
111               ENDDO
112              ENDDO
113    C     evaluate divergence of stress and apply to forcing
114              DO J=1,sNy
115               DO I=1,sNx
116                FX = ( sig11(I  ,J  ) * _dyF(I  ,J  ,bi,bj)
117         &           - sig11(I-1,J  ) * _dyF(I-1,J  ,bi,bj)
118         &           + sig12(I  ,J+1) * _dxV(I  ,J+1,bi,bj)
119         &           - sig12(I  ,J  ) * _dxV(I  ,J  ,bi,bj)
120         &           ) * recip_rAw(I,J,bi,bj)
121         &           -
122         &           ( sig12(I,J) + sig12(I,J+1) )
123         &           * _tanPhiAtU(I,J,bi,bj) * recip_rSphere
124         &           +
125         &           ( sig22(I,J) + sig22(I-1,J) ) * 0.5 _d 0
126         &           * _tanPhiAtU(I,J,bi,bj) * recip_rSphere
127    C     one metric term  missing for general curvilinear coordinates
128                FY = ( sig22(I  ,J  ) * _dxF(I  ,J  ,bi,bj)
129         &           - sig22(I  ,J-1) * _dxF(I  ,J-1,bi,bj)
130         &           + sig12(I+1,J  ) * _dyU(I+1,J  ,bi,bj)
131         &           - sig12(I  ,J  ) * _dyU(I  ,J  ,bi,bj)
132         &           ) * recip_rAs(I,J,bi,bj)
133         &           -
134         &           ( sig22(I,J) + sig22(I,J-1) ) * 0.5 _d 0
135         &           * _tanPhiAtV(I,J,bi,bj) * recip_rSphere
136    C     two metric terms missing for general curvilinear coordinates
137    C     average wind stress over ice and ocean and apply averaged wind
138    C     stress and internal ice stresses to surface layer of ocean
139                areaW = 0.5 * (AREA(I,J,1,bi,bj) + AREA(I-1,J,1,bi,bj))
140         &           * SEAICEstressFactor
141                areaS = 0.5 * (AREA(I,J,1,bi,bj) + AREA(I,J-1,1,bi,bj))
142         &           * SEAICEstressFactor
143                fu(I,J,bi,bj)=(ONE-areaW)*fu(I,J,bi,bj)
144         &           + areaW*taux(I,J,bi,bj)
145         &           + FX * SEAICEstressFactor
146                fv(I,J,bi,bj)=(ONE-areaS)*fv(I,J,bi,bj)
147         &           + areaS*tauy(I,J,bi,bj)
148         &           + FY * SEAICEstressFactor
149    C     save stress divergence for later
150    #ifdef SEAICE_ALLOW_EVP
151                stressDivergenceX(I,J,bi,bj) = FX
152                stressDivergenceY(I,J,bi,bj) = FY
153    #endif /* SEAICE_ALLOW_EVP */
154               ENDDO
155              ENDDO
156             ELSE
157    #ifdef SEAICE_ALLOW_EVP
158              DO J=1,sNy
159               DO I=1,sNx
160    C     average wind stress over ice and ocean and apply averaged wind
161    C     stress and internal ice stresses to surface layer of ocean
162                areaW = 0.5 * (AREA(I,J,1,bi,bj) + AREA(I-1,J,1,bi,bj))
163         &           * SEAICEstressFactor
164                areaS = 0.5 * (AREA(I,J,1,bi,bj) + AREA(I,J-1,1,bi,bj))
165         &           * SEAICEstressFactor
166                fu(I,J,bi,bj)=(ONE-areaW)*fu(I,J,bi,bj)
167         &           + areaW*taux(I,J,bi,bj)
168         &           + stressDivergenceX(I,J,bi,bj) * SEAICEstressFactor
169                fv(I,J,bi,bj)=(ONE-areaS)*fv(I,J,bi,bj)
170         &           + areaS*tauy(I,J,bi,bj)
171         &           + stressDivergenceY(I,J,bi,bj) * SEAICEstressFactor
172               ENDDO
173              ENDDO
174    #endif /* SEAICE_ALLOW_EVP */
175             ENDIF
176          ENDDO          ENDDO
177         ENDDO         ENDDO
178        ENDDO  
179  #endif /* ifndef SEAICE_EXTERNAL_FLUXES */        ELSE
180    C     else: useHB87StressCoupling=F
181    
182  C--   Compute ice-affected wind stress (interpolate to U/V-points)  C--   Compute ice-affected wind stress (interpolate to U/V-points)
183    C     by averaging wind stress and ice-ocean stress according to
184    C     ice cover
185        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
186         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
187          DO j=1,sNy          DO j=1,sNy
188           DO i=1,sNx           DO i=1,sNx
189            fuIce=HALF*( DWATN(I,J,bi,bj)+DWATN(I,J+1,bi,bj) )*(            fuIceLoc=HALF*( DWATN(I,J,bi,bj)+DWATN(I-1,J,bi,bj) )*
190       &         COSWAT *       &         COSWAT *
191       &         ( UICE(I,J,1,bi,bj)-GWATX(I,J,bi,bj) )       &         ( UICE(I,J,1,bi,bj)-GWATX(I,J,bi,bj) )
192       &         - SINWAT* 0.5 _d 0 * (       &         - SIGN(SINWAT, _fCori(I,J,bi,bj)) * 0.5 _d 0 *
193       &          0.5 _d 0*(vIce(I  ,J  ,1,bi,bj)-GWATY(I  ,J  ,bi,bj)       &         ( DWATN(I  ,J,bi,bj) *
194       &                   +vIce(I-1,J  ,1,bi,bj)-GWATY(I-1,J  ,bi,bj))       &         0.5 _d 0*(vIce(I  ,J  ,1,bi,bj)-GWATY(I  ,J  ,bi,bj)
195       &         +0.5 _d 0*(vIce(I  ,J+1,1,bi,bj)-GWATY(I  ,J+1,bi,bj)       &                  +vIce(I  ,J+1,1,bi,bj)-GWATY(I  ,J+1,bi,bj))
196       &                   +vIce(I-1,J+1,1,bi,bj)-GWATY(I-1,J+1,bi,bj)) )       &         + DWATN(I-1,J,bi,bj) *
197         &         0.5 _d 0*(vIce(I-1,J  ,1,bi,bj)-GWATY(I-1,J  ,bi,bj)
198         &                  +vIce(I-1,J+1,1,bi,bj)-GWATY(I-1,J+1,bi,bj))
199       &         )       &         )
200            fvIce=HALF*( DWATN(I,J,bi,bj)+DWATN(I+1,J,bi,bj) )*(            fvIceLoc=HALF*( DWATN(I,J,bi,bj)+DWATN(I,J-1,bi,bj) )*
201       &         SINWAT *       &         COSWAT *
202       &         ( UICE(I,J,1,bi,bj)-GWATX(I,J,bi,bj) )       &         ( VICE(I,J,1,bi,bj)-GWATY(I,J,bi,bj) )
203       &         + COSWAT * 0.5 _d 0 * (       &         + SIGN(SINWAT,  _fCori(I,J,bi,bj)) * 0.5 _d 0 *
204       &          0.5 _d 0*(uIce(I  ,J  ,1,bi,bj)-GWATX(I  ,J  ,bi,bj)       &         ( DWATN(I,J  ,bi,bj) *
205       &                   +uIce(I+1,J  ,1,bi,bj)-GWATX(I+1,J  ,bi,bj))       &         0.5 _d 0*(uIce(I  ,J  ,1,bi,bj)-GWATX(I  ,J  ,bi,bj)
206       &         +0.5 _d 0*(uIce(I  ,J-1,1,bi,bj)-GWATX(I  ,J-1,bi,bj)       &                  +uIce(I+1,J  ,1,bi,bj)-GWATX(I+1,J  ,bi,bj))
207       &                   +uIce(I+1,J-1,1,bi,bj)-GWATX(I+1,J-1,bi,bj)) )       &         + DWATN(I,J-1,bi,bj) *
208         &         0.5 _d 0*(uIce(I  ,J-1,1,bi,bj)-GWATX(I  ,J-1,bi,bj)
209         &                  +uIce(I+1,J-1,1,bi,bj)-GWATX(I+1,J-1,bi,bj))
210       &         )       &         )
211            areaW = 0.5 _d 0 * (AREA(I,J,1,bi,bj) + AREA(I-1,J,1,bi,bj))            areaW = 0.5 _d 0 * (AREA(I,J,1,bi,bj) + AREA(I-1,J,1,bi,bj))
212         &         * SEAICEstressFactor
213            areaS = 0.5 _d 0 * (AREA(I,J,1,bi,bj) + AREA(I,J-1,1,bi,bj))            areaS = 0.5 _d 0 * (AREA(I,J,1,bi,bj) + AREA(I,J-1,1,bi,bj))
214            fu(I,J,bi,bj)=(ONE-areaW)*fu(I,J,bi,bj)+areaW*fuIce       &         * SEAICEstressFactor
215            fv(I,J,bi,bj)=(ONE-areaS)*fv(I,J,bi,bj)+areaS*fvIce            fu(I,J,bi,bj)=(ONE-areaW)*fu(I,J,bi,bj)+areaW*fuIceLoc
216              fv(I,J,bi,bj)=(ONE-areaS)*fv(I,J,bi,bj)+areaS*fvIceLoc
217           ENDDO           ENDDO
218          ENDDO          ENDDO
219         ENDDO         ENDDO
220        ENDDO        ENDDO
221          ENDIF
222        CALL EXCH_UV_XY_RS(fu, fv, .TRUE., myThid)        CALL EXCH_UV_XY_RS(fu, fv, .TRUE., myThid)
223    
224  #endif /* not SEAICE_CGRID */  #endif /* SEAICE_CGRID */
225    
226        RETURN        RETURN
227        END        END
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