source: CONFIG/UNIFORM/v6/IPSLCM5A2/SOURCES/NEMO/PALEO/zdftmx.F90

Last change on this file was 5879, checked in by snguyen, 3 years ago

Modified Makefile to add configuration PALEOIPSLCM5A2-VLR while retaining IPSLCM5A2-VLR as default configuration for compilation. Moved NEMO SOURCES of IPSLCM5A2-VLR to SOURCES/NEMO/STANDARD and created SOURCES/NEMO/PALEO for PALEOIPSLCM5A2-VLR configuration. Created paleolmdz in Makefile to compile LMDZ sources in SOURCES/LMDZ/PALEO. Added experiments IPSLCM/paleo and LMDZOR/paleo. Added file_def_nemo-lim2_paleo.xml file_def_histmth_lmdz_paleo.xml file_def_nemo-opa_paleo.xml file_def_nemo-pisces_rivers_paleo.xml file_def_nemo-pisces_paleo.xml file_def_orchidee_paleo.xml namelist_ORCA2_cfg_paleo namelist_pisces_ORCA2_cfg_paleo to GENERAL/PARAM for paleo configurations. Set day_step=720 in GENERAL/PARAM/gcm.def_96x95 for paleo configurations. Modified GENERAL/DRIVER/opa9.driver to use namelist_ORCA2_cfg_paleo for paleo configurations.

File size: 53.0 KB
Line 
1MODULE zdftmx
2   !!========================================================================
3   !!                       ***  MODULE  zdftmx  ***
4   !! Ocean physics: vertical tidal mixing coefficient
5   !!========================================================================
6   !! History :  1.0  !  2004-04  (L. Bessieres, G. Madec)  Original code
7   !!             -   !  2006-08  (A. Koch-Larrouy) Indonesian strait
8   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
9   !!----------------------------------------------------------------------
10#if defined key_zdftmx   ||   defined key_esopa
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   !!   'key_zdftmx'                                  Tidal vertical mixing
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   zdf_tmx       : global     momentum & tracer Kz with tidal induced Kz
15   !!   tmx_itf       : Indonesian momentum & tracer Kz with tidal induced Kz
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   USE oce            ! ocean dynamics and tracers variables
18   USE dom_oce        ! ocean space and time domain variables
19   USE zdf_oce        ! ocean vertical physics variables
20   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
21   USE eosbn2         ! ocean equation of state
22   USE phycst         ! physical constants
23   USE prtctl         ! Print control
24   USE in_out_manager ! I/O manager
25   USE iom            ! I/O Manager
26   USE lib_mpp        ! MPP library
27   USE wrk_nemo       ! work arrays
28   USE timing         ! Timing
29   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
30
31   IMPLICIT NONE
32   PRIVATE
33
34   PUBLIC   zdf_tmx         ! called in step module
35   PUBLIC   zdf_tmx_init    ! called in opa module
36   PUBLIC   zdf_tmx_alloc   ! called in nemogcm module
37
38   LOGICAL, PUBLIC, PARAMETER ::   lk_zdftmx = .TRUE.    !: tidal mixing flag
39
40   !                       !!* Namelist  namzdf_tmx : tidal mixing *
41   REAL(wp) ::  rn_htmx     ! vertical decay scale for turbulence (meters)
42   REAL(wp) ::  rn_n2min    ! threshold of the Brunt-Vaisala frequency (s-1)
43   REAL(wp) ::  rn_tfe      ! tidal dissipation efficiency (St Laurent et al. 2002)
44   REAL(wp) ::  rn_me       ! mixing efficiency (Osborn 1980)
45   LOGICAL  ::  ln_tmx_itf  ! Indonesian Through Flow (ITF): Koch-Larrouy et al. (2007) parameterization
46   REAL(wp) ::  rn_tfe_itf  ! ITF tidal dissipation efficiency (St Laurent et al. 2002)
47
48   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   en_tmx     ! energy available for tidal mixing (W/m2)
49   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   mask_itf   ! mask to use over Indonesian area
50   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   az_tmx     ! coefficient used to evaluate the tidal induced Kz
51
52   !! * Substitutions
53#  include "domzgr_substitute.h90"
54#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
55   !!----------------------------------------------------------------------
56   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2011)
57   !! $Id: zdftmx.F90 6314 2016-02-15 12:04:56Z cetlod $
58   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
59   !!----------------------------------------------------------------------
60CONTAINS
61
62   INTEGER FUNCTION zdf_tmx_alloc()
63      !!----------------------------------------------------------------------
64      !!                ***  FUNCTION zdf_tmx_alloc  ***
65      !!----------------------------------------------------------------------
66      ALLOCATE(en_tmx(jpi,jpj), mask_itf(jpi,jpj), az_tmx(jpi,jpj,jpk), STAT=zdf_tmx_alloc )
67      !
68      IF( lk_mpp             )   CALL mpp_sum ( zdf_tmx_alloc )
69      IF( zdf_tmx_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('zdf_tmx_alloc: failed to allocate arrays')
70   END FUNCTION zdf_tmx_alloc
71
72
73   SUBROUTINE zdf_tmx( kt )
74      !!----------------------------------------------------------------------
75      !!                  ***  ROUTINE zdf_tmx  ***
76      !!                   
77      !! ** Purpose :   add to the vertical mixing coefficients the effect of
78      !!              tidal mixing (Simmons et al 2004).
79      !!
80      !! ** Method  : - tidal-induced vertical mixing is given by:
81      !!                  Kz_tides = az_tmx / max( rn_n2min, N^2 )
82      !!              where az_tmx is a coefficient that specified the 3D space
83      !!              distribution of the faction of tidal energy taht is used
84      !!              for mixing. Its expression is set in zdf_tmx_init routine,
85      !!              following Simmons et al. 2004.
86      !!                NB: a specific bounding procedure is performed on av_tide
87      !!              so that the input tidal energy is actually almost used. The
88      !!              basic maximum value is 60 cm2/s, but values of 300 cm2/s
89      !!              can be reached in area where bottom stratification is too
90      !!              weak.
91      !!
92      !!              - update av_tide in the Indonesian Through Flow area
93      !!              following Koch-Larrouy et al. (2007) parameterisation
94      !!              (see tmx_itf routine).
95      !!
96      !!              - update the model vertical eddy viscosity and diffusivity:
97      !!                     avt  = avt  +    av_tides
98      !!                     avm  = avm  +    av_tides
99      !!                     avmu = avmu + mi(av_tides)
100      !!                     avmv = avmv + mj(av_tides)
101      !!
102      !! ** Action  :   avt, avm, avmu, avmv   increased by tidal mixing
103      !!
104      !! References : Simmons et al. 2004, Ocean Modelling, 6, 3-4, 245-263.
105      !!              Koch-Larrouy et al. 2007, GRL.
106      !!----------------------------------------------------------------------
107      USE oce, zav_tide  =>   ua    ! use ua as workspace
108      !!
109      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step
110      !!
111      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
112      REAL(wp) ::   ztpc         ! scalar workspace
113      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zkz
114      !!----------------------------------------------------------------------
115      !
116      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('zdf_tmx')
117      !
118      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zkz )
119
120      !                          ! ----------------------- !
121      !                          !  Standard tidal mixing  !  (compute zav_tide)
122      !                          ! ----------------------- !
123      !                             !* First estimation (with n2 bound by rn_n2min) bounded by 60 cm2/s
124      zav_tide(:,:,:) = MIN(  60.e-4, az_tmx(:,:,:) / MAX( rn_n2min, rn2(:,:,:) )  )
125
126      zkz(:,:) = 0.e0               !* Associated potential energy consummed over the whole water column
127      DO jk = 2, jpkm1
128         zkz(:,:) = zkz(:,:) + fse3w(:,:,jk) * MAX( 0.e0, rn2(:,:,jk) ) * rau0 * zav_tide(:,:,jk) * wmask(:,:,jk)
129      END DO
130
131      DO jj = 1, jpj                !* Here zkz should be equal to en_tmx ==> multiply by en_tmx/zkz to recover en_tmx
132         DO ji = 1, jpi
133            IF( zkz(ji,jj) /= 0.e0 )   zkz(ji,jj) = en_tmx(ji,jj) / zkz(ji,jj)
134         END DO
135      END DO
136
137      DO jk = 2, jpkm1     !* Mutiply by zkz to recover en_tmx, BUT bound by 30/6 ==> zav_tide bound by 300 cm2/s
138         DO jj = 1, jpj                !* Here zkz should be equal to en_tmx ==> multiply by en_tmx/zkz to recover en_tmx
139            DO ji = 1, jpi
140               zav_tide(ji,jj,jk) = zav_tide(ji,jj,jk) * MIN( zkz(ji,jj), 30./6. ) * wmask(ji,jj,jk)  !kz max = 300 cm2/s
141            END DO
142         END DO
143      END DO
144
145      IF( kt == nit000 ) THEN       !* check at first time-step: diagnose the energy consumed by zav_tide
146         ztpc = 0.e0
147         DO jk= 1, jpk
148            DO jj= 1, jpj
149               DO ji= 1, jpi
150                  ztpc = ztpc + fse3w(ji,jj,jk) * e1t(ji,jj) * e2t(ji,jj)   &
151                     &         * MAX( 0.e0, rn2(ji,jj,jk) ) * zav_tide(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk) * tmask_i(ji,jj)
152               END DO
153            END DO
154         END DO
155         ztpc= rau0 / ( rn_tfe * rn_me ) * ztpc
156         IF(lwp) WRITE(numout,*) 
157         IF(lwp) WRITE(numout,*) '          N Total power consumption by av_tide    : ztpc = ', ztpc * 1.e-12 ,'TW'
158      ENDIF
159       
160      !                          ! ----------------------- !
161      !                          !    ITF  tidal mixing    !  (update zav_tide)
162      !                          ! ----------------------- !
163      IF( ln_tmx_itf )   CALL tmx_itf( kt, zav_tide )
164
165      !                          ! ----------------------- !
166      !                          !   Update  mixing coefs  !                         
167      !                          ! ----------------------- !
168      DO jk = 2, jpkm1              !* update momentum & tracer diffusivity with tidal mixing
169         DO jj = 1, jpj                !* Here zkz should be equal to en_tmx ==> multiply by en_tmx/zkz to recover en_tmx
170            DO ji = 1, jpi
171               avt(ji,jj,jk) = avt(ji,jj,jk) + zav_tide(ji,jj,jk) * wmask(ji,jj,jk)
172               avm(ji,jj,jk) = avm(ji,jj,jk) + zav_tide(ji,jj,jk) * wmask(ji,jj,jk)
173            END DO
174         END DO
175      END DO
176     
177      DO jk = 2, jpkm1              !* update momentum & tracer diffusivity with tidal mixing
178         DO jj = 2, jpjm1
179            DO ji = fs_2, fs_jpim1  ! vector opt.
180               avmu(ji,jj,jk) = avmu(ji,jj,jk) + 0.5 * ( zav_tide(ji,jj,jk) + zav_tide(ji+1,jj  ,jk) ) * wumask(ji,jj,jk)
181               avmv(ji,jj,jk) = avmv(ji,jj,jk) + 0.5 * ( zav_tide(ji,jj,jk) + zav_tide(ji  ,jj+1,jk) ) * wvmask(ji,jj,jk)
182            END DO
183         END DO
184      END DO
185      CALL lbc_lnk( avmu, 'U', 1. )   ;   CALL lbc_lnk( avmv, 'V', 1. )      ! lateral boundary condition
186
187      !                             !* output tidal mixing coefficient
188      CALL iom_put( "av_tide", zav_tide )
189      !                             !* output useful diagnostic (see zdf_tmx_new)
190      !                             !* Kz is cst - only need BV frequency
191      !                             !* JBL 28.04.20
192      CALL iom_put( "bn2", rn2 )
193
194      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl(tab3d_1=zav_tide , clinfo1=' tmx - av_tide: ', tab3d_2=avt, clinfo2=' avt: ', ovlap=1, kdim=jpk)
195      !
196      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zkz )
197      !
198      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('zdf_tmx')
199      !
200   END SUBROUTINE zdf_tmx
201
202
203   SUBROUTINE tmx_itf( kt, pav )
204      !!----------------------------------------------------------------------
205      !!                  ***  ROUTINE tmx_itf  ***
206      !!                   
207      !! ** Purpose :   modify the vertical eddy diffusivity coefficients
208      !!              (pav) in the Indonesian Through Flow area (ITF).
209      !!
210      !! ** Method  : - Following Koch-Larrouy et al. (2007), in the ITF defined
211      !!                by msk_itf (read in a file, see tmx_init), the tidal
212      !!                mixing coefficient is computed with :
213      !!                  * q=1 (i.e. all the tidal energy remains trapped in
214      !!                         the area and thus is used for mixing)
215      !!                  * the vertical distribution of the tifal energy is a
216      !!                    proportional to N above the thermocline (d(N^2)/dz > 0)
217      !!                    and to N^2 below the thermocline (d(N^2)/dz < 0)
218      !!
219      !! ** Action  :   av_tide   updated in the ITF area (msk_itf)
220      !!
221      !! References :  Koch-Larrouy et al. 2007, GRL
222      !!----------------------------------------------------------------------
223      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kt   ! ocean time-step
224      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pav  ! Tidal mixing coef.
225      !!
226      INTEGER  ::   ji, jj, jk    ! dummy loop indices
227      REAL(wp) ::   zcoef, ztpc   ! temporary scalar
228      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   zkz                        ! 2D workspace
229      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::   zsum1 , zsum2 , zsum       !  -      -
230      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   zempba_3d_1, zempba_3d_2   ! 3D workspace
231      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   zempba_3d  , zdn2dz        !  -      -
232      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::   zavt_itf                   !  -      -
233      !!----------------------------------------------------------------------
234      !
235      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('tmx_itf')
236      !
237      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zkz, zsum1 , zsum2 , zsum )
238      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zempba_3d_1, zempba_3d_2, zempba_3d, zdn2dz, zavt_itf )
239
240      !                             ! compute the form function using N2 at each time step
241      zempba_3d_1(:,:,jpk) = 0.e0
242      zempba_3d_2(:,:,jpk) = 0.e0
243      DO jk = 1, jpkm1             
244         zdn2dz     (:,:,jk) = rn2(:,:,jk) - rn2(:,:,jk+1)           ! Vertical profile of dN2/dz
245!CDIR NOVERRCHK
246         zempba_3d_1(:,:,jk) = SQRT(  MAX( 0.e0, rn2(:,:,jk) )  )    !    -        -    of N
247         zempba_3d_2(:,:,jk) =        MAX( 0.e0, rn2(:,:,jk) )       !    -        -    of N^2
248      END DO
249      !
250      zsum (:,:) = 0.e0
251      zsum1(:,:) = 0.e0
252      zsum2(:,:) = 0.e0
253      DO jk= 2, jpk
254         zsum1(:,:) = zsum1(:,:) + zempba_3d_1(:,:,jk) * fse3w(:,:,jk) * tmask(:,:,jk) * tmask(:,:,jk-1)
255         zsum2(:,:) = zsum2(:,:) + zempba_3d_2(:,:,jk) * fse3w(:,:,jk) * tmask(:,:,jk) * tmask(:,:,jk-1)               
256      END DO
257      DO jj = 1, jpj
258         DO ji = 1, jpi
259            IF( zsum1(ji,jj) /= 0.e0 )   zsum1(ji,jj) = 1.e0 / zsum1(ji,jj)
260            IF( zsum2(ji,jj) /= 0.e0 )   zsum2(ji,jj) = 1.e0 / zsum2(ji,jj)               
261         END DO
262      END DO
263
264      DO jk= 1, jpk
265         DO jj = 1, jpj
266            DO ji = 1, jpi
267               zcoef = 0.5 - SIGN( 0.5, zdn2dz(ji,jj,jk) )       ! =0 if dN2/dz > 0, =1 otherwise
268               ztpc  = zempba_3d_1(ji,jj,jk) * zsum1(ji,jj) *        zcoef     &
269                  &  + zempba_3d_2(ji,jj,jk) * zsum2(ji,jj) * ( 1. - zcoef )
270               !
271               zempba_3d(ji,jj,jk) =               ztpc 
272               zsum     (ji,jj)    = zsum(ji,jj) + ztpc * fse3w(ji,jj,jk)
273            END DO
274         END DO
275       END DO
276       DO jj = 1, jpj
277          DO ji = 1, jpi
278             IF( zsum(ji,jj) > 0.e0 )   zsum(ji,jj) = 1.e0 / zsum(ji,jj)               
279          END DO
280       END DO
281
282      !                             ! first estimation bounded by 10 cm2/s (with n2 bounded by rn_n2min)
283      zcoef = rn_tfe_itf / ( rn_tfe * rau0 )
284      DO jk = 1, jpk
285         zavt_itf(:,:,jk) = MIN(  10.e-4, zcoef * en_tmx(:,:) * zsum(:,:) * zempba_3d(:,:,jk)   &
286            &                                      / MAX( rn_n2min, rn2(:,:,jk) ) * tmask(:,:,jk)  )
287      END DO           
288
289      zkz(:,:) = 0.e0               ! Associated potential energy consummed over the whole water column
290      DO jk = 2, jpkm1
291         zkz(:,:) = zkz(:,:) + fse3w(:,:,jk) * MAX( 0.e0, rn2(:,:,jk) ) * rau0 * zavt_itf(:,:,jk) * tmask(:,:,jk) * tmask(:,:,jk-1)
292      END DO
293
294      DO jj = 1, jpj                ! Here zkz should be equal to en_tmx ==> multiply by en_tmx/zkz to recover en_tmx
295         DO ji = 1, jpi
296            IF( zkz(ji,jj) /= 0.e0 )   zkz(ji,jj) = en_tmx(ji,jj) * rn_tfe_itf / rn_tfe / zkz(ji,jj)
297         END DO
298      END DO
299
300      DO jk = 2, jpkm1              ! Mutiply by zkz to recover en_tmx, BUT bound by 30/6 ==> zavt_itf bound by 300 cm2/s
301         zavt_itf(:,:,jk) = zavt_itf(:,:,jk) * MIN( zkz(:,:), 120./10. ) * tmask(:,:,jk) * tmask(:,:,jk-1)   ! kz max = 120 cm2/s
302      END DO
303
304      IF( kt == nit000 ) THEN       ! diagnose the nergy consumed by zavt_itf
305         ztpc = 0.e0
306         DO jk= 1, jpk
307            DO jj= 1, jpj
308               DO ji= 1, jpi
309                  ztpc = ztpc + e1t(ji,jj) * e2t(ji,jj) * fse3w(ji,jj,jk) * MAX( 0.e0, rn2(ji,jj,jk) )   &
310                     &                     * zavt_itf(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk) * tmask_i(ji,jj)
311               END DO
312            END DO
313         END DO
314         ztpc= rau0 * ztpc / ( rn_me * rn_tfe_itf )
315         IF(lwp) WRITE(numout,*) '          N Total power consumption by zavt_itf: ztpc = ', ztpc * 1.e-12 ,'TW'
316      ENDIF
317
318      !                             ! Update pav with the ITF mixing coefficient
319      DO jk = 2, jpkm1
320         pav(:,:,jk) = pav     (:,:,jk) * ( 1.e0 - mask_itf(:,:) )   &
321            &        + zavt_itf(:,:,jk) *          mask_itf(:,:) 
322      END DO
323      !
324      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zkz, zsum1 , zsum2 , zsum )
325      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zempba_3d_1, zempba_3d_2, zempba_3d, zdn2dz, zavt_itf )
326      !
327      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('tmx_itf')
328      !
329   END SUBROUTINE tmx_itf
330
331
332   SUBROUTINE zdf_tmx_init
333      !!----------------------------------------------------------------------
334      !!                  ***  ROUTINE zdf_tmx_init  ***
335      !!                     
336      !! ** Purpose :   Initialization of the vertical tidal mixing, Reading
337      !!              of M2 and K1 tidal energy in nc files
338      !!
339      !! ** Method  : - Read the namtmx namelist and check the parameters
340      !!
341      !!              - Read the input data in NetCDF files :
342      !!              M2 and K1 tidal energy. The total tidal energy, en_tmx,
343      !!              is the sum of M2, K1 and S2 energy where S2 is assumed
344      !!              to be: S2=(1/2)^2 * M2
345      !!              mask_itf, a mask array that determine where substituing
346      !!              the standard Simmons et al. (2005) formulation with the
347      !!              one of Koch_Larrouy et al. (2007).
348      !!
349      !!              - Compute az_tmx, a 3D coefficient that allows to compute
350      !!             the standard tidal-induced vertical mixing as follows:
351      !!                  Kz_tides = az_tmx / max( rn_n2min, N^2 )
352      !!             with az_tmx a bottom intensified coefficient is given by:
353      !!                 az_tmx(z) = en_tmx / ( rau0 * rn_htmx ) * EXP( -(H-z)/rn_htmx )
354      !!                                                  / ( 1. - EXP( - H   /rn_htmx ) )
355      !!             where rn_htmx the characteristic length scale of the bottom
356      !!             intensification, en_tmx the tidal energy, and H the ocean depth
357      !!
358      !! ** input   :   - Namlist namtmx
359      !!                - NetCDF file : M2_ORCA2.nc, K1_ORCA2.nc, and mask_itf.nc
360      !!
361      !! ** Action  : - Increase by 1 the nstop flag is setting problem encounter
362      !!              - defined az_tmx used to compute tidal-induced mixing
363      !!
364      !! References : Simmons et al. 2004, Ocean Modelling, 6, 3-4, 245-263.
365      !!              Koch-Larrouy et al. 2007, GRL.
366      !!----------------------------------------------------------------------
367      USE oce     ,         zav_tide =>  ua         ! ua used as workspace
368      !!
369      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
370      INTEGER  ::   inum         ! local integer
371      INTEGER  ::   ios
372      REAL(wp) ::   ztpc, ze_z   ! local scalars
373      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::  zem2, zek1   ! read M2 and K1 tidal energy
374      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::  zkz          ! total M2, K1 and S2 tidal energy
375      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::  zfact        ! used for vertical structure function
376      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::  zhdep        ! Ocean depth
377      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  zpc      ! power consumption
378      !!
379      NAMELIST/namzdf_tmx/ rn_htmx, rn_n2min, rn_tfe, rn_me, ln_tmx_itf, rn_tfe_itf
380      !!----------------------------------------------------------------------
381      !
382      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('zdf_tmx_init')
383      !
384      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zem2, zek1, zkz, zfact, zhdep )
385      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zpc )
386     
387      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namzdf_tmx in reference namelist : Tidal Mixing
388      READ  ( numnam_ref, namzdf_tmx, IOSTAT = ios, ERR = 901)
389901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_tmx in reference namelist', lwp )
390
391      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namzdf_tmx in configuration namelist : Tidal Mixing
392      READ  ( numnam_cfg, namzdf_tmx, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
393902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_tmx in configuration namelist', lwp )
394      IF(lwm) WRITE ( numond, namzdf_tmx )
395
396      IF(lwp) THEN                   ! Control print
397         WRITE(numout,*)
398         WRITE(numout,*) 'zdf_tmx_init : tidal mixing'
399         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
400         WRITE(numout,*) '   Namelist namzdf_tmx : set tidal mixing parameters'
401         WRITE(numout,*) '      Vertical decay scale for turbulence   = ', rn_htmx 
402         WRITE(numout,*) '      Brunt-Vaisala frequency threshold     = ', rn_n2min
403         WRITE(numout,*) '      Tidal dissipation efficiency          = ', rn_tfe
404         WRITE(numout,*) '      Mixing efficiency                     = ', rn_me
405         WRITE(numout,*) '      ITF specific parameterisation         = ', ln_tmx_itf
406         WRITE(numout,*) '      ITF tidal dissipation efficiency      = ', rn_tfe_itf
407      ENDIF
408
409      !                              ! allocate tmx arrays
410      IF( zdf_tmx_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'zdf_tmx_init : unable to allocate tmx arrays' )
411
412      IF( ln_tmx_itf ) THEN          ! read the Indonesian Through Flow mask
413         CALL iom_open('mask_itf',inum)
414         CALL iom_get (inum, jpdom_data, 'tmaskitf',mask_itf,1) !
415         CALL iom_close(inum)
416      ENDIF
417
418      ! read M2 tidal energy flux : W/m2  ( zem2 < 0 )
419      CALL iom_open('M2rowdrg',inum)
420      CALL iom_get (inum, jpdom_data, 'field',zem2,1) !
421      CALL iom_close(inum)
422
423      ! read K1 tidal energy flux : W/m2  ( zek1 < 0 )
424      CALL iom_open('K1rowdrg',inum)
425      CALL iom_get (inum, jpdom_data, 'field',zek1,1) !
426      CALL iom_close(inum)
427 
428      ! Total tidal energy ( M2, S2 and K1  with S2=(1/2)^2 * M2 )
429      ! only the energy available for mixing is taken into account,
430      ! (mixing efficiency tidal dissipation efficiency)
431      en_tmx(:,:) = - rn_tfe * rn_me * ( zem2(:,:) * 1.25 + zek1(:,:) ) * ssmask(:,:)
432
433!============
434!TG: Bug for VVL? Should this section be moved out of _init and be updated at every timestep?
435      ! Vertical structure (az_tmx)
436      DO jj = 1, jpj                ! part independent of the level
437         DO ji = 1, jpi
438            zhdep(ji,jj) = gdepw_0(ji,jj,mbkt(ji,jj)+1)       ! depth of the ocean
439            zfact(ji,jj) = rau0 * rn_htmx * ( 1. - EXP( -zhdep(ji,jj) / rn_htmx ) )
440            IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zfact(ji,jj) = en_tmx(ji,jj) / zfact(ji,jj)
441         END DO
442      END DO
443      DO jk= 1, jpk                 ! complete with the level-dependent part
444         DO jj = 1, jpj
445            DO ji = 1, jpi
446               az_tmx(ji,jj,jk) = zfact(ji,jj) * EXP( -( zhdep(ji,jj)-gdepw_0(ji,jj,jk) ) / rn_htmx ) * tmask(ji,jj,jk)
447            END DO
448         END DO
449      END DO
450!===========
451
452      IF( nprint == 1 .AND. lwp ) THEN
453         ! Control print
454         ! Total power consumption due to vertical mixing
455         ! zpc = rau0 * 1/rn_me * rn2 * zav_tide
456         zav_tide(:,:,:) = 0.e0
457         DO jk = 2, jpkm1
458            zav_tide(:,:,jk) = az_tmx(:,:,jk) / MAX( rn_n2min, rn2(:,:,jk) )
459         END DO
460
461         ztpc = 0.e0
462         zpc(:,:,:) = MAX(rn_n2min,rn2(:,:,:)) * zav_tide(:,:,:)
463         DO jk= 2, jpkm1
464            DO jj = 1, jpj
465               DO ji = 1, jpi
466                  ztpc = ztpc + fse3w(ji,jj,jk) * e1t(ji,jj) * e2t(ji,jj) * zpc(ji,jj,jk) * wmask(ji,jj,jk) * tmask_i(ji,jj)
467               END DO
468            END DO
469         END DO
470         ztpc= rau0 * 1/(rn_tfe * rn_me) * ztpc
471
472         WRITE(numout,*) 
473         WRITE(numout,*) '          Total power consumption of the tidally driven part of Kz : ztpc = ', ztpc * 1.e-12 ,'TW'
474
475
476         ! control print 2
477         zav_tide(:,:,:) = MIN( zav_tide(:,:,:), 60.e-4 )   
478         zkz(:,:) = 0.e0
479         DO jk = 2, jpkm1
480            DO jj = 1, jpj
481               DO ji = 1, jpi
482                  zkz(ji,jj) = zkz(ji,jj) + fse3w(ji,jj,jk) * MAX(0.e0, rn2(ji,jj,jk)) * rau0 * zav_tide(ji,jj,jk) * wmask(ji,jj,jk)
483               END DO
484            END DO
485         END DO
486         ! Here zkz should be equal to en_tmx ==> multiply by en_tmx/zkz
487         DO jj = 1, jpj
488            DO ji = 1, jpi
489               IF( zkz(ji,jj) /= 0.e0 )   THEN
490                   zkz(ji,jj) = en_tmx(ji,jj) / zkz(ji,jj)
491               ENDIF
492            END DO
493         END DO
494         ztpc = 1.e50
495         DO jj = 1, jpj
496            DO ji = 1, jpi
497               IF( zkz(ji,jj) /= 0.e0 )   THEN
498                   ztpc = Min( zkz(ji,jj), ztpc)
499               ENDIF
500            END DO
501         END DO
502         WRITE(numout,*) '          Min de zkz ', ztpc, ' Max = ', maxval(zkz(:,:) )
503
504         DO jk = 2, jpkm1
505            DO jj = 1, jpj
506               DO ji = 1, jpi
507                  zav_tide(ji,jj,jk) = zav_tide(ji,jj,jk) * MIN( zkz(ji,jj), 30./6. ) * wmask(ji,jj,jk)  !kz max = 300 cm2/s
508               END DO
509            END DO
510         END DO
511         ztpc = 0.e0
512         zpc(:,:,:) = Max(0.e0,rn2(:,:,:)) * zav_tide(:,:,:)
513         DO jk= 1, jpk
514            DO jj = 1, jpj
515               DO ji = 1, jpi
516                  ztpc = ztpc + fse3w(ji,jj,jk) * e1t(ji,jj) * e2t(ji,jj) * zpc(ji,jj,jk) * wmask(ji,jj,jk) * tmask_i(ji,jj)
517               END DO
518            END DO
519         END DO
520         ztpc= rau0 * 1/(rn_tfe * rn_me) * ztpc
521         WRITE(numout,*) '          2 Total power consumption of the tidally driven part of Kz : ztpc = ', ztpc * 1.e-12 ,'TW'
522
523         DO jk = 1, jpk
524            ze_z =                  SUM( e1t(:,:) * e2t(:,:) * zav_tide(:,:,jk)     * tmask_i(:,:) )   &
525               &     / MAX( 1.e-20, SUM( e1t(:,:) * e2t(:,:) * wmask (:,:,jk) * tmask_i(:,:) ) )
526            ztpc = 1.E50
527            DO jj = 1, jpj
528               DO ji = 1, jpi
529                  IF( zav_tide(ji,jj,jk) /= 0.e0 )   ztpc =Min( ztpc, zav_tide(ji,jj,jk) )
530               END DO
531            END DO
532            WRITE(numout,*) '            N2 min - jk= ', jk,'   ', ze_z * 1.e4,' cm2/s min= ',ztpc*1.e4,   &
533               &       'max= ', MAXVAL(zav_tide(:,:,jk) )*1.e4, ' cm2/s'
534         END DO
535
536         WRITE(numout,*) '          e_tide : ', SUM( e1t*e2t*en_tmx ) / ( rn_tfe * rn_me ) * 1.e-12, 'TW'
537         WRITE(numout,*) 
538         WRITE(numout,*) '          Initial profile of tidal vertical mixing'
539         DO jk = 1, jpk
540            DO jj = 1,jpj
541               DO ji = 1,jpi
542                  zkz(ji,jj) = az_tmx(ji,jj,jk) /MAX( rn_n2min, rn2(ji,jj,jk) )
543               END DO
544            END DO
545            ze_z =                  SUM( e1t(:,:) * e2t(:,:) * zkz(:,:)     * tmask_i(:,:) )   &
546               &     / MAX( 1.e-20, SUM( e1t(:,:) * e2t(:,:) * wmask (:,:,jk) * tmask_i(:,:) ) )
547            WRITE(numout,*) '                jk= ', jk,'   ', ze_z * 1.e4,' cm2/s'
548         END DO
549         DO jk = 1, jpk
550            zkz(:,:) = az_tmx(:,:,jk) /rn_n2min
551            ze_z =                  SUM( e1t(:,:) * e2t(:,:) * zkz(:,:)     * tmask_i(:,:) )   &
552               &     / MAX( 1.e-20, SUM( e1t(:,:) * e2t(:,:) * wmask (:,:,jk) * tmask_i(:,:) ) )
553            WRITE(numout,*) 
554            WRITE(numout,*) '          N2 min - jk= ', jk,'   ', ze_z * 1.e4,' cm2/s min= ',MINVAL(zkz)*1.e4,   &
555               &       'max= ', MAXVAL(zkz)*1.e4, ' cm2/s'
556         END DO
557         !
558      ENDIF
559      !
560      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zem2, zek1, zkz, zfact, zhdep )
561      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zpc )
562      !
563      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('zdf_tmx_init')
564      !
565   END SUBROUTINE zdf_tmx_init
566
567#elif defined key_zdftmx_new
568   !!----------------------------------------------------------------------
569   !!   'key_zdftmx_new'               Internal wave-driven vertical mixing
570   !!----------------------------------------------------------------------
571   !!   zdf_tmx       : global     momentum & tracer Kz with wave induced Kz
572   !!   zdf_tmx_init  : global     momentum & tracer Kz with wave induced Kz
573   !!----------------------------------------------------------------------
574   USE oce            ! ocean dynamics and tracers variables
575   USE dom_oce        ! ocean space and time domain variables
576   USE zdf_oce        ! ocean vertical physics variables
577   USE zdfddm         ! ocean vertical physics: double diffusive mixing
578   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
579   USE eosbn2         ! ocean equation of state
580   USE phycst         ! physical constants
581   USE prtctl         ! Print control
582   USE in_out_manager ! I/O manager
583   USE iom            ! I/O Manager
584   USE lib_mpp        ! MPP library
585   USE wrk_nemo       ! work arrays
586   USE timing         ! Timing
587   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
588
589   IMPLICIT NONE
590   PRIVATE
591
592   PUBLIC   zdf_tmx         ! called in step module
593   PUBLIC   zdf_tmx_init    ! called in nemogcm module
594   PUBLIC   zdf_tmx_alloc   ! called in nemogcm module
595
596   LOGICAL, PUBLIC, PARAMETER ::   lk_zdftmx = .TRUE.    !: wave-driven mixing flag
597
598   !                       !!* Namelist  namzdf_tmx : internal wave-driven mixing *
599   INTEGER  ::  nn_zpyc     ! pycnocline-intensified mixing energy proportional to N (=1) or N^2 (=2)
600   LOGICAL  ::  ln_mevar    ! variable (=T) or constant (=F) mixing efficiency
601   LOGICAL  ::  ln_tsdiff   ! account for differential T/S wave-driven mixing (=T) or not (=F)
602
603   REAL(wp) ::  r1_6 = 1._wp / 6._wp
604
605   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   ebot_tmx     ! power available from high-mode wave breaking (W/m2)
606   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   epyc_tmx     ! power available from low-mode, pycnocline-intensified wave breaking (W/m2)
607   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   ecri_tmx     ! power available from low-mode, critical slope wave breaking (W/m2)
608   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   hbot_tmx     ! WKB decay scale for high-mode energy dissipation (m)
609   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   hcri_tmx     ! decay scale for low-mode critical slope dissipation (m)
610   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   emix_tmx     ! local energy density available for mixing (W/kg)
611   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   bflx_tmx     ! buoyancy flux Kz * N^2 (W/kg)
612   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   pcmap_tmx    ! vertically integrated buoyancy flux (W/m2)
613   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   zav_ratio    ! S/T diffusivity ratio (only for ln_tsdiff=T)
614   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   zav_wave     ! Internal wave-induced diffusivity
615
616   !! * Substitutions
617#  include "zdfddm_substitute.h90"
618#  include "domzgr_substitute.h90"
619#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
620   !!----------------------------------------------------------------------
621   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2016)
622   !! $Id: zdftmx.F90 6314 2016-02-15 12:04:56Z cetlod $
623   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
624   !!----------------------------------------------------------------------
625CONTAINS
626
627   INTEGER FUNCTION zdf_tmx_alloc()
628      !!----------------------------------------------------------------------
629      !!                ***  FUNCTION zdf_tmx_alloc  ***
630      !!----------------------------------------------------------------------
631      ALLOCATE(     ebot_tmx(jpi,jpj),  epyc_tmx(jpi,jpj),  ecri_tmx(jpi,jpj)    ,   &
632      &             hbot_tmx(jpi,jpj),  hcri_tmx(jpi,jpj),  emix_tmx(jpi,jpj,jpk),   &
633      &         bflx_tmx(jpi,jpj,jpk), pcmap_tmx(jpi,jpj), zav_ratio(jpi,jpj,jpk),   & 
634      &         zav_wave(jpi,jpj,jpk), STAT=zdf_tmx_alloc     )
635      !
636      IF( lk_mpp             )   CALL mpp_sum ( zdf_tmx_alloc )
637      IF( zdf_tmx_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('zdf_tmx_alloc: failed to allocate arrays')
638   END FUNCTION zdf_tmx_alloc
639
640
641   SUBROUTINE zdf_tmx( kt )
642      !!----------------------------------------------------------------------
643      !!                  ***  ROUTINE zdf_tmx  ***
644      !!                   
645      !! ** Purpose :   add to the vertical mixing coefficients the effect of
646      !!              breaking internal waves.
647      !!
648      !! ** Method  : - internal wave-driven vertical mixing is given by:
649      !!                  Kz_wave = min(  100 cm2/s, f(  Reb = emix_tmx /( Nu * N^2 )  )
650      !!              where emix_tmx is the 3D space distribution of the wave-breaking
651      !!              energy and Nu the molecular kinematic viscosity.
652      !!              The function f(Reb) is linear (constant mixing efficiency)
653      !!              if the namelist parameter ln_mevar = F and nonlinear if ln_mevar = T.
654      !!
655      !!              - Compute emix_tmx, the 3D power density that allows to compute
656      !!              Reb and therefrom the wave-induced vertical diffusivity.
657      !!              This is divided into three components:
658      !!                 1. Bottom-intensified low-mode dissipation at critical slopes
659      !!                     emix_tmx(z) = ( ecri_tmx / rau0 ) * EXP( -(H-z)/hcri_tmx )
660      !!                                   / ( 1. - EXP( - H/hcri_tmx ) ) * hcri_tmx
661      !!              where hcri_tmx is the characteristic length scale of the bottom
662      !!              intensification, ecri_tmx a map of available power, and H the ocean depth.
663      !!                 2. Pycnocline-intensified low-mode dissipation
664      !!                     emix_tmx(z) = ( epyc_tmx / rau0 ) * ( sqrt(rn2(z))^nn_zpyc )
665      !!                                   / SUM( sqrt(rn2(z))^nn_zpyc * e3w(z) )
666      !!              where epyc_tmx is a map of available power, and nn_zpyc
667      !!              is the chosen stratification-dependence of the internal wave
668      !!              energy dissipation.
669      !!                 3. WKB-height dependent high mode dissipation
670      !!                     emix_tmx(z) = ( ebot_tmx / rau0 ) * rn2(z) * EXP(-z_wkb(z)/hbot_tmx)
671      !!                                   / SUM( rn2(z) * EXP(-z_wkb(z)/hbot_tmx) * e3w(z) )
672      !!              where hbot_tmx is the characteristic length scale of the WKB bottom
673      !!              intensification, ebot_tmx is a map of available power, and z_wkb is the
674      !!              WKB-stretched height above bottom defined as
675      !!                    z_wkb(z) = H * SUM( sqrt(rn2(z'>=z)) * e3w(z'>=z) )
676      !!                                 / SUM( sqrt(rn2(z'))    * e3w(z')    )
677      !!
678      !!              - update the model vertical eddy viscosity and diffusivity:
679      !!                     avt  = avt  +    av_wave
680      !!                     avm  = avm  +    av_wave
681      !!                     avmu = avmu + mi(av_wave)
682      !!                     avmv = avmv + mj(av_wave)
683      !!
684      !!              - if namelist parameter ln_tsdiff = T, account for differential mixing:
685      !!                     avs  = avt  +    av_wave * diffusivity_ratio(Reb)
686      !!
687      !! ** Action  : - Define emix_tmx used to compute internal wave-induced mixing
688      !!              - avt, avs, avm, avmu, avmv increased by internal wave-driven mixing   
689      !!
690      !! References :  de Lavergne et al. 2015, JPO; 2016, in prep.
691      !!----------------------------------------------------------------------
692      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step
693      !
694      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
695      REAL(wp) ::   ztpc         ! scalar workspace
696      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::  zfact     ! Used for vertical structure
697      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::  zhdep     ! Ocean depth
698      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  zwkb      ! WKB-stretched height above bottom
699      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  zweight   ! Weight for high mode vertical distribution
700      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  znu_t     ! Molecular kinematic viscosity (T grid)
701      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  znu_w     ! Molecular kinematic viscosity (W grid)
702      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  zReb      ! Turbulence intensity parameter
703      !!----------------------------------------------------------------------
704      !
705      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_start('zdf_tmx')
706      !
707      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,       zfact, zhdep )
708      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   zwkb, zweight, znu_t, znu_w, zReb )
709
710      !                          ! ----------------------------- !
711      !                          !  Internal wave-driven mixing  !  (compute zav_wave)
712      !                          ! ----------------------------- !
713      !                             
714      !                        !* Critical slope mixing: distribute energy over the time-varying ocean depth,
715      !                                                 using an exponential decay from the seafloor.
716      DO jj = 1, jpj                ! part independent of the level
717         DO ji = 1, jpi
718            zhdep(ji,jj) = fsdepw(ji,jj,mbkt(ji,jj)+1)       ! depth of the ocean
719            zfact(ji,jj) = rau0 * (  1._wp - EXP( -zhdep(ji,jj) / hcri_tmx(ji,jj) )  )
720            IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zfact(ji,jj) = ecri_tmx(ji,jj) / zfact(ji,jj)
721         END DO
722      END DO
723
724      DO jk = 2, jpkm1              ! complete with the level-dependent part
725         emix_tmx(:,:,jk) = zfact(:,:) * (  EXP( ( fsde3w(:,:,jk  ) - zhdep(:,:) ) / hcri_tmx(:,:) )                      &
726            &                             - EXP( ( fsde3w(:,:,jk-1) - zhdep(:,:) ) / hcri_tmx(:,:) )  ) * wmask(:,:,jk)   &
727            &                          / ( fsde3w(:,:,jk) - fsde3w(:,:,jk-1) )
728      END DO
729
730      !                        !* Pycnocline-intensified mixing: distribute energy over the time-varying
731      !                        !* ocean depth as proportional to sqrt(rn2)^nn_zpyc
732
733      SELECT CASE ( nn_zpyc )
734
735      CASE ( 1 )               ! Dissipation scales as N (recommended)
736
737         zfact(:,:) = 0._wp
738         DO jk = 2, jpkm1              ! part independent of the level
739            zfact(:,:) = zfact(:,:) + fse3w(:,:,jk) * SQRT(  MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) )  ) * wmask(:,:,jk)
740         END DO
741
742         DO jj = 1, jpj
743            DO ji = 1, jpi
744               IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zfact(ji,jj) = epyc_tmx(ji,jj) / ( rau0 * zfact(ji,jj) )
745            END DO
746         END DO
747
748         DO jk = 2, jpkm1              ! complete with the level-dependent part
749            emix_tmx(:,:,jk) = emix_tmx(:,:,jk) + zfact(:,:) * SQRT(  MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) )  ) * wmask(:,:,jk)
750         END DO
751
752      CASE ( 2 )               ! Dissipation scales as N^2
753
754         zfact(:,:) = 0._wp
755         DO jk = 2, jpkm1              ! part independent of the level
756            zfact(:,:) = zfact(:,:) + fse3w(:,:,jk) * MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) ) * wmask(:,:,jk)
757         END DO
758
759         DO jj= 1, jpj
760            DO ji = 1, jpi
761               IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zfact(ji,jj) = epyc_tmx(ji,jj) / ( rau0 * zfact(ji,jj) )
762            END DO
763         END DO
764
765         DO jk = 2, jpkm1              ! complete with the level-dependent part
766            emix_tmx(:,:,jk) = emix_tmx(:,:,jk) + zfact(:,:) * MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) ) * wmask(:,:,jk)
767         END DO
768
769      END SELECT
770
771      !                        !* WKB-height dependent mixing: distribute energy over the time-varying
772      !                        !* ocean depth as proportional to rn2 * exp(-z_wkb/rn_hbot)
773     
774      zwkb(:,:,:) = 0._wp
775      zfact(:,:) = 0._wp
776      DO jk = 2, jpkm1
777         zfact(:,:) = zfact(:,:) + fse3w(:,:,jk) * SQRT(  MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) )  ) * wmask(:,:,jk)
778         zwkb(:,:,jk) = zfact(:,:)
779      END DO
780
781      DO jk = 2, jpkm1
782         DO jj = 1, jpj
783            DO ji = 1, jpi
784               IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zwkb(ji,jj,jk) = zhdep(ji,jj) * ( zfact(ji,jj) - zwkb(ji,jj,jk) )   &
785                                            &           * tmask(ji,jj,jk) / zfact(ji,jj)
786            END DO
787         END DO
788      END DO
789      zwkb(:,:,1) = zhdep(:,:) * tmask(:,:,1)
790
791      zweight(:,:,:) = 0._wp
792      DO jk = 2, jpkm1
793         zweight(:,:,jk) = MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) ) * hbot_tmx(:,:) * wmask(:,:,jk)                    &
794            &   * (  EXP( -zwkb(:,:,jk) / hbot_tmx(:,:) ) - EXP( -zwkb(:,:,jk-1) / hbot_tmx(:,:) )  )
795      END DO
796
797      zfact(:,:) = 0._wp
798      DO jk = 2, jpkm1              ! part independent of the level
799         zfact(:,:) = zfact(:,:) + zweight(:,:,jk)
800      END DO
801
802      DO jj = 1, jpj
803         DO ji = 1, jpi
804            IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zfact(ji,jj) = ebot_tmx(ji,jj) / ( rau0 * zfact(ji,jj) )
805         END DO
806      END DO
807
808      DO jk = 2, jpkm1              ! complete with the level-dependent part
809         emix_tmx(:,:,jk) = emix_tmx(:,:,jk) + zweight(:,:,jk) * zfact(:,:) * wmask(:,:,jk)   &
810            &                                / ( fsde3w(:,:,jk) - fsde3w(:,:,jk-1) )
811      END DO
812
813
814      ! Calculate molecular kinematic viscosity
815      znu_t(:,:,:) = 1.e-4_wp * (  17.91_wp - 0.53810_wp * tsn(:,:,:,jp_tem) + 0.00694_wp * tsn(:,:,:,jp_tem) * tsn(:,:,:,jp_tem)  &
816         &                                  + 0.02305_wp * tsn(:,:,:,jp_sal)  ) * tmask(:,:,:) * r1_rau0
817      DO jk = 2, jpkm1
818         znu_w(:,:,jk) = 0.5_wp * ( znu_t(:,:,jk-1) + znu_t(:,:,jk) ) * wmask(:,:,jk)
819      END DO
820
821      ! Calculate turbulence intensity parameter Reb
822      DO jk = 2, jpkm1
823         zReb(:,:,jk) = emix_tmx(:,:,jk) / MAX( 1.e-20_wp, znu_w(:,:,jk) * rn2(:,:,jk) )
824      END DO
825
826      ! Define internal wave-induced diffusivity
827      DO jk = 2, jpkm1
828         zav_wave(:,:,jk) = znu_w(:,:,jk) * zReb(:,:,jk) * r1_6   ! This corresponds to a constant mixing efficiency of 1/6
829      END DO
830
831      IF( ln_mevar ) THEN              ! Variable mixing efficiency case : modify zav_wave in the
832         DO jk = 2, jpkm1              ! energetic (Reb > 480) and buoyancy-controlled (Reb <10.224 ) regimes
833            DO jj = 1, jpj
834               DO ji = 1, jpi
835                  IF( zReb(ji,jj,jk) > 480.00_wp ) THEN
836                     zav_wave(ji,jj,jk) = 3.6515_wp * znu_w(ji,jj,jk) * SQRT( zReb(ji,jj,jk) )
837                  ELSEIF( zReb(ji,jj,jk) < 10.224_wp ) THEN
838                     zav_wave(ji,jj,jk) = 0.052125_wp * znu_w(ji,jj,jk) * zReb(ji,jj,jk) * SQRT( zReb(ji,jj,jk) )
839                  ENDIF
840               END DO
841            END DO
842         END DO
843      ENDIF
844
845      DO jk = 2, jpkm1                 ! Bound diffusivity by molecular value and 100 cm2/s
846         zav_wave(:,:,jk) = MIN(  MAX( 1.4e-7_wp, zav_wave(:,:,jk) ), 1.e-2_wp  ) * wmask(:,:,jk)
847      END DO
848
849      IF( kt == nit000 ) THEN        !* Control print at first time-step: diagnose the energy consumed by zav_wave
850         ztpc = 0._wp
851         DO jk = 2, jpkm1
852            DO jj = 1, jpj
853               DO ji = 1, jpi
854                  ztpc = ztpc + fse3w(ji,jj,jk) * e1e2t(ji,jj)   &
855                     &         * MAX( 0._wp, rn2(ji,jj,jk) ) * zav_wave(ji,jj,jk) * wmask(ji,jj,jk) * tmask_i(ji,jj)
856               END DO
857            END DO
858         END DO
859         IF( lk_mpp )   CALL mpp_sum( ztpc )
860         ztpc = rau0 * ztpc ! Global integral of rauo * Kz * N^2 = power contributing to mixing
861 
862         IF(lwp) THEN
863            WRITE(numout,*)
864            WRITE(numout,*) 'zdf_tmx : Internal wave-driven mixing (tmx)'
865            WRITE(numout,*) '~~~~~~~ '
866            WRITE(numout,*)
867            WRITE(numout,*) '      Total power consumption by av_wave: ztpc =  ', ztpc * 1.e-12_wp, 'TW'
868         ENDIF
869      ENDIF
870
871      !                          ! ----------------------- !
872      !                          !   Update  mixing coefs  !                         
873      !                          ! ----------------------- !
874      !     
875      IF( ln_tsdiff ) THEN          !* Option for differential mixing of salinity and temperature
876         DO jk = 2, jpkm1              ! Calculate S/T diffusivity ratio as a function of Reb
877            DO jj = 1, jpj
878               DO ji = 1, jpi
879                  zav_ratio(ji,jj,jk) = ( 0.505_wp + 0.495_wp *                                                                  &
880                      &   TANH(    0.92_wp * (   LOG10(  MAX( 1.e-20_wp, zReb(ji,jj,jk) * 5._wp * r1_6 )  ) - 0.60_wp   )    )   &
881                      &                 ) * wmask(ji,jj,jk)
882               END DO
883            END DO
884         END DO
885         CALL iom_put( "av_ratio", zav_ratio )
886         DO jk = 2, jpkm1           !* update momentum & tracer diffusivity with wave-driven mixing
887            fsavs(:,:,jk) = avt(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk) * zav_ratio(:,:,jk)
888            avt  (:,:,jk) = avt(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk)
889            avm  (:,:,jk) = avm(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk)
890         END DO
891         !
892      ELSE                          !* update momentum & tracer diffusivity with wave-driven mixing
893         DO jk = 2, jpkm1
894            fsavs(:,:,jk) = avt(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk)
895            avt  (:,:,jk) = avt(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk)
896            avm  (:,:,jk) = avm(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk)
897         END DO
898      ENDIF
899
900      DO jk = 2, jpkm1              !* update momentum diffusivity at wu and wv points
901         DO jj = 2, jpjm1
902            DO ji = fs_2, fs_jpim1  ! vector opt.
903               avmu(ji,jj,jk) = avmu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * ( zav_wave(ji,jj,jk) + zav_wave(ji+1,jj  ,jk) ) * wumask(ji,jj,jk)
904               avmv(ji,jj,jk) = avmv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * ( zav_wave(ji,jj,jk) + zav_wave(ji  ,jj+1,jk) ) * wvmask(ji,jj,jk)
905            END DO
906         END DO
907      END DO
908      CALL lbc_lnk( avmu, 'U', 1. )   ;   CALL lbc_lnk( avmv, 'V', 1. )      ! lateral boundary condition
909
910      !                             !* output internal wave-driven mixing coefficient
911      CALL iom_put( "av_wave", zav_wave )
912                                    !* output useful diagnostics: N^2, Kz * N^2 (bflx_tmx),
913                                    !  vertical integral of rau0 * Kz * N^2 (pcmap_tmx), energy density (emix_tmx)
914      IF( iom_use("bflx_tmx") .OR. iom_use("pcmap_tmx") ) THEN
915         bflx_tmx(:,:,:) = MAX( 0._wp, rn2(:,:,:) ) * zav_wave(:,:,:)
916         pcmap_tmx(:,:) = 0._wp
917         DO jk = 2, jpkm1
918            pcmap_tmx(:,:) = pcmap_tmx(:,:) + fse3w(:,:,jk) * bflx_tmx(:,:,jk) * wmask(:,:,jk)
919         END DO
920         pcmap_tmx(:,:) = rau0 * pcmap_tmx(:,:)
921         CALL iom_put( "bflx_tmx", bflx_tmx )
922         CALL iom_put( "pcmap_tmx", pcmap_tmx )
923      ENDIF
924      CALL iom_put( "bn2", rn2 )
925      CALL iom_put( "emix_tmx", emix_tmx )
926     
927      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,       zfact, zhdep )
928      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   zwkb, zweight, znu_t, znu_w, zReb )
929
930      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl(tab3d_1=zav_wave , clinfo1=' tmx - av_wave: ', tab3d_2=avt, clinfo2=' avt: ', ovlap=1, kdim=jpk)
931      !
932      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_stop('zdf_tmx')
933      !
934   END SUBROUTINE zdf_tmx
935
936
937   SUBROUTINE zdf_tmx_init
938      !!----------------------------------------------------------------------
939      !!                  ***  ROUTINE zdf_tmx_init  ***
940      !!                     
941      !! ** Purpose :   Initialization of the wave-driven vertical mixing, reading
942      !!              of input power maps and decay length scales in netcdf files.
943      !!
944      !! ** Method  : - Read the namzdf_tmx namelist and check the parameters
945      !!
946      !!              - Read the input data in NetCDF files :
947      !!              power available from high-mode wave breaking (mixing_power_bot.nc)
948      !!              power available from pycnocline-intensified wave-breaking (mixing_power_pyc.nc)
949      !!              power available from critical slope wave-breaking (mixing_power_cri.nc)
950      !!              WKB decay scale for high-mode wave-breaking (decay_scale_bot.nc)
951      !!              decay scale for critical slope wave-breaking (decay_scale_cri.nc)
952      !!
953      !! ** input   : - Namlist namzdf_tmx
954      !!              - NetCDF files : mixing_power_bot.nc, mixing_power_pyc.nc, mixing_power_cri.nc,
955      !!              decay_scale_bot.nc decay_scale_cri.nc
956      !!
957      !! ** Action  : - Increase by 1 the nstop flag is setting problem encounter
958      !!              - Define ebot_tmx, epyc_tmx, ecri_tmx, hbot_tmx, hcri_tmx
959      !!
960      !! References : de Lavergne et al. 2015, JPO; 2016, in prep.
961      !!                         
962      !!----------------------------------------------------------------------
963      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
964      INTEGER  ::   inum         ! local integer
965      INTEGER  ::   ios
966      REAL(wp) ::   zbot, zpyc, zcri   ! local scalars
967      !!
968      NAMELIST/namzdf_tmx_new/ nn_zpyc, ln_mevar, ln_tsdiff
969      !!----------------------------------------------------------------------
970      !
971      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('zdf_tmx_init')
972      !
973      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namzdf_tmx in reference namelist : Wave-driven mixing
974      READ  ( numnam_ref, namzdf_tmx_new, IOSTAT = ios, ERR = 901)
975901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_tmx in reference namelist', lwp )
976      !
977      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namzdf_tmx in configuration namelist : Wave-driven mixing
978      READ  ( numnam_cfg, namzdf_tmx_new, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
979902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_tmx in configuration namelist', lwp )
980      IF(lwm) WRITE ( numond, namzdf_tmx_new )
981      !
982      IF(lwp) THEN                  ! Control print
983         WRITE(numout,*)
984         WRITE(numout,*) 'zdf_tmx_init : internal wave-driven mixing'
985         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
986         WRITE(numout,*) '   Namelist namzdf_tmx_new : set wave-driven mixing parameters'
987         WRITE(numout,*) '      Pycnocline-intensified diss. scales as N (=1) or N^2 (=2) = ', nn_zpyc
988         WRITE(numout,*) '      Variable (T) or constant (F) mixing efficiency            = ', ln_mevar
989         WRITE(numout,*) '      Differential internal wave-driven mixing (T) or not (F)   = ', ln_tsdiff
990      ENDIF
991     
992      ! The new wave-driven mixing parameterization elevates avt and avm in the interior, and
993      ! ensures that avt remains larger than its molecular value (=1.4e-7). Therefore, avtb should
994      ! be set here to a very small value, and avmb to its (uniform) molecular value (=1.4e-6).
995      avmb(:) = 1.4e-6_wp        ! viscous molecular value
996      avtb(:) = 1.e-10_wp        ! very small diffusive minimum (background avt is specified in zdf_tmx)   
997      avtb_2d(:,:) = 1.e0_wp     ! uniform
998      IF(lwp) THEN                  ! Control print
999         WRITE(numout,*)
1000         WRITE(numout,*) '   Force the background value applied to avm & avt in TKE to be everywhere ',   &
1001            &               'the viscous molecular value & a very small diffusive value, resp.'
1002      ENDIF
1003     
1004      IF( .NOT.lk_zdfddm )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'zdf_tmx_init_new : key_zdftmx_new requires key_zdfddm' )
1005     
1006      !                             ! allocate tmx arrays
1007      IF( zdf_tmx_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'zdf_tmx_init : unable to allocate tmx arrays' )
1008      !
1009      !                             ! read necessary fields
1010      CALL iom_open('mixing_power_bot',inum)       ! energy flux for high-mode wave breaking [W/m2]
1011      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', ebot_tmx, 1 ) 
1012      CALL iom_close(inum)
1013      !
1014      CALL iom_open('mixing_power_pyc',inum)       ! energy flux for pynocline-intensified wave breaking [W/m2]
1015      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', epyc_tmx, 1 )
1016      CALL iom_close(inum)
1017      !
1018      CALL iom_open('mixing_power_cri',inum)       ! energy flux for critical slope wave breaking [W/m2]
1019      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', ecri_tmx, 1 )
1020      CALL iom_close(inum)
1021      !
1022      CALL iom_open('decay_scale_bot',inum)        ! spatially variable decay scale for high-mode wave breaking [m]
1023      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', hbot_tmx, 1 )
1024      CALL iom_close(inum)
1025      !
1026      CALL iom_open('decay_scale_cri',inum)        ! spatially variable decay scale for critical slope wave breaking [m]
1027      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', hcri_tmx, 1 )
1028      CALL iom_close(inum)
1029
1030      ebot_tmx(:,:) = ebot_tmx(:,:) * ssmask(:,:)
1031      epyc_tmx(:,:) = epyc_tmx(:,:) * ssmask(:,:)
1032      ecri_tmx(:,:) = ecri_tmx(:,:) * ssmask(:,:)
1033
1034      ! Set once for all to zero the first and last vertical levels of appropriate variables
1035      emix_tmx (:,:, 1 ) = 0._wp
1036      emix_tmx (:,:,jpk) = 0._wp
1037      zav_ratio(:,:, 1 ) = 0._wp
1038      zav_ratio(:,:,jpk) = 0._wp
1039      zav_wave (:,:, 1 ) = 0._wp
1040      zav_wave (:,:,jpk) = 0._wp
1041
1042      zbot = glob_sum( e1e2t(:,:) * ebot_tmx(:,:) )
1043      zpyc = glob_sum( e1e2t(:,:) * epyc_tmx(:,:) )
1044      zcri = glob_sum( e1e2t(:,:) * ecri_tmx(:,:) )
1045      IF(lwp) THEN
1046         WRITE(numout,*) '      High-mode wave-breaking energy:             ', zbot * 1.e-12_wp, 'TW'
1047         WRITE(numout,*) '      Pycnocline-intensifed wave-breaking energy: ', zpyc * 1.e-12_wp, 'TW'
1048         WRITE(numout,*) '      Critical slope wave-breaking energy:        ', zcri * 1.e-12_wp, 'TW'
1049      ENDIF
1050      !
1051      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('zdf_tmx_init')
1052      !
1053   END SUBROUTINE zdf_tmx_init
1054
1055#else
1056   !!----------------------------------------------------------------------
1057   !!   Default option          Dummy module                NO Tidal MiXing
1058   !!----------------------------------------------------------------------
1059   LOGICAL, PUBLIC, PARAMETER ::   lk_zdftmx = .FALSE.   !: tidal mixing flag
1060CONTAINS
1061   SUBROUTINE zdf_tmx_init           ! Dummy routine
1062      WRITE(*,*) 'zdf_tmx: You should not have seen this print! error?'
1063   END SUBROUTINE zdf_tmx_init
1064   SUBROUTINE zdf_tmx( kt )          ! Dummy routine
1065      WRITE(*,*) 'zdf_tmx: You should not have seen this print! error?', kt
1066   END SUBROUTINE zdf_tmx
1067#endif
1068
1069   !!======================================================================
1070END MODULE zdftmx
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.