source: NEMO/branches/2018/dev_r10164_HPC09_ESIWACE_PREP_MERGE/tests/VORTEX/MY_SRC/domvvl.F90 @ 10297

Last change on this file since 10297 was 10297, checked in by smasson, 23 months ago

dev_r10164_HPC09_ESIWACE_PREP_MERGE: action 2a: add report calls of mppmin/max/sum, see #2133

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 55.5 KB
Line 
1MODULE domvvl
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE domvvl   ***
4   !! Ocean :
5   !!======================================================================
6   !! History :  2.0  !  2006-06  (B. Levier, L. Marie)  original code
7   !!            3.1  !  2009-02  (G. Madec, M. Leclair, R. Benshila)  pure z* coordinate
8   !!            3.3  !  2011-10  (M. Leclair) totally rewrote domvvl: vvl option includes z_star and z_tilde coordinates
9   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) add ice shelf capability
10   !!----------------------------------------------------------------------
11
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !!   dom_vvl_init     : define initial vertical scale factors, depths and column thickness
14   !!   dom_vvl_sf_nxt   : Compute next vertical scale factors
15   !!   dom_vvl_sf_swp   : Swap vertical scale factors and update the vertical grid
16   !!   dom_vvl_interpol : Interpolate vertical scale factors from one grid point to another
17   !!   dom_vvl_rst      : read/write restart file
18   !!   dom_vvl_ctl      : Check the vvl options
19   !!----------------------------------------------------------------------
20   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
21   USE phycst          ! physical constant
22   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
23   USE sbc_oce         ! ocean surface boundary condition
24   USE wet_dry         ! wetting and drying
25   USE usrdef_istate   ! user defined initial state (wad only)
26   USE restart         ! ocean restart
27   !
28   USE in_out_manager  ! I/O manager
29   USE iom             ! I/O manager library
30   USE lib_mpp         ! distributed memory computing library
31   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
32   USE timing          ! Timing
33
34   IMPLICIT NONE
35   PRIVATE
36
37   PUBLIC  dom_vvl_init       ! called by domain.F90
38   PUBLIC  dom_vvl_sf_nxt     ! called by step.F90
39   PUBLIC  dom_vvl_sf_swp     ! called by step.F90
40   PUBLIC  dom_vvl_interpol   ! called by dynnxt.F90
41
42   !                                                      !!* Namelist nam_vvl
43   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_zstar           = .FALSE.    ! zstar  vertical coordinate
44   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_ztilde          = .FALSE.    ! ztilde vertical coordinate
45   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_layer           = .FALSE.    ! level  vertical coordinate
46   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_ztilde_as_zstar = .FALSE.    ! ztilde vertical coordinate
47   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_zstar_at_eqtor  = .FALSE.    ! ztilde vertical coordinate
48   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_kepe            = .FALSE.    ! kinetic/potential energy transfer
49   !                                                       ! conservation: not used yet
50   REAL(wp)         :: rn_ahe3                             ! thickness diffusion coefficient
51   REAL(wp)         :: rn_rst_e3t                          ! ztilde to zstar restoration timescale [days]
52   REAL(wp)         :: rn_lf_cutoff                        ! cutoff frequency for low-pass filter  [days]
53   REAL(wp)         :: rn_zdef_max                         ! maximum fractional e3t deformation
54   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_dbg = .FALSE.                ! debug control prints
55
56   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: un_td, vn_td                ! thickness diffusion transport
57   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: hdiv_lf                     ! low frequency part of hz divergence
58   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: tilde_e3t_b, tilde_e3t_n    ! baroclinic scale factors
59   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: tilde_e3t_a, dtilde_e3t_a   ! baroclinic scale factors
60   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   :: frq_rst_e3t                 ! retoring period for scale factors
61   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   :: frq_rst_hdv                 ! retoring period for low freq. divergence
62
63   !! * Substitutions
64#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
65   !!----------------------------------------------------------------------
66   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
67   !! $Id$
68   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
69   !!----------------------------------------------------------------------
70CONTAINS
71
72   INTEGER FUNCTION dom_vvl_alloc()
73      !!----------------------------------------------------------------------
74      !!                ***  FUNCTION dom_vvl_alloc  ***
75      !!----------------------------------------------------------------------
76      IF( ln_vvl_zstar )   dom_vvl_alloc = 0
77      IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ) THEN
78         ALLOCATE( tilde_e3t_b(jpi,jpj,jpk)  , tilde_e3t_n(jpi,jpj,jpk) , tilde_e3t_a(jpi,jpj,jpk) ,   &
79            &      dtilde_e3t_a(jpi,jpj,jpk) , un_td  (jpi,jpj,jpk)     , vn_td  (jpi,jpj,jpk)     ,   &
80            &      STAT = dom_vvl_alloc        )
81         IF( lk_mpp             )   CALL mpp_sum ( 'domvvl', dom_vvl_alloc )
82         IF( dom_vvl_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('dom_vvl_alloc: failed to allocate arrays')
83         un_td = 0._wp
84         vn_td = 0._wp
85      ENDIF
86      IF( ln_vvl_ztilde ) THEN
87         ALLOCATE( frq_rst_e3t(jpi,jpj) , frq_rst_hdv(jpi,jpj) , hdiv_lf(jpi,jpj,jpk) , STAT= dom_vvl_alloc )
88         IF( lk_mpp             )   CALL mpp_sum ( 'domvvl', dom_vvl_alloc )
89         IF( dom_vvl_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('dom_vvl_alloc: failed to allocate arrays')
90      ENDIF
91      !
92   END FUNCTION dom_vvl_alloc
93
94
95   SUBROUTINE dom_vvl_init
96      !!----------------------------------------------------------------------
97      !!                ***  ROUTINE dom_vvl_init  ***
98      !!                   
99      !! ** Purpose :  Initialization of all scale factors, depths
100      !!               and water column heights
101      !!
102      !! ** Method  :  - use restart file and/or initialize
103      !!               - interpolate scale factors
104      !!
105      !! ** Action  : - e3t_(n/b) and tilde_e3t_(n/b)
106      !!              - Regrid: e3(u/v)_n
107      !!                        e3(u/v)_b       
108      !!                        e3w_n           
109      !!                        e3(u/v)w_b     
110      !!                        e3(u/v)w_n     
111      !!                        gdept_n, gdepw_n and gde3w_n
112      !!              - h(t/u/v)_0
113      !!              - frq_rst_e3t and frq_rst_hdv
114      !!
115      !! Reference  : Leclair, M., and G. Madec, 2011, Ocean Modelling.
116      !!----------------------------------------------------------------------
117      INTEGER ::   ji, jj, jk
118      INTEGER ::   ii0, ii1, ij0, ij1
119      REAL(wp)::   zcoef
120      !!----------------------------------------------------------------------
121      !
122      IF(lwp) WRITE(numout,*)
123      IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dom_vvl_init : Variable volume activated'
124      IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
125      !
126      CALL dom_vvl_ctl     ! choose vertical coordinate (z_star, z_tilde or layer)
127      !
128      !                    ! Allocate module arrays
129      IF( dom_vvl_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'dom_vvl_init : unable to allocate arrays' )
130      !
131      !                    ! Read or initialize e3t_(b/n), tilde_e3t_(b/n) and hdiv_lf
132      CALL dom_vvl_rst( nit000, 'READ' )
133      e3t_a(:,:,jpk) = e3t_0(:,:,jpk)  ! last level always inside the sea floor set one for all
134      !
135      !                    !== Set of all other vertical scale factors  ==!  (now and before)
136      !                                ! Horizontal interpolation of e3t
137      CALL dom_vvl_interpol( e3t_b(:,:,:), e3u_b(:,:,:), 'U' )    ! from T to U
138      CALL dom_vvl_interpol( e3t_n(:,:,:), e3u_n(:,:,:), 'U' )
139      CALL dom_vvl_interpol( e3t_b(:,:,:), e3v_b(:,:,:), 'V' )    ! from T to V
140      CALL dom_vvl_interpol( e3t_n(:,:,:), e3v_n(:,:,:), 'V' )
141      CALL dom_vvl_interpol( e3u_n(:,:,:), e3f_n(:,:,:), 'F' )    ! from U to F
142      !                                ! Vertical interpolation of e3t,u,v
143      CALL dom_vvl_interpol( e3t_n(:,:,:), e3w_n (:,:,:), 'W'  )  ! from T to W
144      CALL dom_vvl_interpol( e3t_b(:,:,:), e3w_b (:,:,:), 'W'  )
145      CALL dom_vvl_interpol( e3u_n(:,:,:), e3uw_n(:,:,:), 'UW' )  ! from U to UW
146      CALL dom_vvl_interpol( e3u_b(:,:,:), e3uw_b(:,:,:), 'UW' )
147      CALL dom_vvl_interpol( e3v_n(:,:,:), e3vw_n(:,:,:), 'VW' )  ! from V to UW
148      CALL dom_vvl_interpol( e3v_b(:,:,:), e3vw_b(:,:,:), 'VW' )
149
150      ! We need to define e3[tuv]_a for AGRIF initialisation (should not be a problem for the restartability...)
151      e3t_a(:,:,:) = e3t_n(:,:,:)
152      e3u_a(:,:,:) = e3u_n(:,:,:)
153      e3v_a(:,:,:) = e3v_n(:,:,:)
154      !
155      !                    !==  depth of t and w-point  ==!   (set the isf depth as it is in the initial timestep)
156      gdept_n(:,:,1) = 0.5_wp * e3w_n(:,:,1)       ! reference to the ocean surface (used for MLD and light penetration)
157      gdepw_n(:,:,1) = 0.0_wp
158      gde3w_n(:,:,1) = gdept_n(:,:,1) - sshn(:,:)  ! reference to a common level z=0 for hpg
159      gdept_b(:,:,1) = 0.5_wp * e3w_b(:,:,1)
160      gdepw_b(:,:,1) = 0.0_wp
161      DO jk = 2, jpk                               ! vertical sum
162         DO jj = 1,jpj
163            DO ji = 1,jpi
164               !    zcoef = tmask - wmask    ! 0 everywhere tmask = wmask, ie everywhere expect at jk = mikt
165               !                             ! 1 everywhere from mbkt to mikt + 1 or 1 (if no isf)
166               !                             ! 0.5 where jk = mikt     
167!!gm ???????   BUG ?  gdept_n as well as gde3w_n  does not include the thickness of ISF ??
168               zcoef = ( tmask(ji,jj,jk) - wmask(ji,jj,jk) )
169               gdepw_n(ji,jj,jk) = gdepw_n(ji,jj,jk-1) + e3t_n(ji,jj,jk-1)
170               gdept_n(ji,jj,jk) =      zcoef  * ( gdepw_n(ji,jj,jk  ) + 0.5 * e3w_n(ji,jj,jk))  &
171                  &                + (1-zcoef) * ( gdept_n(ji,jj,jk-1) +       e3w_n(ji,jj,jk)) 
172               gde3w_n(ji,jj,jk) = gdept_n(ji,jj,jk) - sshn(ji,jj)
173               gdepw_b(ji,jj,jk) = gdepw_b(ji,jj,jk-1) + e3t_b(ji,jj,jk-1)
174               gdept_b(ji,jj,jk) =      zcoef  * ( gdepw_b(ji,jj,jk  ) + 0.5 * e3w_b(ji,jj,jk))  &
175                  &                + (1-zcoef) * ( gdept_b(ji,jj,jk-1) +       e3w_b(ji,jj,jk)) 
176            END DO
177         END DO
178      END DO
179      !
180      !                    !==  thickness of the water column  !!   (ocean portion only)
181      ht_n(:,:) = e3t_n(:,:,1) * tmask(:,:,1)   !!gm  BUG  :  this should be 1/2 * e3w(k=1) ....
182      hu_b(:,:) = e3u_b(:,:,1) * umask(:,:,1)
183      hu_n(:,:) = e3u_n(:,:,1) * umask(:,:,1)
184      hv_b(:,:) = e3v_b(:,:,1) * vmask(:,:,1)
185      hv_n(:,:) = e3v_n(:,:,1) * vmask(:,:,1)
186      DO jk = 2, jpkm1
187         ht_n(:,:) = ht_n(:,:) + e3t_n(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
188         hu_b(:,:) = hu_b(:,:) + e3u_b(:,:,jk) * umask(:,:,jk)
189         hu_n(:,:) = hu_n(:,:) + e3u_n(:,:,jk) * umask(:,:,jk)
190         hv_b(:,:) = hv_b(:,:) + e3v_b(:,:,jk) * vmask(:,:,jk)
191         hv_n(:,:) = hv_n(:,:) + e3v_n(:,:,jk) * vmask(:,:,jk)
192      END DO
193      !
194      !                    !==  inverse of water column thickness   ==!   (u- and v- points)
195      r1_hu_b(:,:) = ssumask(:,:) / ( hu_b(:,:) + 1._wp - ssumask(:,:) )    ! _i mask due to ISF
196      r1_hu_n(:,:) = ssumask(:,:) / ( hu_n(:,:) + 1._wp - ssumask(:,:) )
197      r1_hv_b(:,:) = ssvmask(:,:) / ( hv_b(:,:) + 1._wp - ssvmask(:,:) )
198      r1_hv_n(:,:) = ssvmask(:,:) / ( hv_n(:,:) + 1._wp - ssvmask(:,:) )
199
200      !                    !==   z_tilde coordinate case  ==!   (Restoring frequencies)
201      IF( ln_vvl_ztilde ) THEN
202!!gm : idea: add here a READ in a file of custumized restoring frequency
203         !                                   ! Values in days provided via the namelist
204         !                                   ! use rsmall to avoid possible division by zero errors with faulty settings
205         frq_rst_e3t(:,:) = 2._wp * rpi / ( MAX( rn_rst_e3t  , rsmall ) * 86400.0_wp )
206         frq_rst_hdv(:,:) = 2._wp * rpi / ( MAX( rn_lf_cutoff, rsmall ) * 86400.0_wp )
207         !
208         IF( ln_vvl_ztilde_as_zstar ) THEN   ! z-star emulation using z-tile
209            frq_rst_e3t(:,:) = 0._wp               !Ignore namelist settings
210            frq_rst_hdv(:,:) = 1._wp / rdt
211         ENDIF
212         IF ( ln_vvl_zstar_at_eqtor ) THEN   ! use z-star in vicinity of the Equator
213            DO jj = 1, jpj
214               DO ji = 1, jpi
215!!gm  case |gphi| >= 6 degrees is useless   initialized just above by default
216                  IF( ABS(gphit(ji,jj)) >= 6.) THEN
217                     ! values outside the equatorial band and transition zone (ztilde)
218                     frq_rst_e3t(ji,jj) =  2.0_wp * rpi / ( MAX( rn_rst_e3t  , rsmall ) * 86400.e0_wp )
219                     frq_rst_hdv(ji,jj) =  2.0_wp * rpi / ( MAX( rn_lf_cutoff, rsmall ) * 86400.e0_wp )
220                  ELSEIF( ABS(gphit(ji,jj)) <= 2.5) THEN    ! Equator strip ==> z-star
221                     ! values inside the equatorial band (ztilde as zstar)
222                     frq_rst_e3t(ji,jj) =  0.0_wp
223                     frq_rst_hdv(ji,jj) =  1.0_wp / rdt
224                  ELSE                                      ! transition band (2.5 to 6 degrees N/S)
225                     !                                      ! (linearly transition from z-tilde to z-star)
226                     frq_rst_e3t(ji,jj) = 0.0_wp + (frq_rst_e3t(ji,jj)-0.0_wp)*0.5_wp   &
227                        &            * (  1.0_wp - COS( rad*(ABS(gphit(ji,jj))-2.5_wp)  &
228                        &                                          * 180._wp / 3.5_wp ) )
229                     frq_rst_hdv(ji,jj) = (1.0_wp / rdt)                                &
230                        &            + (  frq_rst_hdv(ji,jj)-(1.e0_wp / rdt) )*0.5_wp   &
231                        &            * (  1._wp  - COS( rad*(ABS(gphit(ji,jj))-2.5_wp)  &
232                        &                                          * 180._wp / 3.5_wp ) )
233                  ENDIF
234               END DO
235            END DO
236            IF( cn_cfg == "orca" .AND. nn_cfg == 3 ) THEN   ! ORCA2: Suppress ztilde in the Foxe Basin for ORCA2
237               ii0 = 103   ;   ii1 = 111       
238               ij0 = 128   ;   ij1 = 135   ;   
239               frq_rst_e3t( mi0(ii0):mi1(ii1) , mj0(ij0):mj1(ij1) ) =  0.0_wp
240               frq_rst_hdv( mi0(ii0):mi1(ii1) , mj0(ij0):mj1(ij1) ) =  1.e0_wp / rdt
241            ENDIF
242         ENDIF
243      ENDIF
244      !
245      IF(lwxios) THEN
246! define variables in restart file when writing with XIOS
247         CALL iom_set_rstw_var_active('e3t_b')
248         CALL iom_set_rstw_var_active('e3t_n')
249         !                                           ! ----------------------- !
250         IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ) THEN  ! z_tilde and layer cases !
251            !                                        ! ----------------------- !
252            CALL iom_set_rstw_var_active('tilde_e3t_b')
253            CALL iom_set_rstw_var_active('tilde_e3t_n')
254         END IF
255         !                                           ! -------------!   
256         IF( ln_vvl_ztilde ) THEN                    ! z_tilde case !
257            !                                        ! ------------ !
258            CALL iom_set_rstw_var_active('hdiv_lf')
259         ENDIF
260         !
261      ENDIF
262      !
263   END SUBROUTINE dom_vvl_init
264
265
266   SUBROUTINE dom_vvl_sf_nxt( kt, kcall ) 
267      !!----------------------------------------------------------------------
268      !!                ***  ROUTINE dom_vvl_sf_nxt  ***
269      !!                   
270      !! ** Purpose :  - compute the after scale factors used in tra_zdf, dynnxt,
271      !!                 tranxt and dynspg routines
272      !!
273      !! ** Method  :  - z_star case:  Repartition of ssh INCREMENT proportionnaly to the level thickness.
274      !!               - z_tilde_case: after scale factor increment =
275      !!                                    high frequency part of horizontal divergence
276      !!                                  + retsoring towards the background grid
277      !!                                  + thickness difusion
278      !!                               Then repartition of ssh INCREMENT proportionnaly
279      !!                               to the "baroclinic" level thickness.
280      !!
281      !! ** Action  :  - hdiv_lf    : restoring towards full baroclinic divergence in z_tilde case
282      !!               - tilde_e3t_a: after increment of vertical scale factor
283      !!                              in z_tilde case
284      !!               - e3(t/u/v)_a
285      !!
286      !! Reference  : Leclair, M., and Madec, G. 2011, Ocean Modelling.
287      !!----------------------------------------------------------------------
288      INTEGER, INTENT( in )           ::   kt      ! time step
289      INTEGER, INTENT( in ), OPTIONAL ::   kcall   ! optional argument indicating call sequence
290      !
291      INTEGER                ::   ji, jj, jk            ! dummy loop indices
292      INTEGER , DIMENSION(3) ::   ijk_max, ijk_min      ! temporary integers
293      REAL(wp)               ::   z2dt, z_tmin, z_tmax  ! local scalars
294      LOGICAL                ::   ll_do_bclinic         ! local logical
295      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zht, z_scale, zwu, zwv, zhdiv
296      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   ze3t
297      !!----------------------------------------------------------------------
298      !
299      IF( ln_linssh )   RETURN      ! No calculation in linear free surface
300      !
301      IF( ln_timing )   CALL timing_start('dom_vvl_sf_nxt')
302      !
303      IF( kt == nit000 ) THEN
304         IF(lwp) WRITE(numout,*)
305         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dom_vvl_sf_nxt : compute after scale factors'
306         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~~~'
307      ENDIF
308
309      ll_do_bclinic = .TRUE.
310      IF( PRESENT(kcall) ) THEN
311         IF( kcall == 2 .AND. ln_vvl_ztilde )   ll_do_bclinic = .FALSE.
312      ENDIF
313
314      ! ******************************* !
315      ! After acale factors at t-points !
316      ! ******************************* !
317      !                                                ! --------------------------------------------- !
318      !                                                ! z_star coordinate and barotropic z-tilde part !
319      !                                                ! --------------------------------------------- !
320      !
321      z_scale(:,:) = ( ssha(:,:) - sshb(:,:) ) * ssmask(:,:) / ( ht_0(:,:) + sshn(:,:) + 1. - ssmask(:,:) )
322      DO jk = 1, jpkm1
323         ! formally this is the same as e3t_a = e3t_0*(1+ssha/ht_0)
324         e3t_a(:,:,jk) = e3t_b(:,:,jk) + e3t_n(:,:,jk) * z_scale(:,:) * tmask(:,:,jk)
325      END DO
326      !
327      IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer .AND. ll_do_bclinic ) THEN   ! z_tilde or layer coordinate !
328         !                                                            ! ------baroclinic part------ !
329         ! I - initialization
330         ! ==================
331
332         ! 1 - barotropic divergence
333         ! -------------------------
334         zhdiv(:,:) = 0._wp
335         zht(:,:)   = 0._wp
336         DO jk = 1, jpkm1
337            zhdiv(:,:) = zhdiv(:,:) + e3t_n(:,:,jk) * hdivn(:,:,jk)
338            zht  (:,:) = zht  (:,:) + e3t_n(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
339         END DO
340         zhdiv(:,:) = zhdiv(:,:) / ( zht(:,:) + 1. - tmask_i(:,:) )
341
342         ! 2 - Low frequency baroclinic horizontal divergence  (z-tilde case only)
343         ! --------------------------------------------------
344         IF( ln_vvl_ztilde ) THEN
345            IF( kt > nit000 ) THEN
346               DO jk = 1, jpkm1
347                  hdiv_lf(:,:,jk) = hdiv_lf(:,:,jk) - rdt * frq_rst_hdv(:,:)   &
348                     &          * ( hdiv_lf(:,:,jk) - e3t_n(:,:,jk) * ( hdivn(:,:,jk) - zhdiv(:,:) ) )
349               END DO
350            ENDIF
351         ENDIF
352
353         ! II - after z_tilde increments of vertical scale factors
354         ! =======================================================
355         tilde_e3t_a(:,:,:) = 0._wp  ! tilde_e3t_a used to store tendency terms
356
357         ! 1 - High frequency divergence term
358         ! ----------------------------------
359         IF( ln_vvl_ztilde ) THEN     ! z_tilde case
360            DO jk = 1, jpkm1
361               tilde_e3t_a(:,:,jk) = tilde_e3t_a(:,:,jk) - ( e3t_n(:,:,jk) * ( hdivn(:,:,jk) - zhdiv(:,:) ) - hdiv_lf(:,:,jk) )
362            END DO
363         ELSE                         ! layer case
364            DO jk = 1, jpkm1
365               tilde_e3t_a(:,:,jk) = tilde_e3t_a(:,:,jk) -   e3t_n(:,:,jk) * ( hdivn(:,:,jk) - zhdiv(:,:) ) * tmask(:,:,jk)
366            END DO
367         ENDIF
368
369         ! 2 - Restoring term (z-tilde case only)
370         ! ------------------
371         IF( ln_vvl_ztilde ) THEN
372            DO jk = 1, jpk
373               tilde_e3t_a(:,:,jk) = tilde_e3t_a(:,:,jk) - frq_rst_e3t(:,:) * tilde_e3t_b(:,:,jk)
374            END DO
375         ENDIF
376
377         ! 3 - Thickness diffusion term
378         ! ----------------------------
379         zwu(:,:) = 0._wp
380         zwv(:,:) = 0._wp
381         DO jk = 1, jpkm1        ! a - first derivative: diffusive fluxes
382            DO jj = 1, jpjm1
383               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
384                  un_td(ji,jj,jk) = rn_ahe3 * umask(ji,jj,jk) * e2_e1u(ji,jj)           &
385                     &            * ( tilde_e3t_b(ji,jj,jk) - tilde_e3t_b(ji+1,jj  ,jk) )
386                  vn_td(ji,jj,jk) = rn_ahe3 * vmask(ji,jj,jk) * e1_e2v(ji,jj)           & 
387                     &            * ( tilde_e3t_b(ji,jj,jk) - tilde_e3t_b(ji  ,jj+1,jk) )
388                  zwu(ji,jj) = zwu(ji,jj) + un_td(ji,jj,jk)
389                  zwv(ji,jj) = zwv(ji,jj) + vn_td(ji,jj,jk)
390               END DO
391            END DO
392         END DO
393         DO jj = 1, jpj          ! b - correction for last oceanic u-v points
394            DO ji = 1, jpi
395               un_td(ji,jj,mbku(ji,jj)) = un_td(ji,jj,mbku(ji,jj)) - zwu(ji,jj)
396               vn_td(ji,jj,mbkv(ji,jj)) = vn_td(ji,jj,mbkv(ji,jj)) - zwv(ji,jj)
397            END DO
398         END DO
399         DO jk = 1, jpkm1        ! c - second derivative: divergence of diffusive fluxes
400            DO jj = 2, jpjm1
401               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
402                  tilde_e3t_a(ji,jj,jk) = tilde_e3t_a(ji,jj,jk) + (   un_td(ji-1,jj  ,jk) - un_td(ji,jj,jk)    &
403                     &                                          +     vn_td(ji  ,jj-1,jk) - vn_td(ji,jj,jk)    &
404                     &                                            ) * r1_e1e2t(ji,jj)
405               END DO
406            END DO
407         END DO
408         !                       ! d - thickness diffusion transport: boundary conditions
409         !                             (stored for tracer advction and continuity equation)
410         CALL lbc_lnk_multi( 'domvvl', un_td , 'U' , -1._wp, vn_td , 'V' , -1._wp)
411
412         ! 4 - Time stepping of baroclinic scale factors
413         ! ---------------------------------------------
414         ! Leapfrog time stepping
415         ! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
416         IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 ) THEN
417            z2dt =  rdt
418         ELSE
419            z2dt = 2.0_wp * rdt
420         ENDIF
421         CALL lbc_lnk( 'domvvl', tilde_e3t_a(:,:,:), 'T', 1._wp )
422         tilde_e3t_a(:,:,:) = tilde_e3t_b(:,:,:) + z2dt * tmask(:,:,:) * tilde_e3t_a(:,:,:)
423
424         ! Maximum deformation control
425         ! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
426         ze3t(:,:,jpk) = 0._wp
427         DO jk = 1, jpkm1
428            ze3t(:,:,jk) = tilde_e3t_a(:,:,jk) / e3t_0(:,:,jk) * tmask(:,:,jk) * tmask_i(:,:)
429         END DO
430         z_tmax = MAXVAL( ze3t(:,:,:) )
431         IF( lk_mpp )   CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                 ! max over the global domain
432         z_tmin = MINVAL( ze3t(:,:,:) )
433         IF( lk_mpp )   CALL mpp_min( 'domvvl', z_tmin )                 ! min over the global domain
434         ! - ML - test: for the moment, stop simulation for too large e3_t variations
435         IF( ( z_tmax >  rn_zdef_max ) .OR. ( z_tmin < - rn_zdef_max ) ) THEN
436            IF( lk_mpp ) THEN
437               CALL mpp_maxloc( ze3t, tmask, z_tmax, ijk_max(1), ijk_max(2), ijk_max(3) )
438               CALL mpp_minloc( ze3t, tmask, z_tmin, ijk_min(1), ijk_min(2), ijk_min(3) )
439            ELSE
440               ijk_max = MAXLOC( ze3t(:,:,:) )
441               ijk_max(1) = ijk_max(1) + nimpp - 1
442               ijk_max(2) = ijk_max(2) + njmpp - 1
443               ijk_min = MINLOC( ze3t(:,:,:) )
444               ijk_min(1) = ijk_min(1) + nimpp - 1
445               ijk_min(2) = ijk_min(2) + njmpp - 1
446            ENDIF
447            IF (lwp) THEN
448               WRITE(numout, *) 'MAX( tilde_e3t_a(:,:,:) / e3t_0(:,:,:) ) =', z_tmax
449               WRITE(numout, *) 'at i, j, k=', ijk_max
450               WRITE(numout, *) 'MIN( tilde_e3t_a(:,:,:) / e3t_0(:,:,:) ) =', z_tmin
451               WRITE(numout, *) 'at i, j, k=', ijk_min           
452               CALL ctl_warn('MAX( ABS( tilde_e3t_a(:,:,:) ) / e3t_0(:,:,:) ) too high')
453            ENDIF
454         ENDIF
455         ! - ML - end test
456         ! - ML - Imposing these limits will cause a baroclinicity error which is corrected for below
457         tilde_e3t_a(:,:,:) = MIN( tilde_e3t_a(:,:,:),   rn_zdef_max * e3t_0(:,:,:) )
458         tilde_e3t_a(:,:,:) = MAX( tilde_e3t_a(:,:,:), - rn_zdef_max * e3t_0(:,:,:) )
459
460         !
461         ! "tilda" change in the after scale factor
462         ! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
463         DO jk = 1, jpkm1
464            dtilde_e3t_a(:,:,jk) = tilde_e3t_a(:,:,jk) - tilde_e3t_b(:,:,jk)
465         END DO
466         ! III - Barotropic repartition of the sea surface height over the baroclinic profile
467         ! ==================================================================================
468         ! add ( ssh increment + "baroclinicity error" ) proportionly to e3t(n)
469         ! - ML - baroclinicity error should be better treated in the future
470         !        i.e. locally and not spread over the water column.
471         !        (keep in mind that the idea is to reduce Eulerian velocity as much as possible)
472         zht(:,:) = 0.
473         DO jk = 1, jpkm1
474            zht(:,:)  = zht(:,:) + tilde_e3t_a(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
475         END DO
476         z_scale(:,:) =  - zht(:,:) / ( ht_0(:,:) + sshn(:,:) + 1. - ssmask(:,:) )
477         DO jk = 1, jpkm1
478            dtilde_e3t_a(:,:,jk) = dtilde_e3t_a(:,:,jk) + e3t_n(:,:,jk) * z_scale(:,:) * tmask(:,:,jk)
479         END DO
480
481      ENDIF
482
483      IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer )  THEN   ! z_tilde or layer coordinate !
484      !                                           ! ---baroclinic part--------- !
485         DO jk = 1, jpkm1
486            e3t_a(:,:,jk) = e3t_a(:,:,jk) + dtilde_e3t_a(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
487         END DO
488      ENDIF
489
490      IF( ln_vvl_dbg .AND. .NOT. ll_do_bclinic ) THEN   ! - ML - test: control prints for debuging
491         !
492         IF( lwp ) WRITE(numout, *) 'kt =', kt
493         IF ( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ) THEN
494            z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) * tmask_i(:,:) * ABS( zht(:,:) ) )
495            IF( lk_mpp ) CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                             ! max over the global domain
496            IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(SUM(tilde_e3t_a))) =', z_tmax
497         END IF
498         !
499         zht(:,:) = 0.0_wp
500         DO jk = 1, jpkm1
501            zht(:,:) = zht(:,:) + e3t_n(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
502         END DO
503         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) * tmask_i(:,:) * ABS( ht_0(:,:) + sshn(:,:) - zht(:,:) ) )
504         IF( lk_mpp ) CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                                ! max over the global domain
505         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(ht_0+sshn-SUM(e3t_n))) =', z_tmax
506         !
507         zht(:,:) = 0.0_wp
508         DO jk = 1, jpkm1
509            zht(:,:) = zht(:,:) + e3t_a(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
510         END DO
511         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) * tmask_i(:,:) * ABS( ht_0(:,:) + ssha(:,:) - zht(:,:) ) )
512         IF( lk_mpp ) CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                                ! max over the global domain
513         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(ht_0+ssha-SUM(e3t_a))) =', z_tmax
514         !
515         zht(:,:) = 0.0_wp
516         DO jk = 1, jpkm1
517            zht(:,:) = zht(:,:) + e3t_b(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
518         END DO
519         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) * tmask_i(:,:) * ABS( ht_0(:,:) + sshb(:,:) - zht(:,:) ) )
520         IF( lk_mpp ) CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                                ! max over the global domain
521         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(ht_0+sshb-SUM(e3t_b))) =', z_tmax
522         !
523         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) *  ABS( sshb(:,:) ) )
524         IF( lk_mpp ) CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                                ! max over the global domain
525         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(sshb))) =', z_tmax
526         !
527         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) *  ABS( sshn(:,:) ) )
528         IF( lk_mpp ) CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                                ! max over the global domain
529         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(sshn))) =', z_tmax
530         !
531         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) *  ABS( ssha(:,:) ) )
532         IF( lk_mpp ) CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                                ! max over the global domain
533         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(ssha))) =', z_tmax
534      END IF
535
536      ! *********************************** !
537      ! After scale factors at u- v- points !
538      ! *********************************** !
539
540      CALL dom_vvl_interpol( e3t_a(:,:,:), e3u_a(:,:,:), 'U' )
541      CALL dom_vvl_interpol( e3t_a(:,:,:), e3v_a(:,:,:), 'V' )
542
543      ! *********************************** !
544      ! After depths at u- v points         !
545      ! *********************************** !
546
547      hu_a(:,:) = e3u_a(:,:,1) * umask(:,:,1)
548      hv_a(:,:) = e3v_a(:,:,1) * vmask(:,:,1)
549      DO jk = 2, jpkm1
550         hu_a(:,:) = hu_a(:,:) + e3u_a(:,:,jk) * umask(:,:,jk)
551         hv_a(:,:) = hv_a(:,:) + e3v_a(:,:,jk) * vmask(:,:,jk)
552      END DO
553      !                                        ! Inverse of the local depth
554!!gm BUG ?  don't understand the use of umask_i here .....
555      r1_hu_a(:,:) = ssumask(:,:) / ( hu_a(:,:) + 1._wp - ssumask(:,:) )
556      r1_hv_a(:,:) = ssvmask(:,:) / ( hv_a(:,:) + 1._wp - ssvmask(:,:) )
557      !
558      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('dom_vvl_sf_nxt')
559      !
560   END SUBROUTINE dom_vvl_sf_nxt
561
562
563   SUBROUTINE dom_vvl_sf_swp( kt )
564      !!----------------------------------------------------------------------
565      !!                ***  ROUTINE dom_vvl_sf_swp  ***
566      !!                   
567      !! ** Purpose :  compute time filter and swap of scale factors
568      !!               compute all depths and related variables for next time step
569      !!               write outputs and restart file
570      !!
571      !! ** Method  :  - swap of e3t with trick for volume/tracer conservation
572      !!               - reconstruct scale factor at other grid points (interpolate)
573      !!               - recompute depths and water height fields
574      !!
575      !! ** Action  :  - e3t_(b/n), tilde_e3t_(b/n) and e3(u/v)_n ready for next time step
576      !!               - Recompute:
577      !!                    e3(u/v)_b       
578      !!                    e3w_n           
579      !!                    e3(u/v)w_b     
580      !!                    e3(u/v)w_n     
581      !!                    gdept_n, gdepw_n  and gde3w_n
582      !!                    h(u/v) and h(u/v)r
583      !!
584      !! Reference  : Leclair, M., and G. Madec, 2009, Ocean Modelling.
585      !!              Leclair, M., and G. Madec, 2011, Ocean Modelling.
586      !!----------------------------------------------------------------------
587      INTEGER, INTENT( in ) ::   kt   ! time step
588      !
589      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
590      REAL(wp) ::   zcoef        ! local scalar
591      !!----------------------------------------------------------------------
592      !
593      IF( ln_linssh )   RETURN      ! No calculation in linear free surface
594      !
595      IF( ln_timing )   CALL timing_start('dom_vvl_sf_swp')
596      !
597      IF( kt == nit000 )   THEN
598         IF(lwp) WRITE(numout,*)
599         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dom_vvl_sf_swp : - time filter and swap of scale factors'
600         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~~~   - interpolate scale factors and compute depths for next time step'
601      ENDIF
602      !
603      ! Time filter and swap of scale factors
604      ! =====================================
605      ! - ML - e3(t/u/v)_b are allready computed in dynnxt.
606      IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ) THEN
607         IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 ) THEN
608            tilde_e3t_b(:,:,:) = tilde_e3t_n(:,:,:)
609         ELSE
610            tilde_e3t_b(:,:,:) = tilde_e3t_n(:,:,:) & 
611            &         + atfp * ( tilde_e3t_b(:,:,:) - 2.0_wp * tilde_e3t_n(:,:,:) + tilde_e3t_a(:,:,:) )
612         ENDIF
613         tilde_e3t_n(:,:,:) = tilde_e3t_a(:,:,:)
614      ENDIF
615      gdept_b(:,:,:) = gdept_n(:,:,:)
616      gdepw_b(:,:,:) = gdepw_n(:,:,:)
617
618      e3t_n(:,:,:) = e3t_a(:,:,:)
619      e3u_n(:,:,:) = e3u_a(:,:,:)
620      e3v_n(:,:,:) = e3v_a(:,:,:)
621
622      ! Compute all missing vertical scale factor and depths
623      ! ====================================================
624      ! Horizontal scale factor interpolations
625      ! --------------------------------------
626      ! - ML - e3u_b and e3v_b are allready computed in dynnxt
627      ! - JC - hu_b, hv_b, hur_b, hvr_b also
628     
629      CALL dom_vvl_interpol( e3u_n(:,:,:), e3f_n(:,:,:), 'F'  )
630     
631      ! Vertical scale factor interpolations
632      CALL dom_vvl_interpol( e3t_n(:,:,:),  e3w_n(:,:,:), 'W'  )
633      CALL dom_vvl_interpol( e3u_n(:,:,:), e3uw_n(:,:,:), 'UW' )
634      CALL dom_vvl_interpol( e3v_n(:,:,:), e3vw_n(:,:,:), 'VW' )
635      CALL dom_vvl_interpol( e3t_b(:,:,:),  e3w_b(:,:,:), 'W'  )
636      CALL dom_vvl_interpol( e3u_b(:,:,:), e3uw_b(:,:,:), 'UW' )
637      CALL dom_vvl_interpol( e3v_b(:,:,:), e3vw_b(:,:,:), 'VW' )
638
639      ! t- and w- points depth (set the isf depth as it is in the initial step)
640      gdept_n(:,:,1) = 0.5_wp * e3w_n(:,:,1)
641      gdepw_n(:,:,1) = 0.0_wp
642      gde3w_n(:,:,1) = gdept_n(:,:,1) - sshn(:,:)
643      DO jk = 2, jpk
644         DO jj = 1,jpj
645            DO ji = 1,jpi
646              !    zcoef = (tmask(ji,jj,jk) - wmask(ji,jj,jk))   ! 0 everywhere tmask = wmask, ie everywhere expect at jk = mikt
647                                                                 ! 1 for jk = mikt
648               zcoef = (tmask(ji,jj,jk) - wmask(ji,jj,jk))
649               gdepw_n(ji,jj,jk) = gdepw_n(ji,jj,jk-1) + e3t_n(ji,jj,jk-1)
650               gdept_n(ji,jj,jk) =    zcoef  * ( gdepw_n(ji,jj,jk  ) + 0.5 * e3w_n(ji,jj,jk) )  &
651                   &             + (1-zcoef) * ( gdept_n(ji,jj,jk-1) +       e3w_n(ji,jj,jk) ) 
652               gde3w_n(ji,jj,jk) = gdept_n(ji,jj,jk) - sshn(ji,jj)
653            END DO
654         END DO
655      END DO
656
657      ! Local depth and Inverse of the local depth of the water
658      ! -------------------------------------------------------
659      hu_n(:,:) = hu_a(:,:)   ;   r1_hu_n(:,:) = r1_hu_a(:,:)
660      hv_n(:,:) = hv_a(:,:)   ;   r1_hv_n(:,:) = r1_hv_a(:,:)
661      !
662      ht_n(:,:) = e3t_n(:,:,1) * tmask(:,:,1)
663      DO jk = 2, jpkm1
664         ht_n(:,:) = ht_n(:,:) + e3t_n(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
665      END DO
666
667      ! write restart file
668      ! ==================
669      IF( lrst_oce  )   CALL dom_vvl_rst( kt, 'WRITE' )
670      !
671      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('dom_vvl_sf_swp')
672      !
673   END SUBROUTINE dom_vvl_sf_swp
674
675
676   SUBROUTINE dom_vvl_interpol( pe3_in, pe3_out, pout )
677      !!---------------------------------------------------------------------
678      !!                  ***  ROUTINE dom_vvl__interpol  ***
679      !!
680      !! ** Purpose :   interpolate scale factors from one grid point to another
681      !!
682      !! ** Method  :   e3_out = e3_0 + interpolation(e3_in - e3_0)
683      !!                - horizontal interpolation: grid cell surface averaging
684      !!                - vertical interpolation: simple averaging
685      !!----------------------------------------------------------------------
686      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk), INTENT(in   ) ::  pe3_in    ! input e3 to be interpolated
687      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk), INTENT(inout) ::  pe3_out   ! output interpolated e3
688      CHARACTER(LEN=*)                , INTENT(in   ) ::  pout      ! grid point of out scale factors
689      !                                                             !   =  'U', 'V', 'W, 'F', 'UW' or 'VW'
690      !
691      INTEGER ::   ji, jj, jk                                       ! dummy loop indices
692      REAL(wp) ::  zlnwd                                            ! =1./0. when ln_wd_il = T/F
693      !!----------------------------------------------------------------------
694      !
695      IF(ln_wd_il) THEN
696        zlnwd = 1.0_wp
697      ELSE
698        zlnwd = 0.0_wp
699      END IF
700      !
701      SELECT CASE ( pout )    !==  type of interpolation  ==!
702         !
703      CASE( 'U' )                   !* from T- to U-point : hor. surface weighted mean
704         DO jk = 1, jpk
705            DO jj = 1, jpjm1
706               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
707                  pe3_out(ji,jj,jk) = 0.5_wp * (  umask(ji,jj,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) * r1_e1e2u(ji,jj)   &
708                     &                       * (   e1e2t(ji  ,jj) * ( pe3_in(ji  ,jj,jk) - e3t_0(ji  ,jj,jk) )     &
709                     &                           + e1e2t(ji+1,jj) * ( pe3_in(ji+1,jj,jk) - e3t_0(ji+1,jj,jk) ) )
710               END DO
711            END DO
712         END DO
713         CALL lbc_lnk( 'domvvl', pe3_out(:,:,:), 'U', 1._wp )
714         pe3_out(:,:,:) = pe3_out(:,:,:) + e3u_0(:,:,:)
715         !
716      CASE( 'V' )                   !* from T- to V-point : hor. surface weighted mean
717         DO jk = 1, jpk
718            DO jj = 1, jpjm1
719               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
720                  pe3_out(ji,jj,jk) = 0.5_wp * ( vmask(ji,jj,jk)  * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) * r1_e1e2v(ji,jj)   &
721                     &                       * (   e1e2t(ji,jj  ) * ( pe3_in(ji,jj  ,jk) - e3t_0(ji,jj  ,jk) )     &
722                     &                           + e1e2t(ji,jj+1) * ( pe3_in(ji,jj+1,jk) - e3t_0(ji,jj+1,jk) ) )
723               END DO
724            END DO
725         END DO
726         CALL lbc_lnk( 'domvvl', pe3_out(:,:,:), 'V', 1._wp )
727         pe3_out(:,:,:) = pe3_out(:,:,:) + e3v_0(:,:,:)
728         !
729      CASE( 'F' )                   !* from U-point to F-point : hor. surface weighted mean
730         DO jk = 1, jpk
731            DO jj = 1, jpjm1
732               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
733                  pe3_out(ji,jj,jk) = 0.5_wp * (  umask(ji,jj,jk) * umask(ji,jj+1,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) &
734                     &                       *    r1_e1e2f(ji,jj)                                                  &
735                     &                       * (   e1e2u(ji,jj  ) * ( pe3_in(ji,jj  ,jk) - e3u_0(ji,jj  ,jk) )     &
736                     &                           + e1e2u(ji,jj+1) * ( pe3_in(ji,jj+1,jk) - e3u_0(ji,jj+1,jk) ) )
737               END DO
738            END DO
739         END DO
740         CALL lbc_lnk( 'domvvl', pe3_out(:,:,:), 'F', 1._wp )
741         pe3_out(:,:,:) = pe3_out(:,:,:) + e3f_0(:,:,:)
742         !
743      CASE( 'W' )                   !* from T- to W-point : vertical simple mean
744         !
745         pe3_out(:,:,1) = e3w_0(:,:,1) + pe3_in(:,:,1) - e3t_0(:,:,1)
746         ! - ML - The use of mask in this formulea enables the special treatment of the last w-point without indirect adressing
747!!gm BUG? use here wmask in case of ISF ?  to be checked
748         DO jk = 2, jpk
749            pe3_out(:,:,jk) = e3w_0(:,:,jk) + ( 1.0_wp - 0.5_wp * ( tmask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) )   &
750               &                            * ( pe3_in(:,:,jk-1) - e3t_0(:,:,jk-1) )                               &
751               &                            +            0.5_wp * ( tmask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd )     &
752               &                            * ( pe3_in(:,:,jk  ) - e3t_0(:,:,jk  ) )
753         END DO
754         !
755      CASE( 'UW' )                  !* from U- to UW-point : vertical simple mean
756         !
757         pe3_out(:,:,1) = e3uw_0(:,:,1) + pe3_in(:,:,1) - e3u_0(:,:,1)
758         ! - ML - The use of mask in this formaula enables the special treatment of the last w- point without indirect adressing
759!!gm BUG? use here wumask in case of ISF ?  to be checked
760         DO jk = 2, jpk
761            pe3_out(:,:,jk) = e3uw_0(:,:,jk) + ( 1.0_wp - 0.5_wp * ( umask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) )  &
762               &                             * ( pe3_in(:,:,jk-1) - e3u_0(:,:,jk-1) )                              &
763               &                             +            0.5_wp * ( umask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd )    &
764               &                             * ( pe3_in(:,:,jk  ) - e3u_0(:,:,jk  ) )
765         END DO
766         !
767      CASE( 'VW' )                  !* from V- to VW-point : vertical simple mean
768         !
769         pe3_out(:,:,1) = e3vw_0(:,:,1) + pe3_in(:,:,1) - e3v_0(:,:,1)
770         ! - ML - The use of mask in this formaula enables the special treatment of the last w- point without indirect adressing
771!!gm BUG? use here wvmask in case of ISF ?  to be checked
772         DO jk = 2, jpk
773            pe3_out(:,:,jk) = e3vw_0(:,:,jk) + ( 1.0_wp - 0.5_wp * ( vmask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) )  &
774               &                             * ( pe3_in(:,:,jk-1) - e3v_0(:,:,jk-1) )                              &
775               &                             +            0.5_wp * ( vmask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd )    &
776               &                             * ( pe3_in(:,:,jk  ) - e3v_0(:,:,jk  ) )
777         END DO
778      END SELECT
779      !
780   END SUBROUTINE dom_vvl_interpol
781
782
783   SUBROUTINE dom_vvl_rst( kt, cdrw )
784      !!---------------------------------------------------------------------
785      !!                   ***  ROUTINE dom_vvl_rst  ***
786      !!                     
787      !! ** Purpose :   Read or write VVL file in restart file
788      !!
789      !! ** Method  :   use of IOM library
790      !!                if the restart does not contain vertical scale factors,
791      !!                they are set to the _0 values
792      !!                if the restart does not contain vertical scale factors increments (z_tilde),
793      !!                they are set to 0.
794      !!----------------------------------------------------------------------
795      INTEGER         , INTENT(in) ::   kt     ! ocean time-step
796      CHARACTER(len=*), INTENT(in) ::   cdrw   ! "READ"/"WRITE" flag
797      !
798      INTEGER ::   ji, jj, jk
799      INTEGER ::   id1, id2, id3, id4, id5     ! local integers
800      !!----------------------------------------------------------------------
801      !
802      IF( TRIM(cdrw) == 'READ' ) THEN        ! Read/initialise
803         !                                   ! ===============
804         IF( ln_rstart ) THEN                   !* Read the restart file
805            CALL rst_read_open                  !  open the restart file if necessary
806            CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'sshn'   , sshn, ldxios = lrxios    )
807            !
808            id1 = iom_varid( numror, 'e3t_b', ldstop = .FALSE. )
809            id2 = iom_varid( numror, 'e3t_n', ldstop = .FALSE. )
810            id3 = iom_varid( numror, 'tilde_e3t_b', ldstop = .FALSE. )
811            id4 = iom_varid( numror, 'tilde_e3t_n', ldstop = .FALSE. )
812            id5 = iom_varid( numror, 'hdiv_lf', ldstop = .FALSE. )
813            !                             ! --------- !
814            !                             ! all cases !
815            !                             ! --------- !
816            IF( MIN( id1, id2 ) > 0 ) THEN       ! all required arrays exist
817               CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'e3t_b', e3t_b(:,:,:), ldxios = lrxios )
818               CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'e3t_n', e3t_n(:,:,:), ldxios = lrxios )
819               ! needed to restart if land processor not computed
820               IF(lwp) write(numout,*) 'dom_vvl_rst : e3t_b and e3t_n found in restart files'
821               WHERE ( tmask(:,:,:) == 0.0_wp ) 
822                  e3t_n(:,:,:) = e3t_0(:,:,:)
823                  e3t_b(:,:,:) = e3t_0(:,:,:)
824               END WHERE
825               IF( neuler == 0 ) THEN
826                  e3t_b(:,:,:) = e3t_n(:,:,:)
827               ENDIF
828            ELSE IF( id1 > 0 ) THEN
829               IF(lwp) write(numout,*) 'dom_vvl_rst WARNING : e3t_n not found in restart files'
830               IF(lwp) write(numout,*) 'e3t_n set equal to e3t_b.'
831               IF(lwp) write(numout,*) 'neuler is forced to 0'
832               CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'e3t_b', e3t_b(:,:,:), ldxios = lrxios )
833               e3t_n(:,:,:) = e3t_b(:,:,:)
834               neuler = 0
835            ELSE IF( id2 > 0 ) THEN
836               IF(lwp) write(numout,*) 'dom_vvl_rst WARNING : e3t_b not found in restart files'
837               IF(lwp) write(numout,*) 'e3t_b set equal to e3t_n.'
838               IF(lwp) write(numout,*) 'neuler is forced to 0'
839               CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'e3t_n', e3t_n(:,:,:), ldxios = lrxios )
840               e3t_b(:,:,:) = e3t_n(:,:,:)
841               neuler = 0
842            ELSE
843               IF(lwp) write(numout,*) 'dom_vvl_rst WARNING : e3t_n not found in restart file'
844               IF(lwp) write(numout,*) 'Compute scale factor from sshn'
845               IF(lwp) write(numout,*) 'neuler is forced to 0'
846               DO jk = 1, jpk
847                  e3t_n(:,:,jk) =  e3t_0(:,:,jk) * ( ht_0(:,:) + sshn(:,:) ) &
848                      &                          / ( ht_0(:,:) + 1._wp - ssmask(:,:) ) * tmask(:,:,jk)   &
849                      &          + e3t_0(:,:,jk)                               * (1._wp -tmask(:,:,jk))
850               END DO
851               e3t_b(:,:,:) = e3t_n(:,:,:)
852               neuler = 0
853            ENDIF
854            !                             ! ----------- !
855            IF( ln_vvl_zstar ) THEN       ! z_star case !
856               !                          ! ----------- !
857               IF( MIN( id3, id4 ) > 0 ) THEN
858                  CALL ctl_stop( 'dom_vvl_rst: z_star cannot restart from a z_tilde or layer run' )
859               ENDIF
860               !                          ! ----------------------- !
861            ELSE                          ! z_tilde and layer cases !
862               !                          ! ----------------------- !
863               IF( MIN( id3, id4 ) > 0 ) THEN  ! all required arrays exist
864                  CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'tilde_e3t_b', tilde_e3t_b(:,:,:), ldxios = lrxios )
865                  CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'tilde_e3t_n', tilde_e3t_n(:,:,:), ldxios = lrxios )
866               ELSE                            ! one at least array is missing
867                  tilde_e3t_b(:,:,:) = 0.0_wp
868                  tilde_e3t_n(:,:,:) = 0.0_wp
869               ENDIF
870               !                          ! ------------ !
871               IF( ln_vvl_ztilde ) THEN   ! z_tilde case !
872                  !                       ! ------------ !
873                  IF( id5 > 0 ) THEN  ! required array exists
874                     CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'hdiv_lf', hdiv_lf(:,:,:), ldxios = lrxios )
875                  ELSE                ! array is missing
876                     hdiv_lf(:,:,:) = 0.0_wp
877                  ENDIF
878               ENDIF
879            ENDIF
880            !
881         ELSE                                   !* Initialize at "rest"
882            !
883
884            IF( ll_wd ) THEN   ! MJB ll_wd edits start here - these are essential
885               !
886               IF( cn_cfg == 'wad' ) THEN
887                  ! Wetting and drying test case
888                  CALL usr_def_istate( gdept_b, tmask, tsb, ub, vb, sshb  )
889                  tsn  (:,:,:,:) = tsb (:,:,:,:)       ! set now values from to before ones
890                  sshn (:,:)     = sshb(:,:)
891                  un   (:,:,:)   = ub  (:,:,:)
892                  vn   (:,:,:)   = vb  (:,:,:)
893               ELSE
894                  ! if not test case
895                  sshn(:,:) = -ssh_ref
896                  sshb(:,:) = -ssh_ref
897
898                  DO jj = 1, jpj
899                     DO ji = 1, jpi
900                        IF( ht_0(ji,jj)-ssh_ref <  rn_wdmin1 ) THEN ! if total depth is less than min depth
901
902                           sshb(ji,jj) = rn_wdmin1 - (ht_0(ji,jj) )
903                           sshn(ji,jj) = rn_wdmin1 - (ht_0(ji,jj) )
904                           ssha(ji,jj) = rn_wdmin1 - (ht_0(ji,jj) )
905                        ENDIF
906                     ENDDO
907                  ENDDO
908               ENDIF !If test case else
909
910               ! Adjust vertical metrics for all wad
911               DO jk = 1, jpk
912                  e3t_n(:,:,jk) =  e3t_0(:,:,jk) * ( ht_0(:,:) + sshn(:,:)  ) &
913                    &                            / ( ht_0(:,:) + 1._wp - ssmask(:,:) ) * tmask(:,:,jk)   &
914                    &            + e3t_0(:,:,jk) * ( 1._wp - tmask(:,:,jk) )
915               END DO
916               e3t_b(:,:,:) = e3t_n(:,:,:)
917
918               DO ji = 1, jpi
919                  DO jj = 1, jpj
920                     IF ( ht_0(ji,jj) .LE. 0.0 .AND. NINT( ssmask(ji,jj) ) .EQ. 1) THEN
921                       CALL ctl_stop( 'dom_vvl_rst: ht_0 must be positive at potentially wet points' )
922                     ENDIF
923                  END DO
924               END DO 
925               !
926            ELSE
927               !
928               ! usr_def_istate called here only to get sshb, that is needed to initialize e3t_b and e3t_n
929               CALL usr_def_istate( gdept_0, tmask, tsb, ub, vb, sshb  ) 
930               ! usr_def_istate will be called again in istate_init to initialize ts(bn), ssh(bn), u(bn) and v(bn)
931               !
932               DO jk=1,jpk
933                  e3t_b(:,:,jk) =  e3t_0(:,:,jk) * ( ht_0(:,:) + sshb(:,:) ) &
934                    &                            / ( ht_0(:,:) + 1._wp - ssmask(:,:) ) * tmask(:,:,jk)   &
935                    &            + e3t_0(:,:,jk) * ( 1._wp - tmask(:,:,jk) )   ! make sure e3t_b != 0 on land points
936               END DO
937               e3t_n(:,:,:) = e3t_b(:,:,:)
938!!$                sshn(:,:)=0._wp
939!!$                e3t_n(:,:,:)=e3t_0(:,:,:)
940!!$                e3t_b(:,:,:)=e3t_0(:,:,:)
941               !
942            END IF           ! end of ll_wd edits
943
944            IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer) THEN
945               tilde_e3t_b(:,:,:) = 0._wp
946               tilde_e3t_n(:,:,:) = 0._wp
947               IF( ln_vvl_ztilde ) hdiv_lf(:,:,:) = 0._wp
948            END IF
949         ENDIF
950         !
951      ELSEIF( TRIM(cdrw) == 'WRITE' ) THEN   ! Create restart file
952         !                                   ! ===================
953         IF(lwp) WRITE(numout,*) '---- dom_vvl_rst ----'
954         IF( lwxios ) CALL iom_swap(      cwxios_context          )
955         !                                           ! --------- !
956         !                                           ! all cases !
957         !                                           ! --------- !
958         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'e3t_b', e3t_b(:,:,:), ldxios = lwxios )
959         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'e3t_n', e3t_n(:,:,:), ldxios = lwxios )
960         !                                           ! ----------------------- !
961         IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ) THEN  ! z_tilde and layer cases !
962            !                                        ! ----------------------- !
963            CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'tilde_e3t_b', tilde_e3t_b(:,:,:), ldxios = lwxios)
964            CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'tilde_e3t_n', tilde_e3t_n(:,:,:), ldxios = lwxios)
965         END IF
966         !                                           ! -------------!   
967         IF( ln_vvl_ztilde ) THEN                    ! z_tilde case !
968            !                                        ! ------------ !
969            CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'hdiv_lf', hdiv_lf(:,:,:), ldxios = lwxios)
970         ENDIF
971         !
972         IF( lwxios ) CALL iom_swap(      cxios_context          )
973      ENDIF
974      !
975   END SUBROUTINE dom_vvl_rst
976
977
978   SUBROUTINE dom_vvl_ctl
979      !!---------------------------------------------------------------------
980      !!                  ***  ROUTINE dom_vvl_ctl  ***
981      !!               
982      !! ** Purpose :   Control the consistency between namelist options
983      !!                for vertical coordinate
984      !!----------------------------------------------------------------------
985      INTEGER ::   ioptio, ios
986      !!
987      NAMELIST/nam_vvl/ ln_vvl_zstar, ln_vvl_ztilde, ln_vvl_layer, ln_vvl_ztilde_as_zstar, &
988         &              ln_vvl_zstar_at_eqtor      , rn_ahe3     , rn_rst_e3t            , &
989         &              rn_lf_cutoff               , rn_zdef_max , ln_vvl_dbg                ! not yet implemented: ln_vvl_kepe
990      !!----------------------------------------------------------------------
991      !
992      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist nam_vvl in reference namelist :
993      READ  ( numnam_ref, nam_vvl, IOSTAT = ios, ERR = 901)
994901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'nam_vvl in reference namelist', lwp )
995      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist nam_vvl in configuration namelist : Parameters of the run
996      READ  ( numnam_cfg, nam_vvl, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
997902   IF( ios >  0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nam_vvl in configuration namelist', lwp )
998      IF(lwm) WRITE ( numond, nam_vvl )
999      !
1000      IF(lwp) THEN                    ! Namelist print
1001         WRITE(numout,*)
1002         WRITE(numout,*) 'dom_vvl_ctl : choice/control of the variable vertical coordinate'
1003         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
1004         WRITE(numout,*) '   Namelist nam_vvl : chose a vertical coordinate'
1005         WRITE(numout,*) '      zstar                      ln_vvl_zstar   = ', ln_vvl_zstar
1006         WRITE(numout,*) '      ztilde                     ln_vvl_ztilde  = ', ln_vvl_ztilde
1007         WRITE(numout,*) '      layer                      ln_vvl_layer   = ', ln_vvl_layer
1008         WRITE(numout,*) '      ztilde as zstar   ln_vvl_ztilde_as_zstar  = ', ln_vvl_ztilde_as_zstar
1009         WRITE(numout,*) '      ztilde near the equator    ln_vvl_zstar_at_eqtor  = ', ln_vvl_zstar_at_eqtor
1010         WRITE(numout,*) '      !'
1011         WRITE(numout,*) '      thickness diffusion coefficient                      rn_ahe3      = ', rn_ahe3
1012         WRITE(numout,*) '      maximum e3t deformation fractional change            rn_zdef_max  = ', rn_zdef_max
1013         IF( ln_vvl_ztilde_as_zstar ) THEN
1014            WRITE(numout,*) '      ztilde running in zstar emulation mode (ln_vvl_ztilde_as_zstar=T) '
1015            WRITE(numout,*) '         ignoring namelist timescale parameters and using:'
1016            WRITE(numout,*) '            hard-wired : z-tilde to zstar restoration timescale (days)'
1017            WRITE(numout,*) '                         rn_rst_e3t     = 0.e0'
1018            WRITE(numout,*) '            hard-wired : z-tilde cutoff frequency of low-pass filter (days)'
1019            WRITE(numout,*) '                         rn_lf_cutoff   = 1.0/rdt'
1020         ELSE
1021            WRITE(numout,*) '      z-tilde to zstar restoration timescale (days)        rn_rst_e3t   = ', rn_rst_e3t
1022            WRITE(numout,*) '      z-tilde cutoff frequency of low-pass filter (days)   rn_lf_cutoff = ', rn_lf_cutoff
1023         ENDIF
1024         WRITE(numout,*) '         debug prints flag                                 ln_vvl_dbg   = ', ln_vvl_dbg
1025      ENDIF
1026      !
1027      ioptio = 0                      ! Parameter control
1028      IF( ln_vvl_ztilde_as_zstar )   ln_vvl_ztilde = .true.
1029      IF( ln_vvl_zstar           )   ioptio = ioptio + 1
1030      IF( ln_vvl_ztilde          )   ioptio = ioptio + 1
1031      IF( ln_vvl_layer           )   ioptio = ioptio + 1
1032      !
1033      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'Choose ONE vertical coordinate in namelist nam_vvl' )
1034      IF( .NOT. ln_vvl_zstar .AND. ln_isf ) CALL ctl_stop( 'Only vvl_zstar has been tested with ice shelf cavity' )
1035      !
1036      IF(lwp) THEN                   ! Print the choice
1037         WRITE(numout,*)
1038         IF( ln_vvl_zstar           ) WRITE(numout,*) '      ==>>>   zstar vertical coordinate is used'
1039         IF( ln_vvl_ztilde          ) WRITE(numout,*) '      ==>>>   ztilde vertical coordinate is used'
1040         IF( ln_vvl_layer           ) WRITE(numout,*) '      ==>>>   layer vertical coordinate is used'
1041         IF( ln_vvl_ztilde_as_zstar ) WRITE(numout,*) '      ==>>>   to emulate a zstar coordinate'
1042      ENDIF
1043      !
1044#if defined key_agrif
1045      IF( (.NOT.Agrif_Root()).AND.(.NOT.ln_vvl_zstar) )   CALL ctl_stop( 'AGRIF is implemented with zstar coordinate only' )
1046#endif
1047      !
1048   END SUBROUTINE dom_vvl_ctl
1049
1050   !!======================================================================
1051END MODULE domvvl
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.