source: NEMO/branches/2018/dev_r9838_ENHANCE04_RK3/src/OCE/step.F90 @ 10001

Last change on this file since 10001 was 10001, checked in by gm, 2 years ago

#1911 (ENHANCE-04): RK3 branch - step I.1 and I.2 (see wiki page)

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 19.8 KB
Line 
1MODULE step
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE step  ***
4   !! Time-stepping   : manager of the ocean, tracer and ice time stepping
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  !  1991-03  (G. Madec)  Original code
7   !!             -   !  1991-11  (G. Madec)
8   !!             -   !  1992-06  (M. Imbard)  add a first output record
9   !!             -   !  1996-04  (G. Madec)  introduction of dynspg
10   !!             -   !  1996-04  (M.A. Foujols)  introduction of passive tracer
11   !!            8.0  !  1997-06  (G. Madec)  new architecture of call
12   !!            8.2  !  1997-06  (G. Madec, M. Imbard, G. Roullet)  free surface
13   !!             -   !  1999-02  (G. Madec, N. Grima)  hpg implicit
14   !!             -   !  2000-07  (J-M Molines, M. Imbard)  Open Bondary Conditions
15   !!   NEMO     1.0  !  2002-06  (G. Madec)  free form, suppress macro-tasking
16   !!             -   !  2004-08  (C. Talandier) New trends organization
17   !!             -   !  2005-01  (C. Ethe) Add the KPP closure scheme
18   !!             -   !  2005-11  (G. Madec)  Reorganisation of tra and dyn calls
19   !!             -   !  2006-01  (L. Debreu, C. Mazauric)  Agrif implementation
20   !!             -   !  2006-07  (S. Masson)  restart using iom
21   !!            3.2  !  2009-02  (G. Madec, R. Benshila)  reintroduicing z*-coordinate
22   !!             -   !  2009-06  (S. Masson, G. Madec)  TKE restart compatible with key_cpl
23   !!            3.3  !  2010-05  (K. Mogensen, A. Weaver, M. Martin, D. Lea) Assimilation interface
24   !!             -   !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase + merge TRC-TRA
25   !!            3.4  !  2011-04  (G. Madec, C. Ethe) Merge of dtatem and dtasal
26   !!            3.6  !  2012-07  (J. Simeon, G. Madec. C. Ethe)  Online coarsening of outputs
27   !!            3.6  !  2014-04  (F. Roquet, G. Madec) New equations of state
28   !!            3.6  !  2014-10  (E. Clementi, P. Oddo) Add Qiao vertical mixing in case of waves
29   !!            3.7  !  2014-10  (G. Madec)  LDF simplication
30   !!             -   !  2014-12  (G. Madec) remove KPP scheme
31   !!             -   !  2015-11  (J. Chanut) free surface simplification (remove filtered free surface)
32   !!            4.0  !  2017-05  (G. Madec)  introduction of the vertical physics manager (zdfphy)
33   !!----------------------------------------------------------------------
34
35   !!----------------------------------------------------------------------
36   !!   stp           : NEMO system time-stepping
37   !!----------------------------------------------------------------------
38   USE step_oce       ! time stepping definition modules
39   !
40   USE iom            ! xIOs server
41
42   IMPLICIT NONE
43   PRIVATE
44
45   PUBLIC   stp   ! called by nemogcm.F90
46
47   !!----------------------------------------------------------------------
48   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
49   !! $Id$
50   !! Software governed by the CeCILL licence     (./LICENSE)
51   !!----------------------------------------------------------------------
52CONTAINS
53
54#if defined key_agrif
55   RECURSIVE SUBROUTINE stp( )
56      INTEGER             ::   kstp   ! ocean time-step index
57#else
58   SUBROUTINE stp( kstp )
59      INTEGER, INTENT(in) ::   kstp   ! ocean time-step index
60#endif
61      !!----------------------------------------------------------------------
62      !!                     ***  ROUTINE stp  ***
63      !!
64      !! ** Purpose : - Time stepping of OPA  (momentum and active tracer eqs.)
65      !!              - Time stepping of SI3 (dynamic and thermodynamic eqs.)
66      !!              - Time stepping of TRC  (passive tracer eqs.)
67      !!
68      !! ** Method  : -1- Update forcings and data
69      !!              -2- Update ocean physics
70      !!              -3- Compute the t and s trends
71      !!              -4- Update t and s
72      !!              -5- Compute the momentum trends
73      !!              -6- Update the horizontal velocity
74      !!              -7- Compute the diagnostics variables (rd,N2, hdiv,w)
75      !!              -8- Outputs and diagnostics
76      !!----------------------------------------------------------------------
77      INTEGER ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indice
78      INTEGER ::   indic        ! error indicator if < 0
79!!gm kcall can be removed, I guess
80      INTEGER ::   kcall        ! optional integer argument (dom_vvl_sf_nxt)
81      !! ---------------------------------------------------------------------
82#if defined key_agrif
83      kstp = nit000 + Agrif_Nb_Step()
84      IF( lk_agrif_debug ) THEN
85         IF( Agrif_Root() .and. lwp)   WRITE(*,*) '---'
86         IF(lwp)   WRITE(*,*) 'Grid Number', Agrif_Fixed(),' time step ', kstp, 'int tstep', Agrif_NbStepint()
87      ENDIF
88      IF( kstp == nit000 + 1 )   lk_agrif_fstep = .FALSE.
89# if defined key_iomput
90      IF( Agrif_Nbstepint() == 0 )   CALL iom_swap( cxios_context )
91# endif
92#endif
93      !
94      IF( ln_timing )   CALL timing_start('stp')
95      !
96      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
97      ! update I/O and calendar
98      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
99                             indic = 0                ! reset to no error condition
100                             
101      IF( kstp == nit000 ) THEN                       ! initialize IOM context (must be done after nemo_init for AGRIF+XIOS+OASIS)
102                             CALL iom_init(      cxios_context          )  ! for model grid (including passible AGRIF zoom)
103         IF( ln_crs      )   CALL iom_init( TRIM(cxios_context)//"_crs" )  ! for coarse grid
104      ENDIF
105      IF( kstp /= nit000 )   CALL day( kstp )         ! Calendar (day was already called at nit000 in day_init)
106                             CALL iom_setkt( kstp - nit000 + 1,      cxios_context          )   ! tell IOM we are at time step kstp
107      IF( ln_crs         )   CALL iom_setkt( kstp - nit000 + 1, TRIM(cxios_context)//"_crs" )   ! tell IOM we are at time step kstp
108
109      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
110      ! Update external forcing (tides, open boundaries, and surface boundary condition (including sea-ice)
111      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
112      IF( ln_tide    )   CALL sbc_tide( kstp )                   ! update tide potential
113      IF( ln_apr_dyn )   CALL sbc_apr ( kstp )                   ! atmospheric pressure (NB: call before bdy_dta which needs ssh_ib)
114      IF( ln_bdy     )   CALL bdy_dta ( kstp, time_offset=+1 )   ! update dynamic & tracer data at open boundaries
115                         CALL sbc     ( kstp )                   ! Sea Boundary Condition (including sea-ice)
116
117      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
118      ! Update stochastic parameters and random T/S fluctuations
119      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
120      IF( ln_sto_eos ) CALL sto_par( kstp )          ! Stochastic parameters
121      IF( ln_sto_eos ) CALL sto_pts( tsn  )          ! Random T/S fluctuations
122
123      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
124      ! Ocean physics update
125      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
126      !  THERMODYNAMICS
127                         CALL eos_rab( tsb, rab_b )       ! before local thermal/haline expension ratio at T-points
128                         CALL eos_rab( tsn, rab_n )       ! now    local thermal/haline expension ratio at T-points
129                         CALL bn2    ( tsb, rab_b, rn2b ) ! before Brunt-Vaisala frequency
130                         CALL bn2    ( tsn, rab_n, rn2  ) ! now    Brunt-Vaisala frequency
131
132      !  VERTICAL PHYSICS
133                         CALL zdf_phy( kstp )         ! vertical physics update (top/bot drag, avt, avs, avm + MLD)
134
135      !  LATERAL  PHYSICS
136      !
137      IF( l_ldfslp ) THEN                             ! slope of lateral mixing
138                         CALL eos( tsb, rhd, gdept_0(:,:,:) )               ! before in situ density
139
140         IF( ln_zps .AND. .NOT. ln_isfcav)                               &
141            &            CALL zps_hde    ( kstp, jpts, tsb, gtsu, gtsv,  &  ! Partial steps: before horizontal gradient
142            &                                          rhd, gru , grv    )  ! of t, s, rd at the last ocean level
143
144         IF( ln_zps .AND.       ln_isfcav)                               &
145            &            CALL zps_hde_isf( kstp, jpts, tsb, gtsu, gtsv, gtui, gtvi,  &  ! Partial steps for top cell (ISF)
146            &                                          rhd, gru , grv , grui, grvi   )  ! of t, s, rd at the first ocean level
147         IF( ln_traldf_triad ) THEN
148                         CALL ldf_slp_triad( kstp )                       ! before slope for triad operator
149         ELSE     
150                         CALL ldf_slp     ( kstp, rhd, rn2b )             ! before slope for standard operator
151         ENDIF
152      ENDIF
153      !                                                                   ! eddy diffusivity coeff.
154      IF( l_ldftra_time .OR. l_ldfeiv_time )   CALL ldf_tra( kstp )       !       and/or eiv coeff.
155      IF( l_ldfdyn_time                    )   CALL ldf_dyn( kstp )       ! eddy viscosity coeff.
156
157      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
158      !  Ocean dynamics : hdiv, ssh, e3, u, v, w
159      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
160
161                            CALL ssh_nxt       ( kstp )  ! after ssh (includes call to div_hor)
162      IF(.NOT.ln_linssh )   CALL dom_vvl_sf_nxt( kstp )  ! after vertical scale factors
163                            CALL wzv           ( kstp )  ! now cross-level velocity
164                            CALL eos    ( tsn, rhd, rhop, gdept_n(:,:,:) )  ! now in situ density for hpg computation
165                           
166!!jc: fs simplification
167!!jc: lines below are useless if ln_linssh=F. Keep them here (which maintains a bug if ln_linssh=T and ln_zps=T, cf ticket #1636)
168!!                                         but ensures reproductible results
169!!                                         with previous versions using split-explicit free surface         
170            IF( ln_zps .AND. .NOT. ln_isfcav )                               &
171               &            CALL zps_hde    ( kstp, jpts, tsn, gtsu, gtsv,   &  ! Partial steps: before horizontal gradient
172               &                                          rhd, gru , grv     )  ! of t, s, rd at the last ocean level
173            IF( ln_zps .AND.       ln_isfcav )                                          &
174               &            CALL zps_hde_isf( kstp, jpts, tsn, gtsu, gtsv, gtui, gtvi,  &  ! Partial steps for top cell (ISF)
175               &                                          rhd, gru , grv , grui, grvi   )  ! of t, s, rd at the first ocean level
176!!jc: fs simplification
177                           
178                         ua(:,:,:) = 0._wp            ! set dynamics trends to zero
179                         va(:,:,:) = 0._wp
180
181      IF( l_dynasm   )   CALL dyn_asm_inc   ( kstp )  ! apply dynamics assimilation increment
182      IF( ln_bdy     )   CALL bdy_dyn3d_dmp ( kstp )  ! bdy damping trends
183#if defined key_agrif
184      IF(.NOT. Agrif_Root())  & 
185               &         CALL Agrif_Sponge_dyn        ! momentum sponge
186#endif
187                         CALL dyn_adv       ( kstp )  ! advection (vector or flux form)
188                         CALL dyn_vor       ( kstp )  ! vorticity term including Coriolis
189                         CALL dyn_ldf       ( kstp )  ! lateral mixing
190      IF( ln_zdfosm  )   CALL dyn_osm       ( kstp )  ! OSMOSIS non-local velocity fluxes
191                         CALL dyn_hpg       ( kstp )  ! horizontal gradient of Hydrostatic pressure
192                         CALL dyn_spg       ( kstp )  ! surface pressure gradient
193
194                                                      ! With split-explicit free surface, since now transports have been updated and ssha as well
195      IF( ln_dynspg_ts ) THEN                         ! vertical scale factors and vertical velocity need to be updated
196                            CALL div_hor    ( kstp )              ! Horizontal divergence  (2nd call in time-split case)
197         IF(.NOT.ln_linssh) CALL dom_vvl_sf_nxt( kstp, kcall=2 )  ! after vertical scale factors (update depth average component)
198                            CALL wzv        ( kstp )              ! now cross-level velocity
199      ENDIF
200     
201                         CALL dyn_zdf       ( kstp )  ! vertical diffusion
202
203      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
204      ! cool skin
205      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<     
206      IF ( ln_diurnal )  CALL stp_diurnal( kstp )
207     
208      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
209      ! diagnostics and outputs
210      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
211      IF( lk_floats  )   CALL flo_stp ( kstp )        ! drifting Floats
212      IF( ln_diacfl  )   CALL dia_cfl ( kstp )        ! Courant number diagnostics
213      IF( lk_diahth  )   CALL dia_hth ( kstp )        ! Thermocline depth (20 degres isotherm depth)
214      IF( lk_diadct  )   CALL dia_dct ( kstp )        ! Transports
215                         CALL dia_ar5 ( kstp )        ! ar5 diag
216      IF( lk_diaharm )   CALL dia_harm( kstp )        ! Tidal harmonic analysis
217                         CALL dia_wri ( kstp )        ! ocean model: outputs
218      !
219      IF( ln_crs     )   CALL crs_fld       ( kstp )  ! ocean model: online field coarsening & output
220     
221#if defined key_top
222      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
223      ! Passive Tracer Model
224      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
225                         CALL trc_stp       ( kstp )  ! time-stepping
226#endif
227
228      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
229      ! Active tracers                             
230      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
231                         tsa(:,:,:,:) = 0._wp         ! set tracer trends to zero
232
233      IF(  l_traasm  )   CALL tra_asm_inc   ( kstp )  ! apply tracer assimilation increment
234                         CALL tra_sbc       ( kstp )  ! surface boundary condition
235      IF( ln_traqsr  )   CALL tra_qsr       ( kstp )  ! penetrative solar radiation qsr
236      IF( ln_trabbc  )   CALL tra_bbc       ( kstp )  ! bottom heat flux
237      IF( ln_trabbl  )   CALL tra_bbl       ( kstp )  ! advective (and/or diffusive) bottom boundary layer scheme
238      IF( ln_tradmp  )   CALL tra_dmp       ( kstp )  ! internal damping trends
239      IF( ln_bdy     )   CALL bdy_tra_dmp   ( kstp )  ! bdy damping trends
240#if defined key_agrif
241      IF(.NOT. Agrif_Root())  & 
242               &         CALL Agrif_Sponge_tra        ! tracers sponge
243#endif
244                         CALL tra_adv       ( kstp )  ! horizontal & vertical advection
245      IF( ln_zdfosm  )   CALL tra_osm       ( kstp )  ! OSMOSIS non-local tracer fluxes
246      IF( lrst_oce .AND. ln_zdfosm ) &
247           &             CALL osm_rst( kstp, 'WRITE' )! write OSMOSIS outputs + wn (so must do here) to restarts
248                         CALL tra_ldf       ( kstp )  ! lateral mixing
249
250!!gm : why CALL to dia_ptr has been moved here??? (use trends info?)
251      IF( ln_diaptr  )   CALL dia_ptr                 ! Poleward adv/ldf TRansports diagnostics
252!!gm
253                         CALL tra_zdf       ( kstp )  ! vertical mixing and after tracer fields
254      IF( ln_zdfnpc  )   CALL tra_npc       ( kstp )  ! update after fields by non-penetrative convection
255
256      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
257      ! Set boundary conditions and Swap
258      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
259!!jc1: For agrif, it would be much better to finalize tracers/momentum here (e.g. bdy conditions) and move the swap
260!!    (and time filtering) after Agrif update. Then restart would be done after and would contain updated fields.
261!!    If so:
262!!    (i) no need to call agrif update at initialization time
263!!    (ii) no need to update "before" fields
264!!
265!!    Apart from creating new tra_swp/dyn_swp routines, this however:
266!!    (i) makes boundary conditions at initialization time computed from updated fields which is not the case between
267!!    two restarts => restartability issue. One can circumvent this, maybe, by assuming "interface separation",
268!!    e.g. a shift of the feedback interface inside child domain.
269!!    (ii) requires that all restart outputs of updated variables by agrif (e.g. passive tracers/tke/barotropic arrays) are done at the same
270!!    place.
271!!
272!!jc2: dynnxt must be the latest call. e3t_b are indeed updated in that routine
273                         CALL tra_nxt       ( kstp )  ! finalize (bcs) tracer fields at next time step and swap
274                         CALL dyn_nxt       ( kstp )  ! finalize (bcs) velocities at next time step and swap (always called after tra_nxt)
275                         CALL ssh_swp       ( kstp )  ! swap of sea surface height
276      IF(.NOT.ln_linssh) CALL dom_vvl_sf_swp( kstp )  ! swap of vertical scale factors
277      !
278      IF( ln_diahsb  )   CALL dia_hsb       ( kstp )  ! - ML - global conservation diagnostics
279
280!!gm : This does not only concern the dynamics ==>>> add a new title
281!!gm2: why ouput restart before AGRIF update?
282!!
283!!jc: That would be better, but see comment above
284!!
285      IF( lrst_oce   )   CALL rst_write    ( kstp )   ! write output ocean restart file
286      IF( ln_sto_eos )   CALL sto_rst_write( kstp )   ! write restart file for stochastic parameters
287
288#if defined key_agrif
289      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
290      ! AGRIF
291      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<     
292                         CALL Agrif_Integrate_ChildGrids( stp )  ! allows to finish all the Child Grids before updating
293
294                         IF( Agrif_NbStepint() == 0 ) CALL Agrif_update_all( ) ! Update all components
295#endif
296      IF( ln_diaobs  )   CALL dia_obs      ( kstp )      ! obs-minus-model (assimilation) diagnostics (call after dynamics update)
297
298      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
299      ! Control
300      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
301                         CALL stp_ctl      ( kstp, indic )
302                         
303      IF( kstp == nit000 ) THEN                          ! 1st time step only
304                                        CALL iom_close( numror )   ! close input  ocean restart file
305         IF(lwm)                        CALL FLUSH    ( numond )   ! flush output namelist oce
306         IF(lwm .AND. numoni /= -1 )    CALL FLUSH    ( numoni )   ! flush output namelist ice (if exist)
307      ENDIF
308
309      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
310      ! Coupled mode
311      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
312!!gm why lk_oasis and not lk_cpl ????
313      IF( lk_oasis   )   CALL sbc_cpl_snd( kstp )     ! coupled mode : field exchanges
314      !
315#if defined key_iomput
316      IF( kstp == nitend .OR. indic < 0 ) THEN
317                      CALL iom_context_finalize(      cxios_context          ) ! needed for XIOS+AGRIF
318                      IF(lrxios) CALL iom_context_finalize(      crxios_context          )
319         IF( ln_crs ) CALL iom_context_finalize( trim(cxios_context)//"_crs" ) !
320      ENDIF
321#endif
322      !
323      IF( l_1st_euler ) THEN
324         rDt    = 2._wp * rn_Dt                             ! recover Leap-frog time-step
325         r1_Dt = 1._wp / rDt
326         l_1st_euler = .FALSE.
327      ENDIF
328      !
329      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('stp')
330      !
331   END SUBROUTINE stp
332   
333   !!======================================================================
334END MODULE step
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.