New URL for NEMO forge!   http://forge.nemo-ocean.eu

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
step.F90 in NEMO/branches/2018/dev_r9838_ENHANCE04_RK3/src/OCE – NEMO

source: NEMO/branches/2018/dev_r9838_ENHANCE04_RK3/src/OCE/step.F90 @ 10023

Last change on this file since 10023 was 10023, checked in by gm, 6 years ago

#1911 (ENHANCE-04): RK3 branch - step II.2 bug correction in dynnxt + domvvl_RK3 creation

  • 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      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
98      ! update I/O and calendar
99      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
100                             indic = 0                ! reset to no error condition
101                             
102      IF( kstp == nit000 ) THEN                       ! initialize IOM context (must be done after nemo_init for AGRIF+XIOS+OASIS)
103                             CALL iom_init(      cxios_context          )  ! for model grid (including passible AGRIF zoom)
104         IF( ln_crs      )   CALL iom_init( TRIM(cxios_context)//"_crs" )  ! for coarse grid
105      ENDIF
106      IF( kstp /= nit000 )   CALL day( kstp )         ! Calendar (day was already called at nit000 in day_init)
107                             CALL iom_setkt( kstp - nit000 + 1,      cxios_context          )   ! tell IOM we are at time step kstp
108      IF( ln_crs         )   CALL iom_setkt( kstp - nit000 + 1, TRIM(cxios_context)//"_crs" )   ! tell IOM we are at time step kstp
109
110      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
111      ! Update external forcing (tides, open boundaries, and surface boundary condition (including sea-ice)
112      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
113      IF( ln_tide    )   CALL sbc_tide( kstp )                   ! update tide potential
114      IF( ln_apr_dyn )   CALL sbc_apr ( kstp )                   ! atmospheric pressure (NB: call before bdy_dta which needs ssh_ib)
115      IF( ln_bdy     )   CALL bdy_dta ( kstp, time_offset=+1 )   ! update dynamic & tracer data at open boundaries
116                         CALL sbc     ( kstp )                   ! Sea Boundary Condition (including sea-ice)
117
118      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
119      ! Update stochastic parameters and random T/S fluctuations
120      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
121      IF( ln_sto_eos ) CALL sto_par( kstp )          ! Stochastic parameters
122      IF( ln_sto_eos ) CALL sto_pts( tsn  )          ! Random T/S fluctuations
123
124      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
125      ! Ocean physics update
126      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
127      !  THERMODYNAMICS
128                         CALL eos_rab( tsb, rab_b )       ! before local thermal/haline expension ratio at T-points
129                         CALL eos_rab( tsn, rab_n )       ! now    local thermal/haline expension ratio at T-points
130                         CALL bn2    ( tsb, rab_b, rn2b ) ! before Brunt-Vaisala frequency
131                         CALL bn2    ( tsn, rab_n, rn2  ) ! now    Brunt-Vaisala frequency
132
133      !  VERTICAL PHYSICS
134                         CALL zdf_phy( kstp )         ! vertical physics update (top/bot drag, avt, avs, avm + MLD)
135
136      !  LATERAL  PHYSICS
137      !
138      IF( l_ldfslp ) THEN                             ! slope of lateral mixing
139                         CALL eos( tsb, rhd, gdept_0(:,:,:) )               ! before in situ density
140
141         IF( ln_zps .AND. .NOT. ln_isfcav)                               &
142            &            CALL zps_hde    ( kstp, jpts, tsb, gtsu, gtsv,  &  ! Partial steps: before horizontal gradient
143            &                                          rhd, gru , grv    )  ! of t, s, rd at the last ocean level
144
145         IF( ln_zps .AND.       ln_isfcav)                               &
146            &            CALL zps_hde_isf( kstp, jpts, tsb, gtsu, gtsv, gtui, gtvi,  &  ! Partial steps for top cell (ISF)
147            &                                          rhd, gru , grv , grui, grvi   )  ! of t, s, rd at the first ocean level
148         IF( ln_traldf_triad ) THEN
149                         CALL ldf_slp_triad( kstp )                       ! before slope for triad operator
150         ELSE     
151                         CALL ldf_slp     ( kstp, rhd, rn2b )             ! before slope for standard operator
152         ENDIF
153      ENDIF
154      !                                                                   ! eddy diffusivity coeff.
155      IF( l_ldftra_time .OR. l_ldfeiv_time )   CALL ldf_tra( kstp )       !       and/or eiv coeff.
156      IF( l_ldfdyn_time                    )   CALL ldf_dyn( kstp )       ! eddy viscosity coeff.
157
158      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
159      !  Ocean dynamics : hdiv, ssh, e3, u, v, w
160      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
161
162                            CALL ssh_nxt       ( kstp )  ! after ssh (includes call to div_hor)
163      IF(.NOT.ln_linssh )   CALL dom_vvl_sf_nxt( kstp )  ! after vertical scale factors
164                            CALL wzv           ( kstp )  ! now cross-level velocity
165                            CALL eos    ( tsn, rhd, rhop, gdept_n(:,:,:) )  ! now in situ density for hpg computation
166                           
167!!jc: fs simplification
168!!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)
169!!                                         but ensures reproductible results
170!!                                         with previous versions using split-explicit free surface         
171            IF( ln_zps .AND. .NOT. ln_isfcav )                               &
172               &            CALL zps_hde    ( kstp, jpts, tsn, gtsu, gtsv,   &  ! Partial steps: before horizontal gradient
173               &                                          rhd, gru , grv     )  ! of t, s, rd at the last ocean level
174            IF( ln_zps .AND.       ln_isfcav )                                          &
175               &            CALL zps_hde_isf( kstp, jpts, tsn, gtsu, gtsv, gtui, gtvi,  &  ! Partial steps for top cell (ISF)
176               &                                          rhd, gru , grv , grui, grvi   )  ! of t, s, rd at the first ocean level
177!!jc: fs simplification
178                           
179                         ua(:,:,:) = 0._wp            ! set dynamics trends to zero
180                         va(:,:,:) = 0._wp
181
182      IF( l_dynasm   )   CALL dyn_asm_inc   ( kstp )  ! apply dynamics assimilation increment
183      IF( ln_bdy     )   CALL bdy_dyn3d_dmp ( kstp )  ! bdy damping trends
184#if defined key_agrif
185      IF(.NOT. Agrif_Root())  & 
186               &         CALL Agrif_Sponge_dyn        ! momentum sponge
187#endif
188                         CALL dyn_adv       ( kstp )  ! advection (vector or flux form)
189                         CALL dyn_vor       ( kstp )  ! vorticity term including Coriolis
190                         CALL dyn_ldf       ( kstp )  ! lateral mixing
191      IF( ln_zdfosm  )   CALL dyn_osm       ( kstp )  ! OSMOSIS non-local velocity fluxes
192                         CALL dyn_hpg       ( kstp )  ! horizontal gradient of Hydrostatic pressure
193                         CALL dyn_spg       ( kstp )  ! surface pressure gradient
194
195                                                      ! With split-explicit free surface, since now transports have been updated and ssha as well
196      IF( ln_dynspg_ts ) THEN                         ! vertical scale factors and vertical velocity need to be updated
197                            CALL div_hor    ( kstp )              ! Horizontal divergence  (2nd call in time-split case)
198         IF(.NOT.ln_linssh) CALL dom_vvl_sf_nxt( kstp, kcall=2 )  ! after vertical scale factors (update depth average component)
199                            CALL wzv        ( kstp )              ! now cross-level velocity
200      ENDIF
201     
202                         CALL dyn_zdf       ( kstp )  ! vertical diffusion
203
204      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
205      ! cool skin
206      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<     
207      IF ( ln_diurnal )  CALL stp_diurnal( kstp )
208     
209      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
210      ! diagnostics and outputs
211      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
212      IF( lk_floats  )   CALL flo_stp ( kstp )        ! drifting Floats
213      IF( ln_diacfl  )   CALL dia_cfl ( kstp )        ! Courant number diagnostics
214      IF( lk_diahth  )   CALL dia_hth ( kstp )        ! Thermocline depth (20 degres isotherm depth)
215      IF( lk_diadct  )   CALL dia_dct ( kstp )        ! Transports
216                         CALL dia_ar5 ( kstp )        ! ar5 diag
217      IF( lk_diaharm )   CALL dia_harm( kstp )        ! Tidal harmonic analysis
218                         CALL dia_wri ( kstp )        ! ocean model: outputs
219      !
220      IF( ln_crs     )   CALL crs_fld       ( kstp )  ! ocean model: online field coarsening & output
221     
222#if defined key_top
223      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
224      ! Passive Tracer Model
225      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
226                         CALL trc_stp       ( kstp )  ! time-stepping
227#endif
228
229      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
230      ! Active tracers                             
231      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
232                         tsa(:,:,:,:) = 0._wp         ! set tracer trends to zero
233
234      IF(  l_traasm  )   CALL tra_asm_inc   ( kstp )  ! apply tracer assimilation increment
235                         CALL tra_sbc       ( kstp )  ! surface boundary condition
236      IF( ln_traqsr  )   CALL tra_qsr       ( kstp )  ! penetrative solar radiation qsr
237      IF( ln_trabbc  )   CALL tra_bbc       ( kstp )  ! bottom heat flux
238      IF( ln_trabbl  )   CALL tra_bbl       ( kstp )  ! advective (and/or diffusive) bottom boundary layer scheme
239      IF( ln_tradmp  )   CALL tra_dmp       ( kstp )  ! internal damping trends
240      IF( ln_bdy     )   CALL bdy_tra_dmp   ( kstp )  ! bdy damping trends
241#if defined key_agrif
242      IF(.NOT. Agrif_Root())  & 
243               &         CALL Agrif_Sponge_tra        ! tracers sponge
244#endif
245                         CALL tra_adv       ( kstp )  ! horizontal & vertical advection
246      IF( ln_zdfosm  )   CALL tra_osm       ( kstp )  ! OSMOSIS non-local tracer fluxes
247      IF( lrst_oce .AND. ln_zdfosm ) &
248           &             CALL osm_rst( kstp, 'WRITE' )! write OSMOSIS outputs + wn (so must do here) to restarts
249                         CALL tra_ldf       ( kstp )  ! lateral mixing
250
251!!gm : why CALL to dia_ptr has been moved here??? (use trends info?)
252      IF( ln_diaptr  )   CALL dia_ptr                 ! Poleward adv/ldf TRansports diagnostics
253!!gm
254                         CALL tra_zdf       ( kstp )  ! vertical mixing and after tracer fields
255      IF( ln_zdfnpc  )   CALL tra_npc       ( kstp )  ! update after fields by non-penetrative convection
256
257      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
258      ! Set boundary conditions and Swap
259      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
260!!jc1: For agrif, it would be much better to finalize tracers/momentum here (e.g. bdy conditions) and move the swap
261!!    (and time filtering) after Agrif update. Then restart would be done after and would contain updated fields.
262!!    If so:
263!!    (i) no need to call agrif update at initialization time
264!!    (ii) no need to update "before" fields
265!!
266!!    Apart from creating new tra_swp/dyn_swp routines, this however:
267!!    (i) makes boundary conditions at initialization time computed from updated fields which is not the case between
268!!    two restarts => restartability issue. One can circumvent this, maybe, by assuming "interface separation",
269!!    e.g. a shift of the feedback interface inside child domain.
270!!    (ii) requires that all restart outputs of updated variables by agrif (e.g. passive tracers/tke/barotropic arrays) are done at the same
271!!    place.
272!!
273!!jc2: dynnxt must be the latest call. e3t_b are indeed updated in that routine
274                         CALL tra_nxt       ( kstp )  ! finalize (bcs) tracer fields at next time step and swap
275                         CALL dyn_nxt       ( kstp )  ! finalize (bcs) velocities at next time step and swap (always called after tra_nxt)
276                         !
277                         CALL ssh_swp       ( kstp )  ! swap of sea surface height
278      IF(.NOT.ln_linssh) CALL dom_vvl_sf_swp( kstp )  ! swap of vertical scale factors
279      !
280      IF( ln_diahsb  )   CALL dia_hsb       ( kstp )  ! - ML - global conservation diagnostics
281
282!!gm : This does not only concern the dynamics ==>>> add a new title
283!!gm2: why ouput restart before AGRIF update?
284!!
285!!jc: That would be better, but see comment above
286!!
287      IF( lrst_oce   )   CALL rst_write    ( kstp )   ! write output ocean restart file
288      IF( ln_sto_eos )   CALL sto_rst_write( kstp )   ! write restart file for stochastic parameters
289
290#if defined key_agrif
291      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
292      ! AGRIF
293      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<     
294                         CALL Agrif_Integrate_ChildGrids( stp )  ! allows to finish all the Child Grids before updating
295
296                         IF( Agrif_NbStepint() == 0 ) CALL Agrif_update_all( ) ! Update all components
297#endif
298      IF( ln_diaobs  )   CALL dia_obs      ( kstp )      ! obs-minus-model (assimilation) diagnostics (call after dynamics update)
299
300      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
301      ! Control
302      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
303                         CALL stp_ctl      ( kstp, indic )
304                         
305      IF( kstp == nit000 ) THEN                          ! 1st time step only
306                                        CALL iom_close( numror )   ! close input  ocean restart file
307         IF(lwm)                        CALL FLUSH    ( numond )   ! flush output namelist oce
308         IF(lwm .AND. numoni /= -1 )    CALL FLUSH    ( numoni )   ! flush output namelist ice (if exist)
309      ENDIF
310
311      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
312      ! Coupled mode
313      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
314!!gm why lk_oasis and not lk_cpl ????
315      IF( lk_oasis   )   CALL sbc_cpl_snd( kstp )     ! coupled mode : field exchanges
316      !
317#if defined key_iomput
318      IF( kstp == nitend .OR. indic < 0 ) THEN
319                      CALL iom_context_finalize(      cxios_context          ) ! needed for XIOS+AGRIF
320                      IF(lrxios) CALL iom_context_finalize(      crxios_context          )
321         IF( ln_crs ) CALL iom_context_finalize( trim(cxios_context)//"_crs" ) !
322      ENDIF
323#endif
324      !
325      IF( l_1st_euler ) THEN
326         rDt    = 2._wp * rn_Dt                             ! recover Leap-frog time-step
327         r1_Dt = 1._wp / rDt
328         l_1st_euler = .FALSE.
329      ENDIF
330      !
331      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('stp')
332      !
333   END SUBROUTINE stp
334   
335   !!======================================================================
336END MODULE step
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.