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Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
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zdfric.F90 in NEMO/branches/2019/dev_r12072_MERGE_OPTION2_2019/src/OCE/ZDF – NEMO

source: NEMO/branches/2019/dev_r12072_MERGE_OPTION2_2019/src/OCE/ZDF/zdfric.F90 @ 12202

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dev_merge_option2 : merge in dev_r11613_ENHANCE-04_namelists_as_internalfiles

  • Property svn:keywords set to Id
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Line 
1MODULE zdfric
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  zdfric  ***
4   !! Ocean physics:  vertical mixing coefficient compute from the local
5   !!                 Richardson number dependent formulation
6   !!======================================================================
7   !! History :  OPA  !  1987-09  (P. Andrich)  Original code
8   !!            4.0  !  1991-11  (G. Madec)
9   !!            7.0  !  1996-01  (G. Madec)  complete rewriting of multitasking suppression of common work arrays
10   !!            8.0  !  1997-06  (G. Madec)  complete rewriting of zdfmix
11   !!   NEMO     1.0  !  2002-06  (G. Madec)  F90: Free form and module
12   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
13   !!            3.3.1!  2011-09  (P. Oddo) Mixed layer depth parameterization
14   !!            4.0  !  2017-04  (G. Madec)  remove CPP ddm key & avm at t-point only
15   !!----------------------------------------------------------------------
16
17   !!----------------------------------------------------------------------
18   !!   zdf_ric_init  : initialization, namelist read, & parameters control
19   !!   zdf_ric       : update momentum and tracer Kz from the Richardson number
20   !!   ric_rst       : read/write RIC restart in ocean restart file
21   !!----------------------------------------------------------------------
22   USE oce            ! ocean dynamics and tracers variables
23   USE dom_oce        ! ocean space and time domain variables
24   USE zdf_oce        ! vertical physics: variables
25   USE phycst         ! physical constants
26   USE sbc_oce,  ONLY :   taum
27   !
28   USE in_out_manager ! I/O manager
29   USE iom            ! I/O manager library
30   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
31
32
33   IMPLICIT NONE
34   PRIVATE
35
36   PUBLIC   zdf_ric         ! called by zdfphy.F90
37   PUBLIC   ric_rst         ! called by zdfphy.F90
38   PUBLIC   zdf_ric_init    ! called by nemogcm.F90
39
40   !                        !!* Namelist namzdf_ric : Richardson number dependent Kz *
41   INTEGER  ::   nn_ric      ! coefficient of the parameterization
42   REAL(wp) ::   rn_avmri    ! maximum value of the vertical eddy viscosity
43   REAL(wp) ::   rn_alp      ! coefficient of the parameterization
44   REAL(wp) ::   rn_ekmfc    ! Ekman Factor Coeff
45   REAL(wp) ::   rn_mldmin   ! minimum mixed layer (ML) depth   
46   REAL(wp) ::   rn_mldmax   ! maximum mixed layer depth
47   REAL(wp) ::   rn_wtmix    ! Vertical eddy Diff. in the ML
48   REAL(wp) ::   rn_wvmix    ! Vertical eddy Visc. in the ML
49   LOGICAL  ::   ln_mldw     ! Use or not the MLD parameters
50
51   !! * Substitutions
52#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
53   !!----------------------------------------------------------------------
54   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
55   !! $Id$
56   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
57   !!----------------------------------------------------------------------
58CONTAINS
59
60   SUBROUTINE zdf_ric_init
61      !!----------------------------------------------------------------------
62      !!                 ***  ROUTINE zdf_ric_init  ***
63      !!                   
64      !! ** Purpose :   Initialization of the vertical eddy diffusivity and
65      !!      viscosity coef. for the Richardson number dependent formulation.
66      !!
67      !! ** Method  :   Read the namzdf_ric namelist and check the parameter values
68      !!
69      !! ** input   :   Namelist namzdf_ric
70      !!
71      !! ** Action  :   increase by 1 the nstop flag is setting problem encounter
72      !!----------------------------------------------------------------------
73      INTEGER ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
74      INTEGER ::   ios          ! Local integer output status for namelist read
75      !!
76      NAMELIST/namzdf_ric/ rn_avmri, rn_alp   , nn_ric  , rn_ekmfc,  &
77         &                rn_mldmin, rn_mldmax, rn_wtmix, rn_wvmix, ln_mldw
78      !!----------------------------------------------------------------------
79      !
80      READ  ( numnam_ref, namzdf_ric, IOSTAT = ios, ERR = 901)
81901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_ric in reference namelist' )
82
83      READ  ( numnam_cfg, namzdf_ric, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
84902   IF( ios >  0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_ric in configuration namelist' )
85      IF(lwm) WRITE ( numond, namzdf_ric )
86      !
87      IF(lwp) THEN                   ! Control print
88         WRITE(numout,*)
89         WRITE(numout,*) 'zdf_ric_init : Ri depend vertical mixing scheme'
90         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
91         WRITE(numout,*) '   Namelist namzdf_ric : set Kz=F(Ri) parameters'
92         WRITE(numout,*) '      maximum vertical viscosity        rn_avmri  = ', rn_avmri
93         WRITE(numout,*) '      coefficient                       rn_alp    = ', rn_alp
94         WRITE(numout,*) '      exponent                          nn_ric    = ', nn_ric
95         WRITE(numout,*) '      Ekman layer enhanced mixing       ln_mldw   = ', ln_mldw
96         WRITE(numout,*) '         Ekman Factor Coeff             rn_ekmfc  = ', rn_ekmfc
97         WRITE(numout,*) '         minimum mixed layer depth      rn_mldmin = ', rn_mldmin
98         WRITE(numout,*) '         maximum mixed layer depth      rn_mldmax = ', rn_mldmax
99         WRITE(numout,*) '         Vertical eddy Diff. in the ML  rn_wtmix  = ', rn_wtmix
100         WRITE(numout,*) '         Vertical eddy Visc. in the ML  rn_wvmix  = ', rn_wvmix
101      ENDIF
102      !
103      CALL ric_rst( nit000, 'READ' )  !* read or initialize all required files
104      !
105      IF( lwxios ) THEN
106         CALL iom_set_rstw_var_active('avt_k')
107         CALL iom_set_rstw_var_active('avm_k')
108      ENDIF
109   END SUBROUTINE zdf_ric_init
110
111
112   SUBROUTINE zdf_ric( kt, pdept, p_sh2, p_avm, p_avt )
113      !!----------------------------------------------------------------------
114      !!                 ***  ROUTINE zdfric  ***
115      !!                   
116      !! ** Purpose :   Compute the before eddy viscosity and diffusivity as
117      !!                a function of the local richardson number.
118      !!
119      !! ** Method  :   Local richardson number dependent formulation of the
120      !!                vertical eddy viscosity and diffusivity coefficients.
121      !!                The eddy coefficients are given by:
122      !!                    avm = avm0 + avmb
123      !!                    avt = avm0 / (1 + rn_alp*ri)
124      !!                with ri  = N^2 / dz(u)**2
125      !!                         = e3w**2 * rn2/[ mi( dk(ub) )+mj( dk(vb) ) ]
126      !!                    avm0= rn_avmri / (1 + rn_alp*Ri)**nn_ric
127      !!                where ri is the before local Richardson number,
128      !!                rn_avmri is the maximum value reaches by avm and avt
129      !!                and rn_alp, nn_ric are adjustable parameters.
130      !!                Typical values : rn_alp=5. and nn_ric=2.
131      !!
132      !!      As second step compute Ekman depth from wind stress forcing
133      !!      and apply namelist provided vertical coeff within this depth.
134      !!      The Ekman depth is:
135      !!              Ustar = SQRT(Taum/rho0)
136      !!              ekd= rn_ekmfc * Ustar / f0
137      !!      Large et al. (1994, eq.24) suggest rn_ekmfc=0.7; however, the derivation
138      !!      of the above equation indicates the value is somewhat arbitrary; therefore
139      !!      we allow the freedom to increase or decrease this value, if the
140      !!      Ekman depth estimate appears too shallow or too deep, respectively.
141      !!      Ekd is then limited by rn_mldmin and rn_mldmax provided in the
142      !!      namelist
143      !!        N.B. the mask are required for implicit scheme, and surface
144      !!      and bottom value already set in zdfphy.F90
145      !!
146      !! ** Action  :   avm, avt  mixing coeff (inner domain values only)
147      !!
148      !! References : Pacanowski & Philander 1981, JPO, 1441-1451.
149      !!              PFJ Lermusiaux 2001.
150      !!----------------------------------------------------------------------
151      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   kt             ! ocean time-step
152      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   pdept          ! depth of t-point  [m]
153      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   p_sh2          ! shear production term
154      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(inout) ::   p_avm, p_avt   ! momentum and tracer Kz (w-points)
155      !!
156      INTEGER  ::   ji, jj, jk                  ! dummy loop indices
157      REAL(wp) ::   zcfRi, zav, zustar, zhek    ! local scalars
158      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zh_ekm  ! 2D workspace
159      !!----------------------------------------------------------------------
160      !
161      !                       !==  avm and avt = F(Richardson number)  ==!
162      DO jk = 2, jpkm1
163         DO jj = 1, jpjm1
164            DO ji = 1, jpim1              ! coefficient = F(richardson number) (avm-weighted Ri)
165               zcfRi = 1._wp / (  1._wp + rn_alp * MAX(  0._wp , avm(ji,jj,jk) * rn2(ji,jj,jk) / ( p_sh2(ji,jj,jk) + 1.e-20 ) )  )
166               zav   = rn_avmri * zcfRi**nn_ric
167               !                          ! avm and avt coefficients
168               p_avm(ji,jj,jk) = MAX(  zav         , avmb(jk)  ) * wmask(ji,jj,jk)
169               p_avt(ji,jj,jk) = MAX(  zav * zcfRi , avtb(jk)  ) * wmask(ji,jj,jk)
170            END DO
171         END DO
172      END DO
173      !
174!!gm BUG <<<<====  This param can't work at low latitude
175!!gm               it provides there much to thick mixed layer ( summer 150m in GYRE configuration !!! )
176      !
177      IF( ln_mldw ) THEN      !==  set a minimum value in the Ekman layer  ==!
178         !
179         DO jj = 2, jpjm1        !* Ekman depth
180            DO ji = 2, jpim1
181               zustar = SQRT( taum(ji,jj) * r1_rau0 )
182               zhek   = rn_ekmfc * zustar / ( ABS( ff_t(ji,jj) ) + rsmall )   ! Ekman depth
183               zh_ekm(ji,jj) = MAX(  rn_mldmin , MIN( zhek , rn_mldmax )  )   ! set allowed range
184            END DO
185         END DO
186         DO jk = 2, jpkm1        !* minimum mixing coeff. within the Ekman layer
187            DO jj = 2, jpjm1
188               DO ji = 2, jpim1
189                  IF( pdept(ji,jj,jk) < zh_ekm(ji,jj) ) THEN
190                     p_avm(ji,jj,jk) = MAX(  p_avm(ji,jj,jk), rn_wvmix  ) * wmask(ji,jj,jk)
191                     p_avt(ji,jj,jk) = MAX(  p_avt(ji,jj,jk), rn_wtmix  ) * wmask(ji,jj,jk)
192                  ENDIF
193               END DO
194            END DO
195         END DO
196      ENDIF
197      !
198   END SUBROUTINE zdf_ric
199
200
201   SUBROUTINE ric_rst( kt, cdrw )
202      !!---------------------------------------------------------------------
203      !!                   ***  ROUTINE ric_rst  ***
204      !!                     
205      !! ** Purpose :   Read or write TKE file (en) in restart file
206      !!
207      !! ** Method  :   use of IOM library
208      !!                if the restart does not contain TKE, en is either
209      !!                set to rn_emin or recomputed
210      !!----------------------------------------------------------------------
211      INTEGER         , INTENT(in) ::   kt     ! ocean time-step
212      CHARACTER(len=*), INTENT(in) ::   cdrw   ! "READ"/"WRITE" flag
213      !
214      INTEGER ::   jit, jk    ! dummy loop indices
215      INTEGER ::   id1, id2   ! local integers
216      !!----------------------------------------------------------------------
217      !
218      IF( TRIM(cdrw) == 'READ' ) THEN        ! Read/initialise
219         !                                   ! ---------------
220         !           !* Read the restart file
221         IF( ln_rstart ) THEN
222            id1 = iom_varid( numror, 'avt_k', ldstop = .FALSE. )
223            id2 = iom_varid( numror, 'avm_k', ldstop = .FALSE. )
224            !
225            IF( MIN( id1, id2 ) > 0 ) THEN         ! restart exists => read it
226               CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avt_k', avt_k, ldxios = lrxios )
227               CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avm_k', avm_k, ldxios = lrxios )
228            ENDIF
229         ENDIF
230         !           !* otherwise Kz already set to the background value in zdf_phy_init
231         !
232      ELSEIF( TRIM(cdrw) == 'WRITE' ) THEN   ! Create restart file
233         !                                   ! -------------------
234         IF(lwp) WRITE(numout,*) '---- ric-rst ----'
235         IF( lwxios ) CALL iom_swap(      cwxios_context          )
236         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avt_k', avt_k, ldxios = lwxios )
237         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avm_k', avm_k, ldxios = lwxios)
238         IF( lwxios ) CALL iom_swap(      cxios_context          )
239         !
240      ENDIF
241      !
242   END SUBROUTINE ric_rst
243
244   !!======================================================================
245END MODULE zdfric
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.