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trazdf.F90 in NEMO/branches/2020/dev_r12558_HPC-08_epico_Extra_Halo/src/OCE/TRA – NEMO

source: NEMO/branches/2020/dev_r12558_HPC-08_epico_Extra_Halo/src/OCE/TRA/trazdf.F90 @ 13248

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dev_r12558_HPC-08_epico_Extra_Halo: merge with trunk@13237, see #2366
  • Property svn:keywords set to Id
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Line 
1MODULE trazdf
2   !!==============================================================================
3   !!                 ***  MODULE  trazdf  ***
4   !! Ocean active tracers:  vertical component of the tracer mixing trend
5   !!==============================================================================
6   !! History :  1.0  !  2005-11  (G. Madec)  Original code
7   !!            3.0  !  2008-01  (C. Ethe, G. Madec)  merge TRC-TRA
8   !!            4.0  !  2017-06  (G. Madec)  remove explict time-stepping option
9   !!----------------------------------------------------------------------
10
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   !!   tra_zdf       : Update the tracer trend with the vertical diffusion
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   USE oce            ! ocean dynamics and tracers variables
15   USE dom_oce        ! ocean space and time domain variables
16   USE domvvl         ! variable volume
17   USE phycst         ! physical constant
18   USE zdf_oce        ! ocean vertical physics variables
19   USE sbc_oce        ! surface boundary condition: ocean
20   USE ldftra         ! lateral diffusion: eddy diffusivity
21   USE ldfslp         ! lateral diffusion: iso-neutral slope
22   USE trd_oce        ! trends: ocean variables
23   USE trdtra         ! trends: tracer trend manager
24   !
25   USE in_out_manager ! I/O manager
26   USE prtctl         ! Print control
27   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
28   USE lib_mpp        ! MPP library
29   USE timing         ! Timing
30
31   IMPLICIT NONE
32   PRIVATE
33
34   PUBLIC   tra_zdf       ! called by step.F90
35   PUBLIC   tra_zdf_imp   ! called by trczdf.F90
36
37   !! * Substitutions
38#  include "do_loop_substitute.h90"
39#  include "domzgr_substitute.h90"
40   !!----------------------------------------------------------------------
41   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
42   !! $Id$
43   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
44   !!----------------------------------------------------------------------
45CONTAINS
46
47   SUBROUTINE tra_zdf( kt, Kbb, Kmm, Krhs, pts, Kaa )
48      !!----------------------------------------------------------------------
49      !!                  ***  ROUTINE tra_zdf  ***
50      !!
51      !! ** Purpose :   compute the vertical ocean tracer physics.
52      !!---------------------------------------------------------------------
53      INTEGER                                  , INTENT(in)    :: kt                  ! ocean time-step index
54      INTEGER                                  , INTENT(in)    :: Kbb, Kmm, Krhs, Kaa ! time level indices
55      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts,jpt), INTENT(inout) :: pts                 ! active tracers and RHS of tracer equation
56      !
57      INTEGER  ::   jk   ! Dummy loop indices
58      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::   ztrdt, ztrds   ! 3D workspace
59      !!---------------------------------------------------------------------
60      !
61      IF( ln_timing )   CALL timing_start('tra_zdf')
62      !
63      IF( kt == nit000 )  THEN
64         IF(lwp)WRITE(numout,*)
65         IF(lwp)WRITE(numout,*) 'tra_zdf : implicit vertical mixing on T & S'
66         IF(lwp)WRITE(numout,*) '~~~~~~~ '
67      ENDIF
68      !
69      IF( l_trdtra )   THEN                  !* Save ta and sa trends
70         ALLOCATE( ztrdt(jpi,jpj,jpk) , ztrds(jpi,jpj,jpk) )
71         ztrdt(:,:,:) = pts(:,:,:,jp_tem,Kaa)
72         ztrds(:,:,:) = pts(:,:,:,jp_sal,Kaa)
73      ENDIF
74      !
75      !                                      !* compute lateral mixing trend and add it to the general trend
76      CALL tra_zdf_imp( kt, nit000, 'TRA', rDt, Kbb, Kmm, Krhs, pts, Kaa, jpts ) 
77
78!!gm WHY here !   and I don't like that !
79      ! DRAKKAR SSS control {
80      ! JMM avoid negative salinities near river outlet ! Ugly fix
81      ! JMM : restore negative salinities to small salinities:
82      WHERE( pts(:,:,:,jp_sal,Kaa) < 0._wp )   pts(:,:,:,jp_sal,Kaa) = 0.1_wp
83!!gm
84
85      IF( l_trdtra )   THEN                      ! save the vertical diffusive trends for further diagnostics
86         DO jk = 1, jpkm1
87            ztrdt(:,:,jk) = (   (  pts(:,:,jk,jp_tem,Kaa)*e3t(:,:,jk,Kaa)     &
88               &                 - pts(:,:,jk,jp_tem,Kbb)*e3t(:,:,jk,Kbb)  )  &
89               &              / (  e3t(:,:,jk,Kmm)*rDt  )   )                 &
90               &          - ztrdt(:,:,jk)
91            ztrds(:,:,jk) = (   (  pts(:,:,jk,jp_sal,Kaa)*e3t(:,:,jk,Kaa)     &
92               &                 - pts(:,:,jk,jp_sal,Kbb)*e3t(:,:,jk,Kbb)  )  &
93               &             / (   e3t(:,:,jk,Kmm)*rDt  )   )                 &
94               &          - ztrds(:,:,jk)
95         END DO
96!!gm this should be moved in trdtra.F90 and done on all trends
97         CALL lbc_lnk_multi( 'trazdf', ztrdt, 'T', 1.0_wp , ztrds, 'T', 1.0_wp )
98!!gm
99         CALL trd_tra( kt, Kmm, Krhs, 'TRA', jp_tem, jptra_zdf, ztrdt )
100         CALL trd_tra( kt, Kmm, Krhs, 'TRA', jp_sal, jptra_zdf, ztrds )
101         DEALLOCATE( ztrdt , ztrds )
102      ENDIF
103      !                                          ! print mean trends (used for debugging)
104      IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=pts(:,:,:,jp_tem,Kaa), clinfo1=' zdf  - Ta: ', mask1=tmask,               &
105         &                                  tab3d_2=pts(:,:,:,jp_sal,Kaa), clinfo2=       ' Sa: ', mask2=tmask, clinfo3='tra' )
106      !
107      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('tra_zdf')
108      !
109   END SUBROUTINE tra_zdf
110
111 
112   SUBROUTINE tra_zdf_imp( kt, kit000, cdtype, p2dt, Kbb, Kmm, Krhs, pt, Kaa, kjpt ) 
113      !!----------------------------------------------------------------------
114      !!                  ***  ROUTINE tra_zdf_imp  ***
115      !!
116      !! ** Purpose :   Compute the after tracer through a implicit computation
117      !!     of the vertical tracer diffusion (including the vertical component
118      !!     of lateral mixing (only for 2nd order operator, for fourth order
119      !!     it is already computed and add to the general trend in traldf)
120      !!
121      !! ** Method  :  The vertical diffusion of a tracer ,t , is given by:
122      !!          difft = dz( avt dz(t) ) = 1/e3t dk+1( avt/e3w dk(t) )
123      !!      It is computed using a backward time scheme (t=after field)
124      !!      which provide directly the after tracer field.
125      !!      If ln_zdfddm=T, use avs for salinity or for passive tracers
126      !!      Surface and bottom boundary conditions: no diffusive flux on
127      !!      both tracers (bottom, applied through the masked field avt).
128      !!      If iso-neutral mixing, add to avt the contribution due to lateral mixing.
129      !!
130      !! ** Action  : - pt(:,:,:,:,Kaa)  becomes the after tracer
131      !!---------------------------------------------------------------------
132      INTEGER                                  , INTENT(in   ) ::   kt       ! ocean time-step index
133      INTEGER                                  , INTENT(in   ) ::   Kbb, Kmm, Krhs, Kaa  ! ocean time level indices
134      INTEGER                                  , INTENT(in   ) ::   kit000   ! first time step index
135      CHARACTER(len=3)                         , INTENT(in   ) ::   cdtype   ! =TRA or TRC (tracer indicator)
136      INTEGER                                  , INTENT(in   ) ::   kjpt     ! number of tracers
137      REAL(wp)                                 , INTENT(in   ) ::   p2dt     ! tracer time-step
138      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt,jpt), INTENT(inout) ::   pt       ! tracers and RHS of tracer equation
139      !
140      INTEGER  ::  ji, jj, jk, jn   ! dummy loop indices
141      REAL(wp) ::  zrhs, zzwi, zzws ! local scalars
142      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::  zwi, zwt, zwd, zws
143      !!---------------------------------------------------------------------
144      !
145      !                                               ! ============= !
146      DO jn = 1, kjpt                                 !  tracer loop  !
147         !                                            ! ============= !
148         !  Matrix construction
149         ! --------------------
150         ! Build matrix if temperature or salinity (only in double diffusion case) or first passive tracer
151         !
152         IF(  ( cdtype == 'TRA' .AND. ( jn == jp_tem .OR. ( jn == jp_sal .AND. ln_zdfddm ) ) ) .OR.   &
153            & ( cdtype == 'TRC' .AND. jn == 1 )  )  THEN
154            !
155            ! vertical mixing coef.: avt for temperature, avs for salinity and passive tracers
156            IF( cdtype == 'TRA' .AND. jn == jp_tem ) THEN   ;   zwt(:,:,2:jpk) = avt(:,:,2:jpk)
157            ELSE                                            ;   zwt(:,:,2:jpk) = avs(:,:,2:jpk)
158            ENDIF
159            zwt(:,:,1) = 0._wp
160            !
161            IF( l_ldfslp ) THEN            ! isoneutral diffusion: add the contribution
162               IF( ln_traldf_msc  ) THEN     ! MSC iso-neutral operator
163                  DO_3D_00_00( 2, jpkm1 )
164                     zwt(ji,jj,jk) = zwt(ji,jj,jk) + akz(ji,jj,jk) 
165                  END_3D
166               ELSE                          ! standard or triad iso-neutral operator
167                  DO_3D_00_00( 2, jpkm1 )
168                     zwt(ji,jj,jk) = zwt(ji,jj,jk) + ah_wslp2(ji,jj,jk)
169                  END_3D
170               ENDIF
171            ENDIF
172            !
173            ! Diagonal, lower (i), upper (s)  (including the bottom boundary condition since avt is masked)
174            IF( ln_zad_Aimp ) THEN         ! Adaptive implicit vertical advection
175               DO_3D_00_00( 1, jpkm1 )
176                  zzwi = - p2dt * zwt(ji,jj,jk  ) / e3w(ji,jj,jk  ,Kmm)
177                  zzws = - p2dt * zwt(ji,jj,jk+1) / e3w(ji,jj,jk+1,Kmm)
178                  zwd(ji,jj,jk) = e3t(ji,jj,jk,Kaa) - zzwi - zzws   &
179                     &                 + p2dt * ( MAX( wi(ji,jj,jk  ) , 0._wp ) - MIN( wi(ji,jj,jk+1) , 0._wp ) )
180                  zwi(ji,jj,jk) = zzwi + p2dt *   MIN( wi(ji,jj,jk  ) , 0._wp )
181                  zws(ji,jj,jk) = zzws - p2dt *   MAX( wi(ji,jj,jk+1) , 0._wp )
182               END_3D
183            ELSE
184               DO_3D_00_00( 1, jpkm1 )
185                  zwi(ji,jj,jk) = - p2dt * zwt(ji,jj,jk  ) / e3w(ji,jj,jk,Kmm)
186                  zws(ji,jj,jk) = - p2dt * zwt(ji,jj,jk+1) / e3w(ji,jj,jk+1,Kmm)
187                  zwd(ji,jj,jk) = e3t(ji,jj,jk,Kaa) - zwi(ji,jj,jk) - zws(ji,jj,jk)
188               END_3D
189            ENDIF
190            !
191            !! Matrix inversion from the first level
192            !!----------------------------------------------------------------------
193            !   solve m.x = y  where m is a tri diagonal matrix ( jpk*jpk )
194            !
195            !        ( zwd1 zws1   0    0    0  )( zwx1 ) ( zwy1 )
196            !        ( zwi2 zwd2 zws2   0    0  )( zwx2 ) ( zwy2 )
197            !        (  0   zwi3 zwd3 zws3   0  )( zwx3 )=( zwy3 )
198            !        (        ...               )( ...  ) ( ...  )
199            !        (  0    0    0   zwik zwdk )( zwxk ) ( zwyk )
200            !
201            !   m is decomposed in the product of an upper and lower triangular matrix.
202            !   The 3 diagonal terms are in 3d arrays: zwd, zws, zwi.
203            !   Suffices i,s and d indicate "inferior" (below diagonal), diagonal
204            !   and "superior" (above diagonal) components of the tridiagonal system.
205            !   The solution will be in the 4d array pta.
206            !   The 3d array zwt is used as a work space array.
207            !   En route to the solution pt(:,:,:,:,Kaa) is used a to evaluate the rhs and then
208            !   used as a work space array: its value is modified.
209            !
210            DO_2D_00_00
211               zwt(ji,jj,1) = zwd(ji,jj,1)
212            END_2D
213            DO_3D_00_00( 2, jpkm1 )
214               zwt(ji,jj,jk) = zwd(ji,jj,jk) - zwi(ji,jj,jk) * zws(ji,jj,jk-1) / zwt(ji,jj,jk-1)
215            END_3D
216            !
217         ENDIF 
218         !         
219         DO_2D_00_00
220            pt(ji,jj,1,jn,Kaa) =        e3t(ji,jj,1,Kbb) * pt(ji,jj,1,jn,Kbb)    &
221               &               + p2dt * e3t(ji,jj,1,Kmm) * pt(ji,jj,1,jn,Krhs)
222         END_2D
223         DO_3D_00_00( 2, jpkm1 )
224            zrhs =        e3t(ji,jj,jk,Kbb) * pt(ji,jj,jk,jn,Kbb)    & 
225               & + p2dt * e3t(ji,jj,jk,Kmm) * pt(ji,jj,jk,jn,Krhs)   ! zrhs=right hand side
226            pt(ji,jj,jk,jn,Kaa) = zrhs - zwi(ji,jj,jk) / zwt(ji,jj,jk-1) * pt(ji,jj,jk-1,jn,Kaa)
227         END_3D
228         !
229         DO_2D_00_00
230            pt(ji,jj,jpkm1,jn,Kaa) = pt(ji,jj,jpkm1,jn,Kaa) / zwt(ji,jj,jpkm1) * tmask(ji,jj,jpkm1)
231         END_2D
232         DO_3DS_00_00( jpk-2, 1, -1 )
233            pt(ji,jj,jk,jn,Kaa) = ( pt(ji,jj,jk,jn,Kaa) - zws(ji,jj,jk) * pt(ji,jj,jk+1,jn,Kaa) )   &
234               &             / zwt(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk)
235         END_3D
236         !                                            ! ================= !
237      END DO                                          !  end tracer loop  !
238      !                                               ! ================= !
239   END SUBROUTINE tra_zdf_imp
240
241   !!==============================================================================
242END MODULE trazdf
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.