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isfcpl.F90 in NEMO/branches/2020/dev_r13296_HPC-07_mocavero_mpi3/src/OCE/ISF – NEMO

source: NEMO/branches/2020/dev_r13296_HPC-07_mocavero_mpi3/src/OCE/ISF/isfcpl.F90 @ 13630

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Add neighborhood collectives calls in the NEMO src - ticket #2496

File size: 37.1 KB
Line 
1MODULE isfcpl
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  isfcpl  ***
4   !!
5   !! iceshelf coupling module : module managing the coupling between NEMO and an ice sheet model
6   !!
7   !!======================================================================
8   !! History :  4.1  !  2019-07  (P. Mathiot) Original code
9   !!----------------------------------------------------------------------
10
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   !!   isfrst : read/write iceshelf variables in/from restart
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   USE isf_oce                          ! ice shelf variable
15   USE isfutils, ONLY : debug
16   USE lib_mpp , ONLY: mpp_sum, mpp_max ! mpp routine
17#if ! defined key_qco
18   USE domvvl  , ONLY: dom_vvl_zgr      ! vertical scale factor interpolation
19#else
20   USE domqco   , ONLY: dom_qco_zgr      ! vertical scale factor interpolation
21#endif
22   USE domutl  , ONLY: dom_ngb          ! find the closest grid point from a given lon/lat position
23   !
24   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
25   USE in_out_manager ! I/O manager
26   USE iom            ! I/O library
27   !
28   IMPLICIT NONE
29
30   PRIVATE
31
32   PUBLIC isfcpl_rst_write, isfcpl_init                    ! iceshelf restart read and write
33   PUBLIC isfcpl_ssh, isfcpl_tra, isfcpl_vol, isfcpl_cons  ! iceshelf correction for ssh, tra, dyn and conservation
34
35   TYPE isfcons
36      INTEGER :: ii     ! i global
37      INTEGER :: jj     ! j global
38      INTEGER :: kk     ! k level
39      REAL(wp):: dvol   ! volume increment
40      REAL(wp):: dsal   ! salt increment
41      REAL(wp):: dtem   ! heat increment
42      REAL(wp):: lon    ! lon
43      REAL(wp):: lat    ! lat
44      INTEGER :: ngb    ! 0/1 (valid location or not (ie on halo or no neigbourg))
45   END TYPE
46   !
47   !! * Substitutions
48#  include "do_loop_substitute.h90"
49#  include "domzgr_substitute.h90"
50   !!----------------------------------------------------------------------
51   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
52   !! $Id: sbcisf.F90 10536 2019-01-16 19:21:09Z mathiot $
53   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
54   !!----------------------------------------------------------------------
55CONTAINS
56   SUBROUTINE isfcpl_init(Kbb, Kmm, Kaa)
57      !!---------------------------------------------------------------------
58      !!                   ***  ROUTINE iscpl_init  ***
59      !!
60      !! ** Purpose : correct ocean state for new wet cell and horizontal divergence
61      !!              correction for the dynamical adjustement
62      !!
63      !! ** Action : - compute ssh on new wet cell
64      !!             - compute T/S on new wet cell
65      !!             - compute horizontal divergence correction as a volume flux
66      !!             - compute the T/S/vol correction increment to keep trend to 0
67      !!
68      !!---------------------------------------------------------------------
69      INTEGER, INTENT(in) :: Kbb, Kmm, Kaa      ! ocean time level indices
70      !!---------------------------------------------------------------------
71      INTEGER :: id
72      !!----------------------------------------------------------------------
73      !
74      ! start on an euler time step
75      l_1st_euler = .TRUE.
76      !
77      ! allocation and initialisation to 0
78      CALL isf_alloc_cpl()
79      !
80      ! check presence of variable needed for coupling
81      ! iom_varid return 0 if not found
82      id = 1
83      id = id * iom_varid(numror, 'ssmask', ldstop = .false.)
84      id = id * iom_varid(numror, 'tmask' , ldstop = .false.)
85      id = id * iom_varid(numror, 'e3t_n' , ldstop = .false.)
86      id = id * iom_varid(numror, 'e3u_n' , ldstop = .false.)
87      id = id * iom_varid(numror, 'e3v_n' , ldstop = .false.)
88      IF(lwp) WRITE(numout,*) ' isfcpl_init:', id
89      IF (id == 0) THEN
90         IF(lwp) WRITE(numout,*) ' isfcpl_init: restart variables for ice sheet coupling are missing, skip coupling for this leg ' 
91         IF(lwp) WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~'
92         IF(lwp) WRITE(numout,*) ''
93      ELSE
94         ! extrapolation ssh
95         CALL isfcpl_ssh(Kbb, Kmm, Kaa)
96         !
97         ! extrapolation tracer properties
98         CALL isfcpl_tra(Kmm)
99         !
100         ! correction of the horizontal divergence and associated temp. and salt content flux
101         ! Need to : - include in the cpl cons the risfcpl_vol/tsc contribution
102         !           - decide how to manage thickness level change in conservation
103         CALL isfcpl_vol(Kmm)
104         !
105         ! apply the 'conservation' method
106         IF ( ln_isfcpl_cons ) CALL isfcpl_cons(Kmm)
107         !
108      END IF
109      !
110      ! mask velocity properly (mask used in restart not compatible with new mask)
111      uu(:,:,:,Kmm) = uu(:,:,:,Kmm) * umask(:,:,:)
112      vv(:,:,:,Kmm) = vv(:,:,:,Kmm) * vmask(:,:,:)
113      !
114      ! all before fields set to now values
115      ts  (:,:,:,:,Kbb) = ts  (:,:,:,:,Kmm)
116      uu   (:,:,:,Kbb)   = uu   (:,:,:,Kmm)
117      vv   (:,:,:,Kbb)   = vv   (:,:,:,Kmm)
118      ssh (:,:,Kbb)     = ssh (:,:,Kmm)
119#if ! defined key_qco
120      e3t(:,:,:,Kbb)   = e3t(:,:,:,Kmm)
121#endif 
122      ! prepare writing restart
123      IF( lwxios ) THEN
124         CALL iom_set_rstw_var_active('ssmask')
125         CALL iom_set_rstw_var_active('tmask')
126         CALL iom_set_rstw_var_active('e3t_n')
127         CALL iom_set_rstw_var_active('e3u_n')
128         CALL iom_set_rstw_var_active('e3v_n')
129      END IF
130      !
131   END SUBROUTINE isfcpl_init
132   !
133   SUBROUTINE isfcpl_rst_write(kt, Kmm)
134      !!---------------------------------------------------------------------
135      !!                   ***  ROUTINE iscpl_rst_write  ***
136      !!
137      !! ** Purpose : write icesheet coupling variables in restart
138      !!
139      !!-------------------------- IN  --------------------------------------
140      INTEGER, INTENT(in) :: kt
141      INTEGER, INTENT(in) :: Kmm    ! ocean time level index
142      !!----------------------------------------------------------------------
143      INTEGER :: jk                               ! loop index
144      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: ze3t, ze3u, ze3v, zgdepw  ! e3t , e3u, e3v !!st patch to use substitution
145      !!----------------------------------------------------------------------
146      !
147      DO jk = 1, jpk
148         ze3t(:,:,jk) = e3t(:,:,jk,Kmm)
149         ze3u(:,:,jk) = e3u(:,:,jk,Kmm)
150         ze3v(:,:,jk) = e3v(:,:,jk,Kmm)
151         !
152         zgdepw(:,:,jk) = gdepw(:,:,jk,Kmm)
153      END DO 
154      !
155      IF( lwxios ) CALL iom_swap( cwxios_context )
156      CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'tmask'  , tmask , ldxios = lwxios )
157      CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'ssmask' , ssmask, ldxios = lwxios )
158      CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'e3t_n'  , ze3t , ldxios = lwxios )
159      CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'e3u_n'  , ze3u , ldxios = lwxios )
160      CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'e3v_n'  , ze3v , ldxios = lwxios )
161      CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'gdepw_n', zgdepw , ldxios = lwxios )
162      IF( lwxios ) CALL iom_swap( cxios_context )
163      !
164   END SUBROUTINE isfcpl_rst_write
165
166   SUBROUTINE isfcpl_ssh(Kbb, Kmm, Kaa)
167      !!----------------------------------------------------------------------
168      !!                   ***  ROUTINE iscpl_ssh  ***
169      !!
170      !! ** Purpose :   basic guess of ssh in new wet cell
171      !!
172      !! ** Method  :   basic extrapolation from neigbourg cells
173      !!
174      !!----------------------------------------------------------------------
175      !!
176      INTEGER, INTENT(in) :: Kbb, Kmm, Kaa    ! ocean time level indices
177      !!----------------------------------------------------------------------
178      INTEGER :: ji, jj, jd, jk      !! loop index
179      INTEGER :: jip1, jim1, jjp1, jjm1
180      !!
181      REAL(wp):: zsummsk
182      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: zdssmask, zssmask0, zssmask_b, zssh
183      !!----------------------------------------------------------------------
184      !
185      CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'ssmask'  , zssmask_b, ldxios = lrxios   ) ! need to extrapolate T/S
186
187      ! compute new ssh if we open a full water column
188      ! rude average of the closest neigbourgs (e1e2t not taking into account)
189      !
190      zssh(:,:)     = ssh(:,:,Kmm)
191      zssmask0(:,:) = zssmask_b(:,:)
192      !
193      DO jd = 1, nn_drown
194         !
195         zdssmask(:,:) = ssmask(:,:) - zssmask0(:,:)
196         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
197            jip1=ji+1; jim1=ji-1;
198            jjp1=jj+1; jjm1=jj-1;
199            !
200            zsummsk = zssmask0(jip1,jj) + zssmask0(jim1,jj) + zssmask0(ji,jjp1) + zssmask0(ji,jjm1)
201            !
202            IF (zdssmask(ji,jj) == 1._wp .AND. zsummsk /= 0._wp) THEN
203               ssh(ji,jj,Kmm)=( zssh(jip1,jj)*zssmask0(jip1,jj)     &
204               &           + zssh(jim1,jj)*zssmask0(jim1,jj)     &
205               &           + zssh(ji,jjp1)*zssmask0(ji,jjp1)     &
206               &           + zssh(ji,jjm1)*zssmask0(ji,jjm1)) / zsummsk
207               zssmask_b(ji,jj) = 1._wp
208            ENDIF
209         END_2D
210         !
211         zssh(:,:) = ssh(:,:,Kmm)
212         zssmask0(:,:) = zssmask_b(:,:)
213         !
214#if defined key_mpi3
215         CALL lbc_lnk_nc_multi( 'iscplrst', zssh, 'T', 1.0_wp, zssmask0, 'T', 1.0_wp )
216#else
217         CALL lbc_lnk_multi( 'iscplrst', zssh, 'T', 1.0_wp, zssmask0, 'T', 1.0_wp )
218#endif
219         !
220      END DO
221      !
222      ! update ssh(:,:,Kmm)
223      ssh(:,:,Kmm) = zssh(:,:) * ssmask(:,:)
224      !
225      ssh(:,:,Kbb) = ssh(:,:,Kmm)
226      !
227      IF ( ln_isfdebug ) CALL debug('isfcpl_ssh: sshn',ssh(:,:,Kmm))
228      !
229      ! recompute the vertical scale factor, depth and water thickness
230      IF(lwp) write(numout,*) 'isfcpl_ssh : recompute scale factor from ssh (new wet cell,Kmm)'
231      IF(lwp) write(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
232#if ! defined key_qco
233      DO jk = 1, jpk
234         e3t(:,:,jk,Kmm) = e3t_0(:,:,jk) * ( 1._wp + (ht_0(:,:) + ssh(:,:,Kmm)) * r1_ht_0(:,:) )
235      END DO
236      e3t(:,:,:,Kbb) = e3t(:,:,:,Kmm)
237      CALL dom_vvl_zgr(Kbb, Kmm, Kaa)
238#else
239      CALL dom_qco_zgr(Kbb, Kmm, Kaa)
240#endif
241      !
242   END SUBROUTINE isfcpl_ssh
243
244   SUBROUTINE isfcpl_tra(Kmm)
245      !!----------------------------------------------------------------------
246      !!                   ***  ROUTINE iscpl_tra  ***
247      !!
248      !! ** Purpose :   compute new tn, sn in case of evolving geometry of ice shelves
249      !!
250      !! ** Method  :   tn, sn : basic extrapolation from neigbourg cells
251      !!
252      !!----------------------------------------------------------------------
253      INTEGER, INTENT(in) :: Kmm    ! ocean time level index
254      !!----------------------------------------------------------------------
255      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: ztmask_b
256      !REAL(wp), DIMENSION(:,:,:  ), INTENT(in ) :: pdepw_b                         !! depth w before
257      !!
258      INTEGER :: ji, jj, jk, jd          !! loop index
259      INTEGER :: jip1, jim1, jjp1, jjm1, jkp1, jkm1
260      !!
261      REAL(wp):: zsummsk
262      REAL(wp):: zdz, zdzm1, zdzp1
263      !!
264      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)          :: zdmask 
265      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk)      :: ztmask0, zwmaskn
266      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk)      :: ztmask1, zwmaskb, ztmp3d
267      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts) :: zts0
268      !!----------------------------------------------------------------------
269      !
270      CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'tmask'  , ztmask_b, ldxios = lrxios   ) ! need to extrapolate T/S
271      !CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'wmask'  , zwmask_b, ldxios = lrxios   ) ! need to extrapolate T/S
272      !CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'gdepw_n', zdepw_b(:,:,:), ldxios = lrxios ) ! need to interpol vertical profile (vvl)
273      !
274      !
275      ! compute new T/S (interpolation) if vvl only for common wet cell in before and after wmask
276      !PM: Is this IF needed since change to VVL by default
277      !bugged : to be corrected (PM)
278      ! back up original t/s/mask
279      !tsb (:,:,:,:) = ts(:,:,:,:,Kmm)
280      !
281     ! compute new T/S (interpolation) if vvl only for common wet cell in before and after wmask
282
283!      IF (.NOT.ln_linssh) THEN
284!         DO jk = 2,jpk-1
285!            DO jj = 1,jpj
286!               DO ji = 1,jpi
287!                  IF (wmask(ji,jj,jk) * zwmaskb(ji,jj,jk) == 1._wp .AND. (tmask(ji,jj,1)==0._wp .OR. ztmask_b(ji,jj,1)==0._wp) ) THEN
288!
289!                     !compute weight
290!                     zdzp1 = MAX(0._wp,pdepw_b(ji,jj,jk+1) - gdepw(ji,jj,jk+1,Kmm))
291!                     zdzm1 = MAX(0._wp,gdepw(ji,jj,jk  ,Kmm) - pdepw_b(ji,jj,jk  ))
292!                     zdz   = e3t(ji,jj,jk,Kmm) - zdzp1 - zdzm1 ! if isf : e3t = gdepw(ji,jj,jk+1,Kmm)- gdepw(ji,jj,jk,Kmm)
293!
294!                     IF (zdz .LT. 0._wp) THEN
295!                        CALL ctl_stop( 'STOP', 'rst_iscpl : unable to compute the interpolation' )
296!                     END IF
297!
298!                     ts(ji,jj,jk,jp_tem,Kmm) = ( zdzp1*ts(ji,jj,jk+1,jp_tem,Kbb) &
299!                        &                   + zdz  *ts(ji,jj,jk  ,jp_tem,Kbb) &
300!                        &                   + zdzm1*ts(ji,jj,jk-1,jp_tem,Kbb) )/e3t(ji,jj,jk,Kmm)
301!
302!                     ts(ji,jj,jk,jp_sal,Kmm) = ( zdzp1*ts(ji,jj,jk+1,jp_sal,Kbb) &
303!                        &                   + zdz  *ts(ji,jj,jk  ,jp_sal,Kbb) &
304!                        &                   + zdzm1*ts(ji,jj,jk-1,jp_sal,Kbb) )/e3t(ji,jj,jk,Kmm)
305!
306!                  END IF
307!               END DO
308!            END DO
309!         END DO
310!      END IF
311
312      zts0(:,:,:,:)  = ts(:,:,:,:,Kmm)
313      ztmask0(:,:,:) = ztmask_b(:,:,:)
314      ztmask1(:,:,:) = ztmask_b(:,:,:)
315      !
316      ! iterate the extrapolation processes nn_drown times
317      DO jd = 1,nn_drown ! resolution dependent (OK for ISOMIP+ case)
318         DO jk = 1,jpk-1
319            !
320            ! define new wet cell
321            zdmask(:,:) = tmask(:,:,jk) - ztmask0(:,:,jk);
322            !
323            DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
324               jip1=ji+1; jim1=ji-1;
325               jjp1=jj+1; jjm1=jj-1;
326               !
327               ! check if a wet neigbourg cell is present
328               zsummsk = ztmask0(jip1,jj  ,jk) + ztmask0(jim1,jj  ,jk) &
329                       + ztmask0(ji  ,jjp1,jk) + ztmask0(ji  ,jjm1,jk)
330               !
331               ! if neigbourg wet cell available at the same level
332               IF ( zdmask(ji,jj) == 1._wp  .AND. zsummsk /= 0._wp ) THEN
333                  !
334                  ! horizontal basic extrapolation
335                  ts(ji,jj,jk,1,Kmm)=( zts0(jip1,jj  ,jk,1) * ztmask0(jip1,jj  ,jk) &
336                  &               + zts0(jim1,jj  ,jk,1) * ztmask0(jim1,jj  ,jk) &
337                  &               + zts0(ji  ,jjp1,jk,1) * ztmask0(ji  ,jjp1,jk) &
338                  &               + zts0(ji  ,jjm1,jk,1) * ztmask0(ji  ,jjm1,jk) ) / zsummsk
339                  ts(ji,jj,jk,2,Kmm)=( zts0(jip1,jj  ,jk,2) * ztmask0(jip1,jj  ,jk) &
340                  &               + zts0(jim1,jj  ,jk,2) * ztmask0(jim1,jj  ,jk) &
341                  &               + zts0(ji  ,jjp1,jk,2) * ztmask0(ji  ,jjp1,jk) &
342                  &               + zts0(ji  ,jjm1,jk,2) * ztmask0(ji  ,jjm1,jk) ) / zsummsk
343                  !
344                  ! update mask for next pass
345                  ztmask1(ji,jj,jk)=1
346                  !
347               ! in case no neigbourg wet cell available at the same level
348               ! check if a wet cell is available below
349               ELSEIF (zdmask(ji,jj) == 1._wp .AND. zsummsk == 0._wp) THEN
350                  !
351                  ! vertical extrapolation if horizontal extrapolation failed
352                  jkm1=max(1,jk-1) ; jkp1=min(jpk,jk+1)
353                  !
354                  ! check if a wet neigbourg cell is present
355                  zsummsk = ztmask0(ji,jj,jkm1) + ztmask0(ji,jj,jkp1)
356                  IF (zdmask(ji,jj) == 1._wp .AND. zsummsk /= 0._wp ) THEN
357                     ts(ji,jj,jk,1,Kmm)=( zts0(ji,jj,jkp1,1)*ztmask0(ji,jj,jkp1)     &
358                     &               + zts0(ji,jj,jkm1,1)*ztmask0(ji,jj,jkm1)) / zsummsk
359                     ts(ji,jj,jk,2,Kmm)=( zts0(ji,jj,jkp1,2)*ztmask0(ji,jj,jkp1)     &
360                     &               + zts0(ji,jj,jkm1,2)*ztmask0(ji,jj,jkm1)) / zsummsk
361                     !
362                     ! update mask for next pass
363                     ztmask1(ji,jj,jk)=1._wp
364                  END IF
365               END IF
366            END_2D
367         END DO
368         !
369         ! update temperature and salinity and mask
370         zts0(:,:,:,:)  = ts(:,:,:,:,Kmm)
371         ztmask0(:,:,:) = ztmask1(:,:,:)
372         !
373#if defined key_mpi3
374         CALL lbc_lnk_nc_multi( 'iscplrst', zts0(:,:,:,jp_tem), 'T', 1.0_wp, zts0(:,:,:,jp_sal), 'T', 1.0_wp, ztmask0, 'T', 1.0_wp)
375#else
376         CALL lbc_lnk_multi( 'iscplrst', zts0(:,:,:,jp_tem), 'T', 1.0_wp, zts0(:,:,:,jp_sal), 'T', 1.0_wp, ztmask0, 'T', 1.0_wp)
377#endif
378         !
379      END DO  ! nn_drown
380      !
381      ! mask new ts(:,:,:,:,Kmm) field
382      ts(:,:,:,jp_tem,Kmm) = zts0(:,:,:,jp_tem) * tmask(:,:,:)
383      ts(:,:,:,jp_sal,Kmm) = zts0(:,:,:,jp_sal) * tmask(:,:,:)
384      !
385      ! sanity check
386      ! -----------------------------------------------------------------------------------------
387      ! case we open a cell but no neigbour cells available to get an estimate of T and S
388      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1,jpk-1 )
389         IF (tmask(ji,jj,jk) == 1._wp .AND. ts(ji,jj,jk,2,Kmm) == 0._wp)              &
390            &   CALL ctl_stop('STOP', 'failing to fill all new weet cell,     &
391            &                          try increase nn_drown or activate XXXX &
392            &                         in your domain cfg computation'         )
393      END_3D
394      !
395   END SUBROUTINE isfcpl_tra
396
397   SUBROUTINE isfcpl_vol(Kmm)
398      !!----------------------------------------------------------------------
399      !!                   ***  ROUTINE iscpl_vol  ***
400      !!
401      !! ** Purpose : compute the correction of the local divergence to apply 
402      !!              during the first time step after the coupling.
403      !!
404      !! ** Method  : - compute horizontal vol div. before/after coupling
405      !!              - compute vertical input
406      !!              - compute correction
407      !!               
408      !!----------------------------------------------------------------------
409      !!
410      INTEGER, INTENT(in) :: Kmm    ! ocean time level index
411      !!----------------------------------------------------------------------
412      INTEGER :: ji, jj, jk 
413      INTEGER :: ikb, ikt
414      !!
415      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: zqvolb, zqvoln  ! vol flux div.         before/after coupling
416      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: ze3u_b, ze3v_b  ! vertical scale factor before/after coupling
417      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: ztmask_b        ! mask                  before       coupling
418      !!----------------------------------------------------------------------
419      !
420      CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'tmask'  , ztmask_b, ldxios = lrxios )
421      CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'e3u_n'  , ze3u_b  , ldxios = lrxios )
422      CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'e3v_n'  , ze3v_b  , ldxios = lrxios )
423      !
424      ! 1.0: compute horizontal volume flux divergence difference before-after coupling
425      !
426      DO jk = 1, jpk                                 ! Horizontal slab
427         ! 1.1: get volume flux before coupling (>0 out)
428         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
429            zqvolb(ji,jj,jk) =    &
430               &  (   e2u(ji  ,jj  ) * ze3u_b(ji  ,jj  ,jk) * uu(ji  ,jj  ,jk,Kmm)      &
431               &    - e2u(ji-1,jj  ) * ze3u_b(ji-1,jj  ,jk) * uu(ji-1,jj  ,jk,Kmm)      &
432               &    + e1v(ji  ,jj  ) * ze3v_b(ji  ,jj  ,jk) * vv(ji  ,jj  ,jk,Kmm)      &
433               &    - e1v(ji  ,jj-1) * ze3v_b(ji  ,jj-1,jk) * vv(ji  ,jj-1,jk,Kmm)  )   &
434               &                * ztmask_b(ji,jj,jk)
435         END_2D
436         !
437         ! 1.2: get volume flux after coupling (>0 out)
438         ! properly mask velocity
439         ! (velocity are still mask with old mask at this stage)
440         uu(:,:,jk,Kmm) = uu(:,:,jk,Kmm) * umask(:,:,jk)
441         vv(:,:,jk,Kmm) = vv(:,:,jk,Kmm) * vmask(:,:,jk)
442         ! compute volume flux divergence after coupling
443         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
444            zqvoln(ji,jj,jk) =   &
445               &  (   e2u(ji  ,jj  ) * e3u(ji  ,jj  ,jk,Kmm) * uu(ji  ,jj  ,jk,Kmm)    &
446               &    - e2u(ji-1,jj  ) * e3u(ji-1,jj  ,jk,Kmm) * uu(ji-1,jj  ,jk,Kmm)    &
447               &    + e1v(ji  ,jj  ) * e3v(ji  ,jj  ,jk,Kmm) * vv(ji  ,jj  ,jk,Kmm)    &
448               &    - e1v(ji  ,jj-1) * e3v(ji  ,jj-1,jk,Kmm) * vv(ji  ,jj-1,jk,Kmm)  ) &
449               &               * tmask(ji,jj,jk)
450         END_2D
451         !
452         ! 1.3: get 3d volume flux difference (before - after cpl) (>0 out)
453         !      correction to add is _b - _n
454         risfcpl_vol(:,:,jk) = zqvolb(:,:,jk) - zqvoln(:,:,jk)
455      END DO
456      !
457      ! 2.0: include the contribution of the vertical velocity in the volume flux correction
458      !
459      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
460         !
461         ikt = mikt(ji,jj)
462         IF ( ikt > 1 .AND. ssmask(ji,jj) == 1 ) THEN
463            risfcpl_vol(ji,jj,ikt) = risfcpl_vol(ji,jj,ikt) + SUM(zqvolb(ji,jj,1:ikt-1))  ! test sign
464         ENDIF
465         !
466      END_2D
467      !
468#if defined key_mpi3
469      CALL lbc_lnk_nc_multi( 'iscpl', risfcpl_vol, 'T', 1.0_wp )
470#else
471      CALL lbc_lnk( 'iscpl', risfcpl_vol, 'T', 1.0_wp )
472#endif
473      !
474      ! 3.0: set total correction (div, tr(:,:,:,:,Krhs), ssh)
475      !
476      ! 3.1: mask volume flux divergence correction
477      risfcpl_vol(:,:,:) = risfcpl_vol(:,:,:) * tmask(:,:,:)
478      !
479      ! 3.2: get 3d tr(:,:,:,:,Krhs) increment to apply at the first time step
480      ! temperature and salt content flux computed using local ts(:,:,:,:,Kmm)
481      ! (very simple advection scheme)
482      ! (>0 out)
483      risfcpl_tsc(:,:,:,jp_tem) = -risfcpl_vol(:,:,:) * ts(:,:,:,jp_tem,Kmm)
484      risfcpl_tsc(:,:,:,jp_sal) = -risfcpl_vol(:,:,:) * ts(:,:,:,jp_sal,Kmm)
485      !
486      ! 3.3: ssh correction (for dynspg_ts)
487      risfcpl_ssh(:,:) = 0.0
488      DO jk = 1,jpk
489         risfcpl_ssh(:,:) = risfcpl_ssh(:,:) + risfcpl_vol(:,:,jk) * r1_e1e2t(:,:)
490      END DO
491
492   END SUBROUTINE isfcpl_vol
493
494   SUBROUTINE isfcpl_cons(Kmm)
495      !!----------------------------------------------------------------------
496      !!                   ***  ROUTINE iscpl_cons  ***
497      !!
498      !! ** Purpose :   compute the corrective increment in volume/salt/heat to put back the vol/heat/salt
499      !!                removed or added during the coupling processes (wet or dry new cell)
500      !!
501      !! ** Method  :   - compare volume/heat/salt before and after
502      !!                - look for the closest wet cells (share amoung neigbourgs if there are)
503      !!                - build the correction increment to applied at each time step
504      !!               
505      !!----------------------------------------------------------------------
506      !
507      TYPE(isfcons), DIMENSION(:),ALLOCATABLE :: zisfpts ! list of point receiving a correction
508      !
509      !!----------------------------------------------------------------------
510      INTEGER, INTENT(in) :: Kmm    ! ocean time level index
511      !!----------------------------------------------------------------------
512      INTEGER  ::   ji   , jj  , jk  , jproc          ! loop index
513      INTEGER  ::   jip1 , jim1, jjp1, jjm1           ! dummy indices
514      INTEGER  ::   iig  , ijg, ik                    ! dummy indices
515      INTEGER  ::   jisf                              ! start, end and current position in the increment array
516      INTEGER  ::   ingb, ifind                       ! 0/1 target found or need to be found
517      INTEGER  ::   nisfl_area                        ! global number of cell concerned by the wet->dry case
518      INTEGER, DIMENSION(jpnij) :: nisfl              ! local  number of cell concerned by the wet->dry case
519      !
520      REAL(wp) ::   z1_sum, z1_rdtiscpl
521      REAL(wp) ::   zdtem, zdsal, zdvol, zratio       ! tem, sal, vol increment
522      REAL(wp) ::   zlon , zlat                       ! target location 
523      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: ztmask_b    ! mask before
524      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: ze3t_b      ! scale factor before
525      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: zt_b      ! scale factor before
526      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: zs_b      ! scale factor before
527      !!----------------------------------------------------------------------
528
529      !==============================================================================
530      ! 1.0: initialisation
531      !==============================================================================
532
533      ! get restart variable
534      CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'tmask'  , ztmask_b(:,:,:), ldxios = lrxios   ) ! need to extrapolate T/S
535      CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'e3t_n'  , ze3t_b(:,:,:)  , ldxios = lrxios )
536      CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'tn'     , zt_b(:,:,:)    , ldxios = lrxios )
537      CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'sn'     , zs_b(:,:,:)    , ldxios = lrxios )
538
539      ! compute run length
540      nstp_iscpl  = nitend - nit000 + 1
541      rdt_iscpl   = nstp_iscpl * rn_Dt
542      z1_rdtiscpl = 1._wp / rdt_iscpl 
543
544      IF (lwp) WRITE(numout,*) '            nb of stp for cons  = ', nstp_iscpl
545      IF (lwp) WRITE(numout,*) '            coupling time step  = ', rdt_iscpl
546
547      ! initialisation correction
548      risfcpl_cons_vol = 0.0
549      risfcpl_cons_ssh = 0.0
550      risfcpl_cons_tsc = 0.0
551
552      !==============================================================================
553      ! 2.0: diagnose the heat, salt and volume input and compute the correction variable
554      !      for case where we wet a cell or cell still wet (no change in cell status)
555      !==============================================================================
556
557      DO jk = 1,jpk-1
558         DO jj = Njs0,Nje0
559            DO ji = Nis0,Nie0
560
561               ! volume diff
562               zdvol =   e3t  (ji,jj,jk,Kmm) *  tmask  (ji,jj,jk)   &
563                  &   - ze3t_b(ji,jj,jk    ) * ztmask_b(ji,jj,jk)
564
565               ! heat diff
566               zdtem = ts (ji,jj,jk,jp_tem,Kmm) *  e3t(ji,jj,jk,Kmm) *  tmask  (ji,jj,jk)   &
567                     - zt_b(ji,jj,jk)        * ze3t_b(ji,jj,jk) * ztmask_b(ji,jj,jk)
568
569               ! salt diff
570               zdsal = ts(ji,jj,jk,jp_sal,Kmm) *  e3t(ji,jj,jk,Kmm) *  tmask  (ji,jj,jk)   &
571                     - zs_b(ji,jj,jk)       * ze3t_b(ji,jj,jk) * ztmask_b(ji,jj,jk)
572           
573               ! volume, heat and salt differences in each cell (>0 means correction is an outward flux)
574               ! in addition to the geometry change unconservation, need to add the divergence correction as it is flux across the boundary
575               risfcpl_cons_vol(ji,jj,jk)        = (   zdvol * e1e2t(ji,jj) + risfcpl_vol(ji,jj,jk)        ) * z1_rdtiscpl
576               risfcpl_cons_tsc(ji,jj,jk,jp_sal) = ( - zdsal * e1e2t(ji,jj) + risfcpl_tsc(ji,jj,jk,jp_sal) ) * z1_rdtiscpl
577               risfcpl_cons_tsc(ji,jj,jk,jp_tem) = ( - zdtem * e1e2t(ji,jj) + risfcpl_tsc(ji,jj,jk,jp_tem) ) * z1_rdtiscpl
578
579            END DO
580         END DO
581      END DO
582      !
583      !==============================================================================
584      ! 3.0: diagnose the heat, salt and volume input and compute the correction variable
585      !      for case where we close a cell
586      !==============================================================================
587      !
588      ! compute the total number of point receiving a correction increment for each processor
589      ! local
590      nisfl(:)=0
591      DO jk = 1,jpk-1
592         DO jj = Njs0,Nje0
593            DO ji = Nis0,Nie0
594               jip1=MIN(ji+1,jpi) ; jim1=MAX(ji-1,1) ; jjp1=MIN(jj+1,jpj) ; jjm1=MAX(jj-1,1) ;
595               IF ( tmask(ji,jj,jk) == 0._wp .AND. ztmask_b(ji,jj,jk) == 1._wp ) THEN
596                  nisfl(narea) = nisfl(narea) + MAX(SUM(tmask(jim1:jip1,jjm1:jjp1,jk)),1._wp)
597               ENDIF
598            ENDDO
599         ENDDO
600      ENDDO
601      !
602      ! global
603      CALL mpp_sum('isfcpl',nisfl  )
604      !
605      ! allocate list of point receiving correction
606      ALLOCATE(zisfpts(nisfl(narea)))
607      !
608      zisfpts(:) = isfcons(0,0,0,-HUGE(1.0), -HUGE(1.0), -HUGE(1.0), -HUGE(1.0), -HUGE(1.0), 0)
609      !
610      ! start computing the correction and fill zisfpts
611      ! local
612      jisf = 0
613      DO jk = 1,jpk-1
614         DO jj = Njs0,Nje0
615            DO ji = Nis0,Nie0
616               IF ( tmask(ji,jj,jk) == 0._wp .AND. ztmask_b(ji,jj,jk) == 1._wp ) THEN
617
618                  jip1=MIN(ji+1,jpi) ; jim1=MAX(ji-1,1) ; jjp1=MIN(jj+1,jpj) ; jjm1=MAX(jj-1,1) ;
619
620                  zdvol = risfcpl_cons_vol(ji,jj,jk       )
621                  zdsal = risfcpl_cons_tsc(ji,jj,jk,jp_sal)
622                  zdtem = risfcpl_cons_tsc(ji,jj,jk,jp_tem)
623
624                  IF ( SUM( tmask(jim1:jip1,jjm1:jjp1,jk) ) > 0._wp ) THEN
625                     ! spread correction amoung neigbourg wet cells (horizontal direction first)
626                     ! as it is a rude correction corner and lateral cell have the same weight
627                     !
628                     z1_sum =  1._wp / SUM( tmask(jim1:jip1,jjm1:jjp1,jk) )
629                     !
630                     ! lateral cells
631                     IF (tmask(jip1,jj  ,jk) == 1) CALL update_isfpts(zisfpts, jisf, jip1, jj  , jk, zdvol, zdsal, zdtem, z1_sum)
632                     IF (tmask(jim1,jj  ,jk) == 1) CALL update_isfpts(zisfpts, jisf, jim1, jj  , jk, zdvol, zdsal, zdtem, z1_sum)
633                     IF (tmask(ji  ,jjp1,jk) == 1) CALL update_isfpts(zisfpts, jisf, ji  , jjp1, jk, zdvol, zdsal, zdtem, z1_sum)
634                     IF (tmask(ji  ,jjm1,jk) == 1) CALL update_isfpts(zisfpts, jisf, ji  , jjm1, jk, zdvol, zdsal, zdtem, z1_sum)
635                     !
636                     ! corner  cells
637                     IF (tmask(jip1,jjm1,jk) == 1) CALL update_isfpts(zisfpts, jisf, jip1, jjm1, jk, zdvol, zdsal, zdtem, z1_sum)
638                     IF (tmask(jim1,jjm1,jk) == 1) CALL update_isfpts(zisfpts, jisf, jim1, jjm1, jk, zdvol, zdsal, zdtem, z1_sum)
639                     IF (tmask(jim1,jjp1,jk) == 1) CALL update_isfpts(zisfpts, jisf, jim1, jjp1, jk, zdvol, zdsal, zdtem, z1_sum)
640                     IF (tmask(jip1,jjp1,jk) == 1) CALL update_isfpts(zisfpts, jisf, jip1, jjp1, jk, zdvol, zdsal, zdtem, z1_sum)
641                     !
642                  ELSE IF ( tmask(ji,jj,jk+1) == 1._wp ) THEN
643                     ! spread correction amoung neigbourg wet cells (vertical direction)
644                     CALL update_isfpts(zisfpts, jisf, ji  , jj  , jk+1, zdvol, zdsal, zdtem, 1.0_wp, 0)
645                  ELSE
646                     ! need to find where to put correction in later on
647                     CALL update_isfpts(zisfpts, jisf, ji  , jj  , jk  , zdvol, zdsal, zdtem, 1.0_wp, 1)
648                  END IF
649               END IF
650            END DO
651         END DO
652      END DO
653      !
654      ! share data among all processes because for some point we need to find the closest wet point (could be on other process)
655      DO jproc=1,jpnij
656         !
657         ! share total number of isf point treated for proc jproc
658         IF (jproc==narea) THEN
659            nisfl_area=nisfl(jproc)
660         ELSE
661            nisfl_area=0
662         END IF
663         CALL mpp_max('isfcpl',nisfl_area)
664         !
665         DO jisf = 1,nisfl_area
666            !
667            IF (jproc==narea) THEN
668               ! indices (conversion to global indices and sharing)
669               iig = zisfpts(jisf)%ii       ; ijg = zisfpts(jisf)%jj       ; ik = zisfpts(jisf)%kk
670               !
671               ! data
672               zdvol = zisfpts(jisf)%dvol   ; zdsal = zisfpts(jisf)%dsal   ; zdtem = zisfpts(jisf)%dtem
673               !
674               ! location
675               zlat = zisfpts(jisf)%lat     ; zlon = zisfpts(jisf)%lon
676               !
677               ! find flag
678               ingb = zisfpts(jisf)%ngb
679            ELSE
680               iig  =0   ; ijg  =0   ; ik   =0 
681               zdvol=-HUGE(1.0) ; zdsal=-HUGE(1.0) ; zdtem=-HUGE(1.0)
682               zlat =-HUGE(1.0) ; zlon =-HUGE(1.0)   
683               ingb = 0
684            END IF
685            !
686            ! share data (need synchronisation of data as get_correction call a global com)
687            CALL mpp_max('isfcpl',iig)   ; CALL mpp_max('isfcpl',ijg)   ; CALL mpp_max('isfcpl',ik)
688            CALL mpp_max('isfcpl',zdvol) ; CALL mpp_max('isfcpl',zdsal) ; CALL mpp_max('isfcpl',zdtem)
689            CALL mpp_max('isfcpl',zlat)  ; CALL mpp_max('isfcpl',zlon)
690            CALL mpp_max('isfcpl',ingb)
691            !
692            ! fill the 3d correction array
693            CALL get_correction(iig, ijg, ik, zlon, zlat, zdvol, zdsal, zdtem, ingb)
694         END DO
695      END DO
696      !
697      !==============================================================================
698      ! 4.0: finalisation and compute ssh equivalent of the volume correction
699      !==============================================================================
700      !
701      ! mask (>0 out)
702      risfcpl_cons_vol(:,:,:       ) = risfcpl_cons_vol(:,:,:       ) * tmask(:,:,:)
703      risfcpl_cons_tsc(:,:,:,jp_sal) = risfcpl_cons_tsc(:,:,:,jp_sal) * tmask(:,:,:)
704      risfcpl_cons_tsc(:,:,:,jp_tem) = risfcpl_cons_tsc(:,:,:,jp_tem) * tmask(:,:,:)
705      !
706      ! add lbclnk
707#if defined key_mpi3
708      CALL lbc_lnk_nc_multi( 'iscplrst', risfcpl_cons_tsc(:,:,:,jp_tem), 'T', 1.0_wp, risfcpl_cons_tsc(:,:,:,jp_sal), 'T', 1.0_wp, &
709         &                            risfcpl_cons_vol(:,:,:)       , 'T', 1.0_wp)
710#else
711      CALL lbc_lnk_multi( 'iscplrst', risfcpl_cons_tsc(:,:,:,jp_tem), 'T', 1.0_wp, risfcpl_cons_tsc(:,:,:,jp_sal), 'T', 1.0_wp, &
712         &                            risfcpl_cons_vol(:,:,:)       , 'T', 1.0_wp)
713#endif
714      !
715      ! ssh correction (for dynspg_ts)
716      DO jk = 1,jpk
717         risfcpl_cons_ssh(:,:) = risfcpl_cons_ssh(:,:) + risfcpl_cons_vol(:,:,jk)
718      END DO
719      risfcpl_cons_ssh(:,:) = risfcpl_cons_ssh(:,:) * r1_e1e2t(:,:)
720      !
721   END SUBROUTINE isfcpl_cons
722   !
723   SUBROUTINE update_isfpts(sisfpts, kpts, ki, kj, kk, pdvol, pdsal, pdtem, pratio, kfind)
724      !!---------------------------------------------------------------------
725      !!                  ***  ROUTINE update_isfpts  ***
726      !!
727      !! ** Purpose : if a cell become dry, we need to put the corrective increment elsewhere
728      !!
729      !! ** Action  : update the list of point
730      !!
731      !!----------------------------------------------------------------------
732      !!----------------------------------------------------------------------
733      TYPE(isfcons), DIMENSION(:), INTENT(inout) :: sisfpts
734      INTEGER,                     INTENT(inout) :: kpts
735      !!----------------------------------------------------------------------
736      INTEGER,      INTENT(in   )           :: ki, kj, kk                  !    target location (kfind=0)
737      !                                                                    ! or source location (kfind=1)
738      INTEGER,      INTENT(in   ), OPTIONAL :: kfind                       ! 0  target cell already found
739      !                                                                    ! 1  target to be determined
740      REAL(wp),     INTENT(in   )           :: pdvol, pdsal, pdtem, pratio ! vol/sal/tem increment
741      !                                                                    ! and ratio in case increment span over multiple cells.
742      !!----------------------------------------------------------------------
743      INTEGER :: ifind
744      !!----------------------------------------------------------------------
745      !
746      ! increment position
747      kpts = kpts + 1
748      !
749      ! define if we need to look for closest valid wet cell (no neighbours or neigbourg on halo)
750      IF ( PRESENT(kfind) ) THEN
751         ifind = kfind
752      ELSE
753         ifind = ( 1 - tmask_h(ki,kj) ) * tmask(ki,kj,kk)
754      END IF
755      !
756      ! update isfpts structure
757      sisfpts(kpts) = isfcons(mig(ki), mjg(kj), kk, pratio * pdvol, pratio * pdsal, pratio * pdtem, glamt(ki,kj), gphit(ki,kj), ifind )
758      !
759   END SUBROUTINE update_isfpts
760   !
761   SUBROUTINE get_correction( ki, kj, kk, plon, plat, pvolinc, psalinc, pteminc, kfind)
762      !!---------------------------------------------------------------------
763      !!                  ***  ROUTINE get_correction  ***
764      !!
765      !! ** Action : - Find the closest valid cell if needed (wet and not on the halo)
766      !!             - Scale the correction depending of pratio (case where multiple wet neigbourgs)
767      !!             - Fill the correction array
768      !!
769      !!----------------------------------------------------------------------
770      INTEGER , INTENT(in) :: ki, kj, kk, kfind        ! target point indices
771      REAL(wp), INTENT(in) :: plon, plat               ! target point lon/lat
772      REAL(wp), INTENT(in) :: pvolinc, pteminc,psalinc ! correction increment for vol/temp/salt
773      !!----------------------------------------------------------------------
774      INTEGER :: jj, ji, iig, ijg
775      !!----------------------------------------------------------------------
776      !
777      ! define global indice of correction location
778      iig = ki ; ijg = kj
779      IF ( kfind == 1 ) CALL dom_ngb( plon, plat, iig, ijg,'T', kk)
780      !
781      ! fill the correction array
782      DO jj = mj0(ijg),mj1(ijg)
783         DO ji = mi0(iig),mi1(iig)
784            ! correct the vol_flx and corresponding heat/salt flx in the closest cell
785            risfcpl_cons_vol(ji,jj,kk)        =  risfcpl_cons_vol(ji,jj,kk       ) + pvolinc
786            risfcpl_cons_tsc(ji,jj,kk,jp_sal) =  risfcpl_cons_tsc(ji,jj,kk,jp_sal) + psalinc
787            risfcpl_cons_tsc(ji,jj,kk,jp_tem) =  risfcpl_cons_tsc(ji,jj,kk,jp_tem) + pteminc
788         END DO
789      END DO
790
791   END SUBROUTINE get_correction
792
793END MODULE isfcpl
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.