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.
domvvl.F90 in NEMO/branches/2020/dev_r13787_doc_latex_recovery/src/OCE/DOM – NEMO

source: NEMO/branches/2020/dev_r13787_doc_latex_recovery/src/OCE/DOM/domvvl.F90 @ 14098

Last change on this file since 14098 was 14098, checked in by nicolasmartin, 3 years ago

#2414 Sync merge with trunk

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 53.7 KB
RevLine 
[592]1MODULE domvvl
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE domvvl   ***
[14098]4   !! Ocean :
[592]5   !!======================================================================
[1438]6   !! History :  2.0  !  2006-06  (B. Levier, L. Marie)  original code
7   !!            3.1  !  2009-02  (G. Madec, M. Leclair, R. Benshila)  pure z* coordinate
[9019]8   !!            3.3  !  2011-10  (M. Leclair) totally rewrote domvvl: vvl option includes z_star and z_tilde coordinates
[5120]9   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) add ice shelf capability
[12377]10   !!            4.1  !  2019-08  (A. Coward, D. Storkey) rename dom_vvl_sf_swp -> dom_vvl_sf_update for new timestepping
[14066]11   !!             -   !  2020-02  (G. Madec, S. Techene) introduce ssh to h0 ratio
[592]12   !!----------------------------------------------------------------------
[5836]13
[592]14   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
[6140]15   USE phycst          ! physical constant
[592]16   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
[4292]17   USE sbc_oce         ! ocean surface boundary condition
[6152]18   USE wet_dry         ! wetting and drying
[7646]19   USE usrdef_istate   ! user defined initial state (wad only)
[6140]20   USE restart         ! ocean restart
21   !
[592]22   USE in_out_manager  ! I/O manager
[4292]23   USE iom             ! I/O manager library
[592]24   USE lib_mpp         ! distributed memory computing library
25   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
[3294]26   USE timing          ! Timing
[592]27
[14098]28#if defined key_agrif
29   USE agrif_oce       ! initial state interpolation
30   USE agrif_oce_interp 
31#endif
32
[592]33   IMPLICIT NONE
34   PRIVATE
35
[5836]36   !                                                      !!* Namelist nam_vvl
37   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_zstar           = .FALSE.    ! zstar  vertical coordinate
38   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_ztilde          = .FALSE.    ! ztilde vertical coordinate
39   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_layer           = .FALSE.    ! level  vertical coordinate
40   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_ztilde_as_zstar = .FALSE.    ! ztilde vertical coordinate
41   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_zstar_at_eqtor  = .FALSE.    ! ztilde vertical coordinate
42   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_kepe            = .FALSE.    ! kinetic/potential energy transfer
43   !                                                       ! conservation: not used yet
44   REAL(wp)         :: rn_ahe3                             ! thickness diffusion coefficient
45   REAL(wp)         :: rn_rst_e3t                          ! ztilde to zstar restoration timescale [days]
46   REAL(wp)         :: rn_lf_cutoff                        ! cutoff frequency for low-pass filter  [days]
47   REAL(wp)         :: rn_zdef_max                         ! maximum fractional e3t deformation
48   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_dbg = .FALSE.                ! debug control prints
[592]49
[5836]50   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: un_td, vn_td                ! thickness diffusion transport
51   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: hdiv_lf                     ! low frequency part of hz divergence
52   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: tilde_e3t_b, tilde_e3t_n    ! baroclinic scale factors
53   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: tilde_e3t_a, dtilde_e3t_a   ! baroclinic scale factors
54   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   :: frq_rst_e3t                 ! retoring period for scale factors
55   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   :: frq_rst_hdv                 ! retoring period for low freq. divergence
[1438]56
[13237]57#if defined key_qco
58   !!----------------------------------------------------------------------
59   !!   'key_qco'      EMPTY MODULE      Quasi-Eulerian vertical coordonate
60   !!----------------------------------------------------------------------
61#else
62   !!----------------------------------------------------------------------
63   !!   Default key      Old management of time varying vertical coordinate
64   !!----------------------------------------------------------------------
[14098]65   
[13237]66   !!----------------------------------------------------------------------
67   !!   dom_vvl_init     : define initial vertical scale factors, depths and column thickness
68   !!   dom_vvl_sf_nxt   : Compute next vertical scale factors
69   !!   dom_vvl_sf_update   : Swap vertical scale factors and update the vertical grid
70   !!   dom_vvl_interpol : Interpolate vertical scale factors from one grid point to another
71   !!   dom_vvl_rst      : read/write restart file
72   !!   dom_vvl_ctl      : Check the vvl options
73   !!----------------------------------------------------------------------
74
75   PUBLIC  dom_vvl_init       ! called by domain.F90
76   PUBLIC  dom_vvl_zgr        ! called by isfcpl.F90
77   PUBLIC  dom_vvl_sf_nxt     ! called by step.F90
78   PUBLIC  dom_vvl_sf_update  ! called by step.F90
79   PUBLIC  dom_vvl_interpol   ! called by dynnxt.F90
[14098]80   
[592]81   !! * Substitutions
[12377]82#  include "do_loop_substitute.h90"
[592]83   !!----------------------------------------------------------------------
[10068]84   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
[888]85   !! $Id$
[10068]86   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
[592]87   !!----------------------------------------------------------------------
[4292]88CONTAINS
89
[2715]90   INTEGER FUNCTION dom_vvl_alloc()
91      !!----------------------------------------------------------------------
[4292]92      !!                ***  FUNCTION dom_vvl_alloc  ***
[2715]93      !!----------------------------------------------------------------------
[6140]94      IF( ln_vvl_zstar )   dom_vvl_alloc = 0
[4292]95      IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ) THEN
[4338]96         ALLOCATE( tilde_e3t_b(jpi,jpj,jpk)  , tilde_e3t_n(jpi,jpj,jpk) , tilde_e3t_a(jpi,jpj,jpk) ,   &
97            &      dtilde_e3t_a(jpi,jpj,jpk) , un_td  (jpi,jpj,jpk)     , vn_td  (jpi,jpj,jpk)     ,   &
98            &      STAT = dom_vvl_alloc        )
[10425]99         CALL mpp_sum ( 'domvvl', dom_vvl_alloc )
100         IF( dom_vvl_alloc /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'dom_vvl_alloc: failed to allocate arrays' )
[6140]101         un_td = 0._wp
102         vn_td = 0._wp
[4292]103      ENDIF
104      IF( ln_vvl_ztilde ) THEN
105         ALLOCATE( frq_rst_e3t(jpi,jpj) , frq_rst_hdv(jpi,jpj) , hdiv_lf(jpi,jpj,jpk) , STAT= dom_vvl_alloc )
[10425]106         CALL mpp_sum ( 'domvvl', dom_vvl_alloc )
107         IF( dom_vvl_alloc /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'dom_vvl_alloc: failed to allocate arrays' )
[4292]108      ENDIF
[6140]109      !
[2715]110   END FUNCTION dom_vvl_alloc
111
112
[12377]113   SUBROUTINE dom_vvl_init( Kbb, Kmm, Kaa )
[592]114      !!----------------------------------------------------------------------
[4292]115      !!                ***  ROUTINE dom_vvl_init  ***
[14098]116      !!                   
[4292]117      !! ** Purpose :  Initialization of all scale factors, depths
118      !!               and water column heights
119      !!
120      !! ** Method  :  - use restart file and/or initialize
121      !!               - interpolate scale factors
122      !!
[6140]123      !! ** Action  : - e3t_(n/b) and tilde_e3t_(n/b)
[12377]124      !!              - Regrid: e3[u/v](:,:,:,Kmm)
[14098]125      !!                        e3[u/v](:,:,:,Kmm)       
126      !!                        e3w(:,:,:,Kmm)           
[12377]127      !!                        e3[u/v]w_b
[14098]128      !!                        e3[u/v]w_n     
[12377]129      !!                        gdept(:,:,:,Kmm), gdepw(:,:,:,Kmm) and gde3w
[4292]130      !!              - h(t/u/v)_0
131      !!              - frq_rst_e3t and frq_rst_hdv
132      !!
133      !! Reference  : Leclair, M., and G. Madec, 2011, Ocean Modelling.
[592]134      !!----------------------------------------------------------------------
[12377]135      INTEGER, INTENT(in) :: Kbb, Kmm, Kaa
[6140]136      !
[4292]137      IF(lwp) WRITE(numout,*)
138      IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dom_vvl_init : Variable volume activated'
139      IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
[6140]140      !
141      CALL dom_vvl_ctl     ! choose vertical coordinate (z_star, z_tilde or layer)
142      !
143      !                    ! Allocate module arrays
[4292]144      IF( dom_vvl_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'dom_vvl_init : unable to allocate arrays' )
[6140]145      !
146      !                    ! Read or initialize e3t_(b/n), tilde_e3t_(b/n) and hdiv_lf
[12377]147      CALL dom_vvl_rst( nit000, Kbb, Kmm, 'READ' )
148      e3t(:,:,jpk,Kaa) = e3t_0(:,:,jpk)  ! last level always inside the sea floor set one for all
[6140]149      !
[12377]150      CALL dom_vvl_zgr(Kbb, Kmm, Kaa) ! interpolation scale factor, depth and water column
151      !
152   END SUBROUTINE dom_vvl_init
[13237]153
154
[12377]155   SUBROUTINE dom_vvl_zgr(Kbb, Kmm, Kaa)
156      !!----------------------------------------------------------------------
157      !!                ***  ROUTINE dom_vvl_init  ***
[14098]158      !!                   
159      !! ** Purpose :  Interpolation of all scale factors,
[12377]160      !!               depths and water column heights
161      !!
162      !! ** Method  :  - interpolate scale factors
163      !!
164      !! ** Action  : - e3t_(n/b) and tilde_e3t_(n/b)
165      !!              - Regrid: e3(u/v)_n
[14098]166      !!                        e3(u/v)_b       
167      !!                        e3w_n           
168      !!                        e3(u/v)w_b     
169      !!                        e3(u/v)w_n     
[12377]170      !!                        gdept_n, gdepw_n and gde3w_n
171      !!              - h(t/u/v)_0
172      !!              - frq_rst_e3t and frq_rst_hdv
173      !!
174      !! Reference  : Leclair, M., and G. Madec, 2011, Ocean Modelling.
175      !!----------------------------------------------------------------------
176      INTEGER, INTENT(in) :: Kbb, Kmm, Kaa
177      !!----------------------------------------------------------------------
178      INTEGER ::   ji, jj, jk
179      INTEGER ::   ii0, ii1, ij0, ij1
180      REAL(wp)::   zcoef
181      !!----------------------------------------------------------------------
182      !
[6140]183      !                    !== Set of all other vertical scale factors  ==!  (now and before)
184      !                                ! Horizontal interpolation of e3t
[12377]185      CALL dom_vvl_interpol( e3t(:,:,:,Kbb), e3u(:,:,:,Kbb), 'U' )    ! from T to U
186      CALL dom_vvl_interpol( e3t(:,:,:,Kmm), e3u(:,:,:,Kmm), 'U' )
[14098]187      CALL dom_vvl_interpol( e3t(:,:,:,Kbb), e3v(:,:,:,Kbb), 'V' )    ! from T to V
[12377]188      CALL dom_vvl_interpol( e3t(:,:,:,Kmm), e3v(:,:,:,Kmm), 'V' )
189      CALL dom_vvl_interpol( e3u(:,:,:,Kmm), e3f(:,:,:), 'F' )    ! from U to F
[14098]190      !                                ! Vertical interpolation of e3t,u,v
[12377]191      CALL dom_vvl_interpol( e3t(:,:,:,Kmm), e3w (:,:,:,Kmm), 'W'  )  ! from T to W
192      CALL dom_vvl_interpol( e3t(:,:,:,Kbb), e3w (:,:,:,Kbb), 'W'  )
193      CALL dom_vvl_interpol( e3u(:,:,:,Kmm), e3uw(:,:,:,Kmm), 'UW' )  ! from U to UW
194      CALL dom_vvl_interpol( e3u(:,:,:,Kbb), e3uw(:,:,:,Kbb), 'UW' )
195      CALL dom_vvl_interpol( e3v(:,:,:,Kmm), e3vw(:,:,:,Kmm), 'VW' )  ! from V to UW
196      CALL dom_vvl_interpol( e3v(:,:,:,Kbb), e3vw(:,:,:,Kbb), 'VW' )
[9449]197
198      ! We need to define e3[tuv]_a for AGRIF initialisation (should not be a problem for the restartability...)
[12377]199      e3t(:,:,:,Kaa) = e3t(:,:,:,Kmm)
200      e3u(:,:,:,Kaa) = e3u(:,:,:,Kmm)
201      e3v(:,:,:,Kaa) = e3v(:,:,:,Kmm)
[6140]202      !
203      !                    !==  depth of t and w-point  ==!   (set the isf depth as it is in the initial timestep)
[12377]204      gdept(:,:,1,Kmm) = 0.5_wp * e3w(:,:,1,Kmm)       ! reference to the ocean surface (used for MLD and light penetration)
205      gdepw(:,:,1,Kmm) = 0.0_wp
206      gde3w(:,:,1) = gdept(:,:,1,Kmm) - ssh(:,:,Kmm)  ! reference to a common level z=0 for hpg
207      gdept(:,:,1,Kbb) = 0.5_wp * e3w(:,:,1,Kbb)
208      gdepw(:,:,1,Kbb) = 0.0_wp
[13497]209      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpk )                     ! vertical sum
[12377]210         !    zcoef = tmask - wmask    ! 0 everywhere tmask = wmask, ie everywhere expect at jk = mikt
211         !                             ! 1 everywhere from mbkt to mikt + 1 or 1 (if no isf)
[14098]212         !                             ! 0.5 where jk = mikt     
[12377]213!!gm ???????   BUG ?  gdept(:,:,:,Kmm) as well as gde3w  does not include the thickness of ISF ??
214         zcoef = ( tmask(ji,jj,jk) - wmask(ji,jj,jk) )
215         gdepw(ji,jj,jk,Kmm) = gdepw(ji,jj,jk-1,Kmm) + e3t(ji,jj,jk-1,Kmm)
216         gdept(ji,jj,jk,Kmm) =      zcoef  * ( gdepw(ji,jj,jk  ,Kmm) + 0.5 * e3w(ji,jj,jk,Kmm))  &
[14098]217            &                + (1-zcoef) * ( gdept(ji,jj,jk-1,Kmm) +       e3w(ji,jj,jk,Kmm)) 
[12377]218         gde3w(ji,jj,jk) = gdept(ji,jj,jk,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm)
219         gdepw(ji,jj,jk,Kbb) = gdepw(ji,jj,jk-1,Kbb) + e3t(ji,jj,jk-1,Kbb)
220         gdept(ji,jj,jk,Kbb) =      zcoef  * ( gdepw(ji,jj,jk  ,Kbb) + 0.5 * e3w(ji,jj,jk,Kbb))  &
[14098]221            &                + (1-zcoef) * ( gdept(ji,jj,jk-1,Kbb) +       e3w(ji,jj,jk,Kbb)) 
[12377]222      END_3D
[6140]223      !
224      !                    !==  thickness of the water column  !!   (ocean portion only)
[12377]225      ht(:,:) = e3t(:,:,1,Kmm) * tmask(:,:,1)   !!gm  BUG  :  this should be 1/2 * e3w(k=1) ....
226      hu(:,:,Kbb) = e3u(:,:,1,Kbb) * umask(:,:,1)
227      hu(:,:,Kmm) = e3u(:,:,1,Kmm) * umask(:,:,1)
228      hv(:,:,Kbb) = e3v(:,:,1,Kbb) * vmask(:,:,1)
229      hv(:,:,Kmm) = e3v(:,:,1,Kmm) * vmask(:,:,1)
[6140]230      DO jk = 2, jpkm1
[12377]231         ht(:,:) = ht(:,:) + e3t(:,:,jk,Kmm) * tmask(:,:,jk)
232         hu(:,:,Kbb) = hu(:,:,Kbb) + e3u(:,:,jk,Kbb) * umask(:,:,jk)
233         hu(:,:,Kmm) = hu(:,:,Kmm) + e3u(:,:,jk,Kmm) * umask(:,:,jk)
234         hv(:,:,Kbb) = hv(:,:,Kbb) + e3v(:,:,jk,Kbb) * vmask(:,:,jk)
235         hv(:,:,Kmm) = hv(:,:,Kmm) + e3v(:,:,jk,Kmm) * vmask(:,:,jk)
[4370]236      END DO
[6140]237      !
238      !                    !==  inverse of water column thickness   ==!   (u- and v- points)
[12377]239      r1_hu(:,:,Kbb) = ssumask(:,:) / ( hu(:,:,Kbb) + 1._wp - ssumask(:,:) )    ! _i mask due to ISF
240      r1_hu(:,:,Kmm) = ssumask(:,:) / ( hu(:,:,Kmm) + 1._wp - ssumask(:,:) )
241      r1_hv(:,:,Kbb) = ssvmask(:,:) / ( hv(:,:,Kbb) + 1._wp - ssvmask(:,:) )
242      r1_hv(:,:,Kmm) = ssvmask(:,:) / ( hv(:,:,Kmm) + 1._wp - ssvmask(:,:) )
[7753]243
[6140]244      !                    !==   z_tilde coordinate case  ==!   (Restoring frequencies)
[4292]245      IF( ln_vvl_ztilde ) THEN
[6140]246!!gm : idea: add here a READ in a file of custumized restoring frequency
247         !                                   ! Values in days provided via the namelist
248         !                                   ! use rsmall to avoid possible division by zero errors with faulty settings
[7753]249         frq_rst_e3t(:,:) = 2._wp * rpi / ( MAX( rn_rst_e3t  , rsmall ) * 86400.0_wp )
250         frq_rst_hdv(:,:) = 2._wp * rpi / ( MAX( rn_lf_cutoff, rsmall ) * 86400.0_wp )
[6140]251         !
252         IF( ln_vvl_ztilde_as_zstar ) THEN   ! z-star emulation using z-tile
[7753]253            frq_rst_e3t(:,:) = 0._wp               !Ignore namelist settings
[12489]254            frq_rst_hdv(:,:) = 1._wp / rn_Dt
[4292]255         ENDIF
[6140]256         IF ( ln_vvl_zstar_at_eqtor ) THEN   ! use z-star in vicinity of the Equator
[13295]257            DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
[6140]258!!gm  case |gphi| >= 6 degrees is useless   initialized just above by default
[12377]259               IF( ABS(gphit(ji,jj)) >= 6.) THEN
260                  ! values outside the equatorial band and transition zone (ztilde)
261                  frq_rst_e3t(ji,jj) =  2.0_wp * rpi / ( MAX( rn_rst_e3t  , rsmall ) * 86400.e0_wp )
262                  frq_rst_hdv(ji,jj) =  2.0_wp * rpi / ( MAX( rn_lf_cutoff, rsmall ) * 86400.e0_wp )
263               ELSEIF( ABS(gphit(ji,jj)) <= 2.5) THEN    ! Equator strip ==> z-star
264                  ! values inside the equatorial band (ztilde as zstar)
265                  frq_rst_e3t(ji,jj) =  0.0_wp
[12489]266                  frq_rst_hdv(ji,jj) =  1.0_wp / rn_Dt
[12377]267               ELSE                                      ! transition band (2.5 to 6 degrees N/S)
268                  !                                      ! (linearly transition from z-tilde to z-star)
269                  frq_rst_e3t(ji,jj) = 0.0_wp + (frq_rst_e3t(ji,jj)-0.0_wp)*0.5_wp   &
270                     &            * (  1.0_wp - COS( rad*(ABS(gphit(ji,jj))-2.5_wp)  &
271                     &                                          * 180._wp / 3.5_wp ) )
[12489]272                  frq_rst_hdv(ji,jj) = (1.0_wp / rn_Dt)                                &
273                     &            + (  frq_rst_hdv(ji,jj)-(1.e0_wp / rn_Dt) )*0.5_wp   &
[12377]274                     &            * (  1._wp  - COS( rad*(ABS(gphit(ji,jj))-2.5_wp)  &
275                     &                                          * 180._wp / 3.5_wp ) )
276               ENDIF
277            END_2D
[10213]278            IF( cn_cfg == "orca" .OR. cn_cfg == "ORCA" ) THEN
279               IF( nn_cfg == 3 ) THEN   ! ORCA2: Suppress ztilde in the Foxe Basin for ORCA2
[14098]280                  ii0 = 103 + nn_hls - 1   ;   ii1 = 111 + nn_hls - 1     
[13286]281                  ij0 = 128 + nn_hls       ;   ij1 = 135 + nn_hls
[10213]282                  frq_rst_e3t( mi0(ii0):mi1(ii1) , mj0(ij0):mj1(ij1) ) =  0.0_wp
[12489]283                  frq_rst_hdv( mi0(ii0):mi1(ii1) , mj0(ij0):mj1(ij1) ) =  1.e0_wp / rn_Dt
[10213]284               ENDIF
[4292]285            ENDIF
286         ENDIF
287      ENDIF
[6140]288      !
[12377]289   END SUBROUTINE dom_vvl_zgr
[4292]290
291
[14098]292   SUBROUTINE dom_vvl_sf_nxt( kt, Kbb, Kmm, Kaa, kcall ) 
[4292]293      !!----------------------------------------------------------------------
294      !!                ***  ROUTINE dom_vvl_sf_nxt  ***
[14098]295      !!                   
[4292]296      !! ** Purpose :  - compute the after scale factors used in tra_zdf, dynnxt,
297      !!                 tranxt and dynspg routines
298      !!
299      !! ** Method  :  - z_star case:  Repartition of ssh INCREMENT proportionnaly to the level thickness.
[14098]300      !!               - z_tilde_case: after scale factor increment =
[4292]301      !!                                    high frequency part of horizontal divergence
302      !!                                  + retsoring towards the background grid
303      !!                                  + thickness difusion
304      !!                               Then repartition of ssh INCREMENT proportionnaly
305      !!                               to the "baroclinic" level thickness.
306      !!
307      !! ** Action  :  - hdiv_lf    : restoring towards full baroclinic divergence in z_tilde case
[14098]308      !!               - tilde_e3t_a: after increment of vertical scale factor
[4292]309      !!                              in z_tilde case
[6140]310      !!               - e3(t/u/v)_a
[4292]311      !!
312      !! Reference  : Leclair, M., and Madec, G. 2011, Ocean Modelling.
313      !!----------------------------------------------------------------------
[12377]314      INTEGER, INTENT( in )           ::   kt             ! time step
315      INTEGER, INTENT( in )           ::   Kbb, Kmm, Kaa  ! time step
316      INTEGER, INTENT( in ), OPTIONAL ::   kcall          ! optional argument indicating call sequence
[6140]317      !
318      INTEGER                ::   ji, jj, jk            ! dummy loop indices
319      INTEGER , DIMENSION(3) ::   ijk_max, ijk_min      ! temporary integers
[12489]320      REAL(wp)               ::   z_tmin, z_tmax        ! local scalars
[6140]321      LOGICAL                ::   ll_do_bclinic         ! local logical
[9019]322      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zht, z_scale, zwu, zwv, zhdiv
[13458]323      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::   ze3t
324      LOGICAL , DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::   llmsk
[4292]325      !!----------------------------------------------------------------------
[6140]326      !
327      IF( ln_linssh )   RETURN      ! No calculation in linear free surface
328      !
[9019]329      IF( ln_timing )   CALL timing_start('dom_vvl_sf_nxt')
[6140]330      !
331      IF( kt == nit000 ) THEN
[4292]332         IF(lwp) WRITE(numout,*)
333         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dom_vvl_sf_nxt : compute after scale factors'
334         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~~~'
335      ENDIF
336
[4338]337      ll_do_bclinic = .TRUE.
338      IF( PRESENT(kcall) ) THEN
[6140]339         IF( kcall == 2 .AND. ln_vvl_ztilde )   ll_do_bclinic = .FALSE.
[4338]340      ENDIF
341
[4292]342      ! ******************************* !
343      ! After acale factors at t-points !
344      ! ******************************* !
[4338]345      !                                                ! --------------------------------------------- !
[6140]346      !                                                ! z_star coordinate and barotropic z-tilde part !
[4338]347      !                                                ! --------------------------------------------- !
[6140]348      !
[12377]349      z_scale(:,:) = ( ssh(:,:,Kaa) - ssh(:,:,Kbb) ) * ssmask(:,:) / ( ht_0(:,:) + ssh(:,:,Kmm) + 1. - ssmask(:,:) )
[4338]350      DO jk = 1, jpkm1
[12377]351         ! formally this is the same as e3t(:,:,:,Kaa) = e3t_0*(1+ssha/ht_0)
352         e3t(:,:,jk,Kaa) = e3t(:,:,jk,Kbb) + e3t(:,:,jk,Kmm) * z_scale(:,:) * tmask(:,:,jk)
[4338]353      END DO
[6140]354      !
[11415]355      IF( (ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer) .AND. ll_do_bclinic ) THEN   ! z_tilde or layer coordinate !
356         !                                                               ! ------baroclinic part------ !
[4292]357         ! I - initialization
358         ! ==================
359
360         ! 1 - barotropic divergence
361         ! -------------------------
[7753]362         zhdiv(:,:) = 0._wp
363         zht(:,:)   = 0._wp
[4292]364         DO jk = 1, jpkm1
[12377]365            zhdiv(:,:) = zhdiv(:,:) + e3t(:,:,jk,Kmm) * hdiv(:,:,jk)
366            zht  (:,:) = zht  (:,:) + e3t(:,:,jk,Kmm) * tmask(:,:,jk)
[592]367         END DO
[7753]368         zhdiv(:,:) = zhdiv(:,:) / ( zht(:,:) + 1. - tmask_i(:,:) )
[2528]369
[4292]370         ! 2 - Low frequency baroclinic horizontal divergence  (z-tilde case only)
371         ! --------------------------------------------------
372         IF( ln_vvl_ztilde ) THEN
[6140]373            IF( kt > nit000 ) THEN
[4292]374               DO jk = 1, jpkm1
[12489]375                  hdiv_lf(:,:,jk) = hdiv_lf(:,:,jk) - rn_Dt * frq_rst_hdv(:,:)   &
[12377]376                     &          * ( hdiv_lf(:,:,jk) - e3t(:,:,jk,Kmm) * ( hdiv(:,:,jk) - zhdiv(:,:) ) )
[4292]377               END DO
378            ENDIF
[6140]379         ENDIF
[3294]380
[4292]381         ! II - after z_tilde increments of vertical scale factors
382         ! =======================================================
[7753]383         tilde_e3t_a(:,:,:) = 0._wp  ! tilde_e3t_a used to store tendency terms
[4292]384
385         ! 1 - High frequency divergence term
386         ! ----------------------------------
387         IF( ln_vvl_ztilde ) THEN     ! z_tilde case
388            DO jk = 1, jpkm1
[12377]389               tilde_e3t_a(:,:,jk) = tilde_e3t_a(:,:,jk) - ( e3t(:,:,jk,Kmm) * ( hdiv(:,:,jk) - zhdiv(:,:) ) - hdiv_lf(:,:,jk) )
[4292]390            END DO
391         ELSE                         ! layer case
392            DO jk = 1, jpkm1
[12377]393               tilde_e3t_a(:,:,jk) = tilde_e3t_a(:,:,jk) -   e3t(:,:,jk,Kmm) * ( hdiv(:,:,jk) - zhdiv(:,:) ) * tmask(:,:,jk)
[4292]394            END DO
[6140]395         ENDIF
[4292]396
397         ! 2 - Restoring term (z-tilde case only)
398         ! ------------------
399         IF( ln_vvl_ztilde ) THEN
400            DO jk = 1, jpk
[7753]401               tilde_e3t_a(:,:,jk) = tilde_e3t_a(:,:,jk) - frq_rst_e3t(:,:) * tilde_e3t_b(:,:,jk)
[4292]402            END DO
[6140]403         ENDIF
[4292]404
405         ! 3 - Thickness diffusion term
406         ! ----------------------------
[7753]407         zwu(:,:) = 0._wp
408         zwv(:,:) = 0._wp
[13497]409         DO_3D( 1, 0, 1, 0, 1, jpkm1 )   ! a - first derivative: diffusive fluxes
[12377]410            un_td(ji,jj,jk) = rn_ahe3 * umask(ji,jj,jk) * e2_e1u(ji,jj)           &
411               &            * ( tilde_e3t_b(ji,jj,jk) - tilde_e3t_b(ji+1,jj  ,jk) )
[14098]412            vn_td(ji,jj,jk) = rn_ahe3 * vmask(ji,jj,jk) * e1_e2v(ji,jj)           & 
[12377]413               &            * ( tilde_e3t_b(ji,jj,jk) - tilde_e3t_b(ji  ,jj+1,jk) )
414            zwu(ji,jj) = zwu(ji,jj) + un_td(ji,jj,jk)
415            zwv(ji,jj) = zwv(ji,jj) + vn_td(ji,jj,jk)
416         END_3D
[13497]417         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )             ! b - correction for last oceanic u-v points
[12377]418            un_td(ji,jj,mbku(ji,jj)) = un_td(ji,jj,mbku(ji,jj)) - zwu(ji,jj)
419            vn_td(ji,jj,mbkv(ji,jj)) = vn_td(ji,jj,mbkv(ji,jj)) - zwv(ji,jj)
420         END_2D
[13497]421         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )   ! c - second derivative: divergence of diffusive fluxes
[12377]422            tilde_e3t_a(ji,jj,jk) = tilde_e3t_a(ji,jj,jk) + (   un_td(ji-1,jj  ,jk) - un_td(ji,jj,jk)    &
423               &                                          +     vn_td(ji  ,jj-1,jk) - vn_td(ji,jj,jk)    &
424               &                                            ) * r1_e1e2t(ji,jj)
425         END_3D
[13497]426         !                               ! d - thickness diffusion transport: boundary conditions
[6140]427         !                             (stored for tracer advction and continuity equation)
[10425]428         CALL lbc_lnk_multi( 'domvvl', un_td , 'U' , -1._wp, vn_td , 'V' , -1._wp)
[4292]429         ! 4 - Time stepping of baroclinic scale factors
430         ! ---------------------------------------------
[10425]431         CALL lbc_lnk( 'domvvl', tilde_e3t_a(:,:,:), 'T', 1._wp )
[12489]432         tilde_e3t_a(:,:,:) = tilde_e3t_b(:,:,:) + rDt * tmask(:,:,:) * tilde_e3t_a(:,:,:)
[4292]433
434         ! Maximum deformation control
435         ! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
[13458]436         ALLOCATE( ze3t(jpi,jpj,jpk), llmsk(jpi,jpj,jpk) )
437         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
438            ze3t(ji,jj,jk) = tilde_e3t_a(ji,jj,jk) / e3t_0(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk) * tmask_i(ji,jj)
439         END_3D
440         !
441         llmsk(   1:Nis1,:,:) = .FALSE.   ! exclude halos from the checked region
442         llmsk(Nie1: jpi,:,:) = .FALSE.
443         llmsk(:,   1:Njs1,:) = .FALSE.
444         llmsk(:,Nje1: jpj,:) = .FALSE.
445         !
446         llmsk(Nis0:Nie0,Njs0:Nje0,:) = tmask(Nis0:Nie0,Njs0:Nje0,:) == 1._wp                  ! define only the inner domain
447         z_tmax = MAXVAL( ze3t(:,:,:), mask = llmsk )   ;   CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )   ! max over the global domain
448         z_tmin = MINVAL( ze3t(:,:,:), mask = llmsk )   ;   CALL mpp_min( 'domvvl', z_tmin )   ! min over the global domain
[4292]449         ! - ML - test: for the moment, stop simulation for too large e3_t variations
[6140]450         IF( ( z_tmax >  rn_zdef_max ) .OR. ( z_tmin < - rn_zdef_max ) ) THEN
[13458]451            CALL mpp_maxloc( 'domvvl', ze3t, llmsk, z_tmax, ijk_max )
452            CALL mpp_minloc( 'domvvl', ze3t, llmsk, z_tmin, ijk_min )
[4292]453            IF (lwp) THEN
454               WRITE(numout, *) 'MAX( tilde_e3t_a(:,:,:) / e3t_0(:,:,:) ) =', z_tmax
455               WRITE(numout, *) 'at i, j, k=', ijk_max
456               WRITE(numout, *) 'MIN( tilde_e3t_a(:,:,:) / e3t_0(:,:,:) ) =', z_tmin
[14098]457               WRITE(numout, *) 'at i, j, k=', ijk_min           
[10425]458               CALL ctl_stop( 'STOP', 'MAX( ABS( tilde_e3t_a(:,:,: ) ) / e3t_0(:,:,:) ) too high')
[4292]459            ENDIF
460         ENDIF
[13458]461         DEALLOCATE( ze3t, llmsk )
[4292]462         ! - ML - end test
463         ! - ML - Imposing these limits will cause a baroclinicity error which is corrected for below
[7753]464         tilde_e3t_a(:,:,:) = MIN( tilde_e3t_a(:,:,:),   rn_zdef_max * e3t_0(:,:,:) )
465         tilde_e3t_a(:,:,:) = MAX( tilde_e3t_a(:,:,:), - rn_zdef_max * e3t_0(:,:,:) )
[4292]466
[4338]467         !
468         ! "tilda" change in the after scale factor
[4292]469         ! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
[4338]470         DO jk = 1, jpkm1
[7753]471            dtilde_e3t_a(:,:,jk) = tilde_e3t_a(:,:,jk) - tilde_e3t_b(:,:,jk)
[4338]472         END DO
[4292]473         ! III - Barotropic repartition of the sea surface height over the baroclinic profile
474         ! ==================================================================================
[4338]475         ! add ( ssh increment + "baroclinicity error" ) proportionly to e3t(n)
[4292]476         ! - ML - baroclinicity error should be better treated in the future
477         !        i.e. locally and not spread over the water column.
478         !        (keep in mind that the idea is to reduce Eulerian velocity as much as possible)
[7753]479         zht(:,:) = 0.
[4292]480         DO jk = 1, jpkm1
[7753]481            zht(:,:)  = zht(:,:) + tilde_e3t_a(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
[4292]482         END DO
[12377]483         z_scale(:,:) =  - zht(:,:) / ( ht_0(:,:) + ssh(:,:,Kmm) + 1. - ssmask(:,:) )
[4292]484         DO jk = 1, jpkm1
[12377]485            dtilde_e3t_a(:,:,jk) = dtilde_e3t_a(:,:,jk) + e3t(:,:,jk,Kmm) * z_scale(:,:) * tmask(:,:,jk)
[4292]486         END DO
[7753]487
[4292]488      ENDIF
489
[4338]490      IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer )  THEN   ! z_tilde or layer coordinate !
491      !                                           ! ---baroclinic part--------- !
492         DO jk = 1, jpkm1
[12377]493            e3t(:,:,jk,Kaa) = e3t(:,:,jk,Kaa) + dtilde_e3t_a(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
[4338]494         END DO
495      ENDIF
496
497      IF( ln_vvl_dbg .AND. .NOT. ll_do_bclinic ) THEN   ! - ML - test: control prints for debuging
[4292]498         !
499         IF( lwp ) WRITE(numout, *) 'kt =', kt
500         IF ( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ) THEN
501            z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) * tmask_i(:,:) * ABS( zht(:,:) ) )
[10425]502            CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                             ! max over the global domain
[4292]503            IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(SUM(tilde_e3t_a))) =', z_tmax
504         END IF
505         !
[7753]506         zht(:,:) = 0.0_wp
[4292]507         DO jk = 1, jpkm1
[12377]508            zht(:,:) = zht(:,:) + e3t(:,:,jk,Kmm) * tmask(:,:,jk)
[4292]509         END DO
[12377]510         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) * tmask_i(:,:) * ABS( ht_0(:,:) + ssh(:,:,Kmm) - zht(:,:) ) )
[10425]511         CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                                ! max over the global domain
[12377]512         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(ht_0+sshn-SUM(e3t(:,:,:,Kmm)))) =', z_tmax
[4292]513         !
[7753]514         zht(:,:) = 0.0_wp
[4292]515         DO jk = 1, jpkm1
[12377]516            zht(:,:) = zht(:,:) + e3t(:,:,jk,Kaa) * tmask(:,:,jk)
[4292]517         END DO
[12377]518         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) * tmask_i(:,:) * ABS( ht_0(:,:) + ssh(:,:,Kaa) - zht(:,:) ) )
[10425]519         CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                                ! max over the global domain
[12377]520         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(ht_0+ssha-SUM(e3t(:,:,:,Kaa)))) =', z_tmax
[4292]521         !
[7753]522         zht(:,:) = 0.0_wp
[4292]523         DO jk = 1, jpkm1
[12377]524            zht(:,:) = zht(:,:) + e3t(:,:,jk,Kbb) * tmask(:,:,jk)
[4292]525         END DO
[12377]526         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) * tmask_i(:,:) * ABS( ht_0(:,:) + ssh(:,:,Kbb) - zht(:,:) ) )
[10425]527         CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                                ! max over the global domain
[12377]528         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(ht_0+sshb-SUM(e3t(:,:,:,Kbb)))) =', z_tmax
[4292]529         !
[12377]530         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) *  ABS( ssh(:,:,Kbb) ) )
[10425]531         CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                                ! max over the global domain
[12377]532         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(ssh(:,:,Kbb)))) =', z_tmax
[4292]533         !
[12377]534         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) *  ABS( ssh(:,:,Kmm) ) )
[10425]535         CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                                ! max over the global domain
[12377]536         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(ssh(:,:,Kmm)))) =', z_tmax
[4292]537         !
[12377]538         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) *  ABS( ssh(:,:,Kaa) ) )
[10425]539         CALL mpp_max( 'domvvl', z_tmax )                                ! max over the global domain
[12377]540         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(ssh(:,:,Kaa)))) =', z_tmax
[4292]541      END IF
542
543      ! *********************************** !
544      ! After scale factors at u- v- points !
545      ! *********************************** !
546
[12377]547      CALL dom_vvl_interpol( e3t(:,:,:,Kaa), e3u(:,:,:,Kaa), 'U' )
548      CALL dom_vvl_interpol( e3t(:,:,:,Kaa), e3v(:,:,:,Kaa), 'V' )
[4292]549
[4370]550      ! *********************************** !
551      ! After depths at u- v points         !
552      ! *********************************** !
553
[12377]554      hu(:,:,Kaa) = e3u(:,:,1,Kaa) * umask(:,:,1)
555      hv(:,:,Kaa) = e3v(:,:,1,Kaa) * vmask(:,:,1)
[6140]556      DO jk = 2, jpkm1
[12377]557         hu(:,:,Kaa) = hu(:,:,Kaa) + e3u(:,:,jk,Kaa) * umask(:,:,jk)
558         hv(:,:,Kaa) = hv(:,:,Kaa) + e3v(:,:,jk,Kaa) * vmask(:,:,jk)
[4370]559      END DO
560      !                                        ! Inverse of the local depth
[6140]561!!gm BUG ?  don't understand the use of umask_i here .....
[12377]562      r1_hu(:,:,Kaa) = ssumask(:,:) / ( hu(:,:,Kaa) + 1._wp - ssumask(:,:) )
563      r1_hv(:,:,Kaa) = ssvmask(:,:) / ( hv(:,:,Kaa) + 1._wp - ssvmask(:,:) )
[6140]564      !
[9019]565      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('dom_vvl_sf_nxt')
[6140]566      !
[4292]567   END SUBROUTINE dom_vvl_sf_nxt
568
569
[12377]570   SUBROUTINE dom_vvl_sf_update( kt, Kbb, Kmm, Kaa )
[3294]571      !!----------------------------------------------------------------------
[12377]572      !!                ***  ROUTINE dom_vvl_sf_update  ***
[14098]573      !!                   
574      !! ** Purpose :  for z tilde case: compute time filter and swap of scale factors
[4292]575      !!               compute all depths and related variables for next time step
576      !!               write outputs and restart file
[3294]577      !!
[12377]578      !! ** Method  :  - swap of e3t with trick for volume/tracer conservation (ONLY FOR Z TILDE CASE)
[4292]579      !!               - reconstruct scale factor at other grid points (interpolate)
580      !!               - recompute depths and water height fields
581      !!
[12377]582      !! ** Action  :  - tilde_e3t_(b/n) ready for next time step
[4292]583      !!               - Recompute:
[14098]584      !!                    e3(u/v)_b       
585      !!                    e3w(:,:,:,Kmm)           
586      !!                    e3(u/v)w_b     
587      !!                    e3(u/v)w_n     
[12377]588      !!                    gdept(:,:,:,Kmm), gdepw(:,:,:,Kmm)  and gde3w
[4292]589      !!                    h(u/v) and h(u/v)r
590      !!
591      !! Reference  : Leclair, M., and G. Madec, 2009, Ocean Modelling.
592      !!              Leclair, M., and G. Madec, 2011, Ocean Modelling.
[3294]593      !!----------------------------------------------------------------------
[12377]594      INTEGER, INTENT( in ) ::   kt              ! time step
595      INTEGER, INTENT( in ) ::   Kbb, Kmm, Kaa   ! time level indices
[6140]596      !
597      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
598      REAL(wp) ::   zcoef        ! local scalar
[3294]599      !!----------------------------------------------------------------------
[6140]600      !
601      IF( ln_linssh )   RETURN      ! No calculation in linear free surface
602      !
[12377]603      IF( ln_timing )   CALL timing_start('dom_vvl_sf_update')
[3294]604      !
[4292]605      IF( kt == nit000 )   THEN
606         IF(lwp) WRITE(numout,*)
[12377]607         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dom_vvl_sf_update : - interpolate scale factors and compute depths for next time step'
608         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~~~~~~'
[3294]609      ENDIF
[4292]610      !
611      ! Time filter and swap of scale factors
612      ! =====================================
[6140]613      ! - ML - e3(t/u/v)_b are allready computed in dynnxt.
[4292]614      IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ) THEN
[12489]615         IF( l_1st_euler ) THEN
[7753]616            tilde_e3t_b(:,:,:) = tilde_e3t_n(:,:,:)
[4292]617         ELSE
[14098]618            tilde_e3t_b(:,:,:) = tilde_e3t_n(:,:,:) & 
[12489]619            &         + rn_atfp * ( tilde_e3t_b(:,:,:) - 2.0_wp * tilde_e3t_n(:,:,:) + tilde_e3t_a(:,:,:) )
[4292]620         ENDIF
[7753]621         tilde_e3t_n(:,:,:) = tilde_e3t_a(:,:,:)
[4292]622      ENDIF
[4488]623
[4292]624      ! Compute all missing vertical scale factor and depths
625      ! ====================================================
626      ! Horizontal scale factor interpolations
627      ! --------------------------------------
[12377]628      ! - ML - e3u(:,:,:,Kbb) and e3v(:,:,:,Kbb) are already computed in dynnxt
629      ! - JC - hu(:,:,:,Kbb), hv(:,:,:,:,Kbb), hur_b, hvr_b also
[14098]630     
[12377]631      CALL dom_vvl_interpol( e3u(:,:,:,Kmm), e3f(:,:,:), 'F'  )
[14098]632     
[4292]633      ! Vertical scale factor interpolations
[12377]634      CALL dom_vvl_interpol( e3t(:,:,:,Kmm),  e3w(:,:,:,Kmm), 'W'  )
635      CALL dom_vvl_interpol( e3u(:,:,:,Kmm), e3uw(:,:,:,Kmm), 'UW' )
636      CALL dom_vvl_interpol( e3v(:,:,:,Kmm), e3vw(:,:,:,Kmm), 'VW' )
637      CALL dom_vvl_interpol( e3t(:,:,:,Kbb),  e3w(:,:,:,Kbb), 'W'  )
638      CALL dom_vvl_interpol( e3u(:,:,:,Kbb), e3uw(:,:,:,Kbb), 'UW' )
639      CALL dom_vvl_interpol( e3v(:,:,:,Kbb), e3vw(:,:,:,Kbb), 'VW' )
[5120]640
[6140]641      ! t- and w- points depth (set the isf depth as it is in the initial step)
[12377]642      gdept(:,:,1,Kmm) = 0.5_wp * e3w(:,:,1,Kmm)
643      gdepw(:,:,1,Kmm) = 0.0_wp
644      gde3w(:,:,1) = gdept(:,:,1,Kmm) - ssh(:,:,Kmm)
[13295]645      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpk )
[12377]646        !    zcoef = (tmask(ji,jj,jk) - wmask(ji,jj,jk))   ! 0 everywhere tmask = wmask, ie everywhere expect at jk = mikt
647                                                           ! 1 for jk = mikt
648         zcoef = (tmask(ji,jj,jk) - wmask(ji,jj,jk))
649         gdepw(ji,jj,jk,Kmm) = gdepw(ji,jj,jk-1,Kmm) + e3t(ji,jj,jk-1,Kmm)
650         gdept(ji,jj,jk,Kmm) =    zcoef  * ( gdepw(ji,jj,jk  ,Kmm) + 0.5 * e3w(ji,jj,jk,Kmm) )  &
[14098]651             &             + (1-zcoef) * ( gdept(ji,jj,jk-1,Kmm) +       e3w(ji,jj,jk,Kmm) ) 
[12377]652         gde3w(ji,jj,jk) = gdept(ji,jj,jk,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm)
653      END_3D
[5120]654
[6140]655      ! Local depth and Inverse of the local depth of the water
656      ! -------------------------------------------------------
[7753]657      !
[12377]658      ht(:,:) = e3t(:,:,1,Kmm) * tmask(:,:,1)
[6140]659      DO jk = 2, jpkm1
[12377]660         ht(:,:) = ht(:,:) + e3t(:,:,jk,Kmm) * tmask(:,:,jk)
[4370]661      END DO
[7753]662
[4292]663      ! write restart file
664      ! ==================
[12377]665      IF( lrst_oce  )   CALL dom_vvl_rst( kt, Kbb, Kmm, 'WRITE' )
[4292]666      !
[12377]667      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('dom_vvl_sf_update')
[6140]668      !
[12377]669   END SUBROUTINE dom_vvl_sf_update
[4292]670
671
672   SUBROUTINE dom_vvl_interpol( pe3_in, pe3_out, pout )
673      !!---------------------------------------------------------------------
674      !!                  ***  ROUTINE dom_vvl__interpol  ***
675      !!
676      !! ** Purpose :   interpolate scale factors from one grid point to another
677      !!
678      !! ** Method  :   e3_out = e3_0 + interpolation(e3_in - e3_0)
679      !!                - horizontal interpolation: grid cell surface averaging
680      !!                - vertical interpolation: simple averaging
681      !!----------------------------------------------------------------------
[5836]682      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk), INTENT(in   ) ::  pe3_in    ! input e3 to be interpolated
683      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk), INTENT(inout) ::  pe3_out   ! output interpolated e3
684      CHARACTER(LEN=*)                , INTENT(in   ) ::  pout      ! grid point of out scale factors
685      !                                                             !   =  'U', 'V', 'W, 'F', 'UW' or 'VW'
686      !
[6152]687      INTEGER ::   ji, jj, jk                                       ! dummy loop indices
[9023]688      REAL(wp) ::  zlnwd                                            ! =1./0. when ln_wd_il = T/F
[4292]689      !!----------------------------------------------------------------------
[5836]690      !
[9023]691      IF(ln_wd_il) THEN
[6152]692        zlnwd = 1.0_wp
693      ELSE
694        zlnwd = 0.0_wp
695      END IF
696      !
[5836]697      SELECT CASE ( pout )    !==  type of interpolation  ==!
[4292]698         !
[5836]699      CASE( 'U' )                   !* from T- to U-point : hor. surface weighted mean
[13295]700         DO_3D( 1, 0, 1, 0, 1, jpk )
[12377]701            pe3_out(ji,jj,jk) = 0.5_wp * (  umask(ji,jj,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) * r1_e1e2u(ji,jj)   &
702               &                       * (   e1e2t(ji  ,jj) * ( pe3_in(ji  ,jj,jk) - e3t_0(ji  ,jj,jk) )     &
703               &                           + e1e2t(ji+1,jj) * ( pe3_in(ji+1,jj,jk) - e3t_0(ji+1,jj,jk) ) )
704         END_3D
[10425]705         CALL lbc_lnk( 'domvvl', pe3_out(:,:,:), 'U', 1._wp )
[7753]706         pe3_out(:,:,:) = pe3_out(:,:,:) + e3u_0(:,:,:)
[5836]707         !
708      CASE( 'V' )                   !* from T- to V-point : hor. surface weighted mean
[13295]709         DO_3D( 1, 0, 1, 0, 1, jpk )
[12377]710            pe3_out(ji,jj,jk) = 0.5_wp * ( vmask(ji,jj,jk)  * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) * r1_e1e2v(ji,jj)   &
711               &                       * (   e1e2t(ji,jj  ) * ( pe3_in(ji,jj  ,jk) - e3t_0(ji,jj  ,jk) )     &
712               &                           + e1e2t(ji,jj+1) * ( pe3_in(ji,jj+1,jk) - e3t_0(ji,jj+1,jk) ) )
713         END_3D
[10425]714         CALL lbc_lnk( 'domvvl', pe3_out(:,:,:), 'V', 1._wp )
[7753]715         pe3_out(:,:,:) = pe3_out(:,:,:) + e3v_0(:,:,:)
[5836]716         !
717      CASE( 'F' )                   !* from U-point to F-point : hor. surface weighted mean
[13295]718         DO_3D( 1, 0, 1, 0, 1, jpk )
[12377]719            pe3_out(ji,jj,jk) = 0.5_wp * (  umask(ji,jj,jk) * umask(ji,jj+1,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) &
720               &                       *    r1_e1e2f(ji,jj)                                                  &
721               &                       * (   e1e2u(ji,jj  ) * ( pe3_in(ji,jj  ,jk) - e3u_0(ji,jj  ,jk) )     &
722               &                           + e1e2u(ji,jj+1) * ( pe3_in(ji,jj+1,jk) - e3u_0(ji,jj+1,jk) ) )
723         END_3D
[10425]724         CALL lbc_lnk( 'domvvl', pe3_out(:,:,:), 'F', 1._wp )
[7753]725         pe3_out(:,:,:) = pe3_out(:,:,:) + e3f_0(:,:,:)
[5836]726         !
727      CASE( 'W' )                   !* from T- to W-point : vertical simple mean
728         !
[7753]729         pe3_out(:,:,1) = e3w_0(:,:,1) + pe3_in(:,:,1) - e3t_0(:,:,1)
[5836]730         ! - ML - The use of mask in this formulea enables the special treatment of the last w-point without indirect adressing
731!!gm BUG? use here wmask in case of ISF ?  to be checked
[4292]732         DO jk = 2, jpk
[7753]733            pe3_out(:,:,jk) = e3w_0(:,:,jk) + ( 1.0_wp - 0.5_wp * ( tmask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) )   &
734               &                            * ( pe3_in(:,:,jk-1) - e3t_0(:,:,jk-1) )                               &
735               &                            +            0.5_wp * ( tmask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd )     &
736               &                            * ( pe3_in(:,:,jk  ) - e3t_0(:,:,jk  ) )
[4292]737         END DO
[5836]738         !
739      CASE( 'UW' )                  !* from U- to UW-point : vertical simple mean
740         !
[7753]741         pe3_out(:,:,1) = e3uw_0(:,:,1) + pe3_in(:,:,1) - e3u_0(:,:,1)
[4292]742         ! - ML - The use of mask in this formaula enables the special treatment of the last w- point without indirect adressing
[5836]743!!gm BUG? use here wumask in case of ISF ?  to be checked
[4292]744         DO jk = 2, jpk
[7753]745            pe3_out(:,:,jk) = e3uw_0(:,:,jk) + ( 1.0_wp - 0.5_wp * ( umask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) )  &
746               &                             * ( pe3_in(:,:,jk-1) - e3u_0(:,:,jk-1) )                              &
747               &                             +            0.5_wp * ( umask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd )    &
748               &                             * ( pe3_in(:,:,jk  ) - e3u_0(:,:,jk  ) )
[4292]749         END DO
[5836]750         !
751      CASE( 'VW' )                  !* from V- to VW-point : vertical simple mean
752         !
[7753]753         pe3_out(:,:,1) = e3vw_0(:,:,1) + pe3_in(:,:,1) - e3v_0(:,:,1)
[4292]754         ! - ML - The use of mask in this formaula enables the special treatment of the last w- point without indirect adressing
[5836]755!!gm BUG? use here wvmask in case of ISF ?  to be checked
[4292]756         DO jk = 2, jpk
[7753]757            pe3_out(:,:,jk) = e3vw_0(:,:,jk) + ( 1.0_wp - 0.5_wp * ( vmask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) )  &
758               &                             * ( pe3_in(:,:,jk-1) - e3v_0(:,:,jk-1) )                              &
759               &                             +            0.5_wp * ( vmask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd )    &
760               &                             * ( pe3_in(:,:,jk  ) - e3v_0(:,:,jk  ) )
[4292]761         END DO
762      END SELECT
763      !
764   END SUBROUTINE dom_vvl_interpol
765
[5836]766
[12377]767   SUBROUTINE dom_vvl_rst( kt, Kbb, Kmm, cdrw )
[4292]768      !!---------------------------------------------------------------------
769      !!                   ***  ROUTINE dom_vvl_rst  ***
[14098]770      !!                     
[4292]771      !! ** Purpose :   Read or write VVL file in restart file
772      !!
[14066]773      !! ** Method  : * restart comes from a linear ssh simulation :
774      !!                   an attempt to read e3t_n stops simulation
775      !!              * restart comes from a z-star, z-tilde, or layer :
776      !!                   read e3t_n and e3t_b
777      !!              * restart comes from a z-star :
778      !!                   set tilde_e3t_n, tilde_e3t_n, and hdiv_lf to 0
779      !!              * restart comes from layer :
780      !!                   read tilde_e3t_n and tilde_e3t_b
781      !!                   set hdiv_lf to 0
782      !!              * restart comes from a z-tilde:
783      !!                   read tilde_e3t_n, tilde_e3t_b, and hdiv_lf
784      !!
785      !!              NB: if l_1st_euler = T (ln_1st_euler or ssh_b not found)
786      !!                   Kbb fields set to Kmm ones
[4292]787      !!----------------------------------------------------------------------
[12377]788      INTEGER         , INTENT(in) ::   kt        ! ocean time-step
789      INTEGER         , INTENT(in) ::   Kbb, Kmm  ! ocean time level indices
790      CHARACTER(len=*), INTENT(in) ::   cdrw      ! "READ"/"WRITE" flag
[5836]791      !
[14066]792      INTEGER ::   ji, jj, jk      ! dummy loop indices
793      INTEGER ::   id3, id4, id5   ! local integers
[4292]794      !!----------------------------------------------------------------------
795      !
[14066]796      !                                      !=====================!
797      IF( TRIM(cdrw) == 'READ' ) THEN        !  Read / initialise  !
798         !                                   !=====================!
799         !
800         IF( ln_rstart ) THEN                   !==  Read the restart file  ==!
[4366]801            !
[14098]802#if defined key_agrif
803            IF ( (.NOT.Agrif_root()).AND.(ln_init_chfrpar) ) THEN
804               ! skip reading restart if initialized from parent:
805               id3 = -1 ; id4 = -1 ; id5 = -1
806            ELSE
807#endif
[14066]808            CALL rst_read_open                                          !*  open the restart file if necessary
809            !                                         ! --------- !
810            !                                         ! all cases !
811            !                                         ! --------- !
812            !
813            id3 = iom_varid( numror, 'tilde_e3t_b', ldstop = .FALSE. )  !*  check presence
[4292]814            id4 = iom_varid( numror, 'tilde_e3t_n', ldstop = .FALSE. )
[14066]815            id5 = iom_varid( numror, 'hdiv_lf'    , ldstop = .FALSE. )
[12377]816            !
[14098]817#if defined key_agrif
818            ENDIF
819#endif
[14066]820            !                                                           !*  scale factors
821            IF(lwp) WRITE(numout,*)    '          Kmm scale factor read in the restart file'
822            CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'e3t_n', e3t(:,:,:,Kmm) )
[14098]823            WHERE ( tmask(:,:,:) == 0.0_wp ) 
[14066]824               e3t(:,:,:,Kmm) = e3t_0(:,:,:)
825            END WHERE
826            IF( l_1st_euler ) THEN                       ! euler
827               IF(lwp) WRITE(numout,*) '          Euler first time step : e3t(Kbb) = e3t(Kmm)'
828               e3t(:,:,:,Kmm) = e3t(:,:,:,Kbb)
829            ELSE                                         ! leap frog
830               IF(lwp) WRITE(numout,*) '          Kbb scale factor read in the restart file'
831               CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'e3t_b', e3t(:,:,:,Kbb) )
[14098]832               WHERE ( tmask(:,:,:) == 0.0_wp ) 
[12377]833                  e3t(:,:,:,Kbb) = e3t_0(:,:,:)
[4990]834               END WHERE
[4292]835            ENDIF
[14066]836            !                                         ! ------------ !
837            IF( ln_vvl_zstar ) THEN                   !  z_star case !
838               !                                      ! ------------ !
[4292]839               IF( MIN( id3, id4 ) > 0 ) THEN
840                  CALL ctl_stop( 'dom_vvl_rst: z_star cannot restart from a z_tilde or layer run' )
841               ENDIF
[14066]842               !                                      ! ------------------------ !
843            ELSE                                      !  z_tilde and layer cases !
844               !                                      ! ------------------------ !
845               !
846               IF( id4 > 0 ) THEN                                       !*  scale factor increments
847                  IF(lwp) WRITE(numout,*)    '          Kmm scale factor increments read in the restart file'
848                  CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'tilde_e3t_n', tilde_e3t_n(:,:,:) )
849                  IF( l_1st_euler ) THEN                 ! euler
850                     IF(lwp) WRITE(numout,*) '          Euler first time step : tilde_e3t(Kbb) = tilde_e3t(Kmm)'
851                     tilde_e3t_b(:,:,:) = tilde_e3t_n(:,:,:)
852                  ELSE                                   ! leap frog
853                     IF(lwp) WRITE(numout,*) '          Kbb scale factor increments read in the restart file'
854                     CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'tilde_e3t_b', tilde_e3t_b(:,:,:) )
855                  ENDIF
[14098]856               ELSE
857                 tilde_e3t_b(:,:,:) = 0.0_wp
858                 tilde_e3t_n(:,:,:) = 0.0_wp
[4292]859               ENDIF
[14066]860               !                                      ! ------------ !
861               IF( ln_vvl_ztilde ) THEN               ! z_tilde case !
862                  !                                   ! ------------ !
[4292]863                  IF( id5 > 0 ) THEN  ! required array exists
[14066]864                     CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'hdiv_lf', hdiv_lf(:,:,:) )
[4292]865                  ELSE                ! array is missing
[14098]866                     hdiv_lf(:,:,:) = 0.0_wp 
[4292]867                  ENDIF
868               ENDIF
869            ENDIF
870            !
[14066]871         ELSE                                   !==  Initialize at "rest" with ssh  ==!
[7646]872            !
[14066]873            DO jk = 1, jpk
874               e3t(:,:,jk,Kmm) =  e3t_0(:,:,jk) * ( 1._wp + ssh(:,:,Kmm) * r1_ht_0(:,:) * tmask(:,:,jk) )
875            END DO
876            e3t(:,:,:,Kbb) = e3t(:,:,:,Kmm)
877            !
[4292]878            IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer) THEN
[7646]879               tilde_e3t_b(:,:,:) = 0._wp
880               tilde_e3t_n(:,:,:) = 0._wp
881               IF( ln_vvl_ztilde ) hdiv_lf(:,:,:) = 0._wp
[14066]882            ENDIF
[4292]883         ENDIF
[14066]884         !                                       !=======================!
885      ELSEIF( TRIM(cdrw) == 'WRITE' ) THEN       !  Create restart file  !
886         !                                       !=======================!
[14098]887#if defined key_agrif
888         IF ( .NOT.Agrif_root().AND.(ln_init_chfrpar) ) THEN
889            ! Interpolate initial ssh from parent:
890            CALL Agrif_istate_ssh( Kbb, Kmm )
891            !
892            DO jk = 1, jpk
893               e3t(:,:,jk,Kmm) =  e3t_0(:,:,jk) * ( ht_0(:,:) + ssh(:,:,Kmm)  ) &
894                 &                              / ( ht_0(:,:) + 1._wp - ssmask(:,:) ) * tmask(:,:,jk)   &
895                 &              + e3t_0(:,:,jk) * ( 1._wp - tmask(:,:,jk) )
896            END DO
897            e3t(:,:,:,Kbb) = e3t(:,:,:,Kmm)
898         ENDIF
899#endif
[5836]900         !
[4292]901         IF(lwp) WRITE(numout,*) '---- dom_vvl_rst ----'
902         !                                           ! --------- !
903         !                                           ! all cases !
904         !                                           ! --------- !
[14066]905         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'e3t_b', e3t(:,:,:,Kbb) )
906         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'e3t_n', e3t(:,:,:,Kmm) )
[4292]907         !                                           ! ----------------------- !
908         IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ) THEN  ! z_tilde and layer cases !
909            !                                        ! ----------------------- !
[14066]910            CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'tilde_e3t_b', tilde_e3t_b(:,:,:))
911            CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'tilde_e3t_n', tilde_e3t_n(:,:,:))
[4292]912         END IF
[14098]913         !                                           ! -------------!   
[4292]914         IF( ln_vvl_ztilde ) THEN                    ! z_tilde case !
915            !                                        ! ------------ !
[14066]916            CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'hdiv_lf', hdiv_lf(:,:,:))
[4292]917         ENDIF
[5836]918         !
[4292]919      ENDIF
[5836]920      !
[4292]921   END SUBROUTINE dom_vvl_rst
922
923
924   SUBROUTINE dom_vvl_ctl
925      !!---------------------------------------------------------------------
926      !!                  ***  ROUTINE dom_vvl_ctl  ***
[14098]927      !!               
[4292]928      !! ** Purpose :   Control the consistency between namelist options
929      !!                for vertical coordinate
930      !!----------------------------------------------------------------------
[5836]931      INTEGER ::   ioptio, ios
932      !!
[4292]933      NAMELIST/nam_vvl/ ln_vvl_zstar, ln_vvl_ztilde, ln_vvl_layer, ln_vvl_ztilde_as_zstar, &
[5836]934         &              ln_vvl_zstar_at_eqtor      , rn_ahe3     , rn_rst_e3t            , &
935         &              rn_lf_cutoff               , rn_zdef_max , ln_vvl_dbg                ! not yet implemented: ln_vvl_kepe
[14098]936      !!----------------------------------------------------------------------
[5836]937      !
[4294]938      READ  ( numnam_ref, nam_vvl, IOSTAT = ios, ERR = 901)
[11536]939901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'nam_vvl in reference namelist' )
[4294]940      READ  ( numnam_cfg, nam_vvl, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
[11536]941902   IF( ios >  0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nam_vvl in configuration namelist' )
[4624]942      IF(lwm) WRITE ( numond, nam_vvl )
[5836]943      !
[4292]944      IF(lwp) THEN                    ! Namelist print
945         WRITE(numout,*)
946         WRITE(numout,*) 'dom_vvl_ctl : choice/control of the variable vertical coordinate'
947         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
[9168]948         WRITE(numout,*) '   Namelist nam_vvl : chose a vertical coordinate'
949         WRITE(numout,*) '      zstar                      ln_vvl_zstar   = ', ln_vvl_zstar
950         WRITE(numout,*) '      ztilde                     ln_vvl_ztilde  = ', ln_vvl_ztilde
951         WRITE(numout,*) '      layer                      ln_vvl_layer   = ', ln_vvl_layer
952         WRITE(numout,*) '      ztilde as zstar   ln_vvl_ztilde_as_zstar  = ', ln_vvl_ztilde_as_zstar
[4292]953         WRITE(numout,*) '      ztilde near the equator    ln_vvl_zstar_at_eqtor  = ', ln_vvl_zstar_at_eqtor
[9168]954         WRITE(numout,*) '      !'
955         WRITE(numout,*) '      thickness diffusion coefficient                      rn_ahe3      = ', rn_ahe3
956         WRITE(numout,*) '      maximum e3t deformation fractional change            rn_zdef_max  = ', rn_zdef_max
[4292]957         IF( ln_vvl_ztilde_as_zstar ) THEN
[9168]958            WRITE(numout,*) '      ztilde running in zstar emulation mode (ln_vvl_ztilde_as_zstar=T) '
959            WRITE(numout,*) '         ignoring namelist timescale parameters and using:'
960            WRITE(numout,*) '            hard-wired : z-tilde to zstar restoration timescale (days)'
961            WRITE(numout,*) '                         rn_rst_e3t     = 0.e0'
962            WRITE(numout,*) '            hard-wired : z-tilde cutoff frequency of low-pass filter (days)'
[12489]963            WRITE(numout,*) '                         rn_lf_cutoff   = 1.0/rn_Dt'
[4292]964         ELSE
[9168]965            WRITE(numout,*) '      z-tilde to zstar restoration timescale (days)        rn_rst_e3t   = ', rn_rst_e3t
966            WRITE(numout,*) '      z-tilde cutoff frequency of low-pass filter (days)   rn_lf_cutoff = ', rn_lf_cutoff
[4292]967         ENDIF
[9168]968         WRITE(numout,*) '         debug prints flag                                 ln_vvl_dbg   = ', ln_vvl_dbg
[4292]969      ENDIF
[5836]970      !
[4292]971      ioptio = 0                      ! Parameter control
[5836]972      IF( ln_vvl_ztilde_as_zstar )   ln_vvl_ztilde = .true.
973      IF( ln_vvl_zstar           )   ioptio = ioptio + 1
974      IF( ln_vvl_ztilde          )   ioptio = ioptio + 1
975      IF( ln_vvl_layer           )   ioptio = ioptio + 1
976      !
[4292]977      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'Choose ONE vertical coordinate in namelist nam_vvl' )
[5836]978      !
[4292]979      IF(lwp) THEN                   ! Print the choice
980         WRITE(numout,*)
[9168]981         IF( ln_vvl_zstar           ) WRITE(numout,*) '      ==>>>   zstar vertical coordinate is used'
982         IF( ln_vvl_ztilde          ) WRITE(numout,*) '      ==>>>   ztilde vertical coordinate is used'
983         IF( ln_vvl_layer           ) WRITE(numout,*) '      ==>>>   layer vertical coordinate is used'
984         IF( ln_vvl_ztilde_as_zstar ) WRITE(numout,*) '      ==>>>   to emulate a zstar coordinate'
[4292]985      ENDIF
[5836]986      !
[4486]987#if defined key_agrif
[9190]988      IF( (.NOT.Agrif_Root()).AND.(.NOT.ln_vvl_zstar) )   CALL ctl_stop( 'AGRIF is implemented with zstar coordinate only' )
[4486]989#endif
[5836]990      !
[4292]991   END SUBROUTINE dom_vvl_ctl
992
[13237]993#endif
994
[592]995   !!======================================================================
996END MODULE domvvl
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.