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isfcpl.F90 in NEMO/branches/2020/dev_r14116_HPC-04_mcastril_Mixed_Precision_implementation_final/src/OCE/ISF – NEMO

source: NEMO/branches/2020/dev_r14116_HPC-04_mcastril_Mixed_Precision_implementation_final/src/OCE/ISF/isfcpl.F90 @ 14644

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