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.
ablmod.F90 in NEMO/branches/2021/ticket2632_r14588_theta_sbcblk/src/ABL – NEMO

source: NEMO/branches/2021/ticket2632_r14588_theta_sbcblk/src/ABL/ablmod.F90 @ 15554

Last change on this file since 15554 was 15554, checked in by gsamson, 3 years ago

adapt ABL routines to new potential temperature computation and reintroduce rn_vfac for ABL; ticket #2632

File size: 64.0 KB
Line 
1MODULE ablmod
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  ablmod  ***
4   !! Surface module :  ABL computation to provide atmospheric data
5   !!                   for surface fluxes computation
6   !!======================================================================
7   !! History :  3.6  ! 2019-03  (F. Lemarié & G. Samson)  Original code
8   !!----------------------------------------------------------------------
9
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   !!   abl_stp       : ABL single column model
12   !!   abl_zdf_tke   : atmospheric vertical closure
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   USE abl            ! ABL dynamics and tracers
15   USE par_abl        ! ABL constants
16
17   USE phycst         ! physical constants
18   USE dom_oce, ONLY  : tmask
19   USE sbc_oce, ONLY  : ght_abl, ghw_abl, e3t_abl, e3w_abl, jpka, jpkam1, rhoa
20   USE sbcblk         ! use rn_efac
21   USE sbc_phy        ! Catalog of functions for physical/meteorological parameters in the marine boundary layer
22   !
23   USE prtctl         ! Print control                    (prt_ctl routine)
24   USE iom            ! IOM library
25   USE in_out_manager ! I/O manager
26   USE lib_mpp        ! MPP library
27   USE timing         ! Timing
28
29   IMPLICIT NONE
30
31   PUBLIC   abl_stp   ! called by sbcabl.F90
32   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ustar2, zrough
33   !! * Substitutions
34#  include "do_loop_substitute.h90"
35
36CONTAINS
37
38
39!===================================================================================================
40   SUBROUTINE abl_stp( kt, psst, pssu, pssv, pssq,            &     ! in
41              &            pu_dta, pv_dta, pt_dta, pq_dta,    &
42              &            pslp_dta, pgu_dta, pgv_dta,        &
43              &            pcd_du, psen, pevp, plat,          &     ! in/out
44              &            pwndm, ptaui, ptauj, ptaum         &
45#if defined key_si3
46              &          , ptm_su, pssu_ice, pssv_ice         &
47              &          , pssq_ice, pcd_du_ice, psen_ice     &
48              &          , pevp_ice, pwndm_ice, pfrac_oce     &
49              &          , ptaui_ice, ptauj_ice               &
50#endif
51              &      )
52!---------------------------------------------------------------------------------------------------
53
54      !!---------------------------------------------------------------------
55      !!                    ***  ROUTINE abl_stp ***
56      !!
57      !! ** Purpose :   Time-integration of the ABL model
58      !!
59      !! ** Method  :   Compute atmospheric variables : vertical turbulence
60      !!                             + Coriolis term + newtonian relaxation
61      !!
62      !! ** Action  : - Advance TKE to time n+1 and compute Avm_abl, Avt_abl, PBLh
63      !!              - Advance tracers to time n+1 (Euler backward scheme)
64      !!              - Compute Coriolis term with forward-backward scheme (possibly with geostrophic guide)
65      !!              - Advance u,v to time n+1 (Euler backward scheme)
66      !!              - Apply newtonian relaxation on the dynamics and the tracers
67      !!              - Finalize flux computation in psen, pevp, pwndm, ptaui, ptauj, ptaum
68      !!
69      !!----------------------------------------------------------------------
70      INTEGER  , INTENT(in   )                   ::   kt         ! time step index
71      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   psst       ! sea-surface temperature [Celsius]
72      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pssu       ! sea-surface u (U-point)
73      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pssv       ! sea-surface v (V-point)
74      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pssq       ! sea-surface humidity
75      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pu_dta     ! large-scale windi
76      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pv_dta     ! large-scale windj
77      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pgu_dta    ! large-scale hpgi
78      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pgv_dta    ! large-scale hpgj
79      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pt_dta     ! large-scale pot. temp.
80      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:,:) ::   pq_dta     ! large-scale humidity
81      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pslp_dta   ! sea-level pressure
82      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pcd_du     ! Cd x Du (T-point)
83      REAL(wp) , INTENT(inout), DIMENSION(:,:  ) ::   psen       ! Ch x Du
84      REAL(wp) , INTENT(inout), DIMENSION(:,:  ) ::   pevp       ! Ce x Du
85      REAL(wp) , INTENT(inout), DIMENSION(:,:  ) ::   pwndm      ! ||uwnd - uoce||
86      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ) ::   plat       ! latent heat flux
87      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ) ::   ptaui      ! taux
88      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ) ::   ptauj      ! tauy
89      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ) ::   ptaum      ! ||tau||
90      !
91#if defined key_si3
92      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   ptm_su       ! ice-surface temperature [K]
93      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pssu_ice     ! ice-surface u (U-point)
94      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pssv_ice     ! ice-surface v (V-point)
95      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pssq_ice     ! ice-surface humidity
96      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pcd_du_ice   ! Cd x Du over ice (T-point)
97      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   psen_ice     ! Ch x Du over ice (T-point)
98      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pevp_ice     ! Ce x Du over ice (T-point)
99      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pwndm_ice    ! ||uwnd - uice||
100      REAL(wp) , INTENT(in   ), DIMENSION(:,:  ) ::   pfrac_oce    ! ocean fraction
101      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ) ::   ptaui_ice    ! ice-surface taux stress (U-point)
102      REAL(wp) , INTENT(  out), DIMENSION(:,:  ) ::   ptauj_ice    ! ice-surface tauy stress (V-point)
103#endif
104      !
105      REAL(wp), DIMENSION(1:jpi,1:jpj       )    ::   zwnd_i, zwnd_j
106      REAL(wp), DIMENSION(1:jpi,1:jpj       )    ::   zsspt
107      REAL(wp), DIMENSION(1:jpi,1:jpj       )    ::   ztabs, zpre
108      REAL(wp), DIMENSION(1:jpi      ,2:jpka)    ::   zCF
109      !
110      REAL(wp), DIMENSION(1:jpi      ,1:jpka)    ::   z_elem_a
111      REAL(wp), DIMENSION(1:jpi      ,1:jpka)    ::   z_elem_b
112      REAL(wp), DIMENSION(1:jpi      ,1:jpka)    ::   z_elem_c
113      !
114      INTEGER             ::   ji, jj, jk, jtra, jbak               ! dummy loop indices
115      REAL(wp)            ::   zztmp, zcff, ztemp, zhumi, zcff1, zztmp1, zztmp2
116      REAL(wp)            ::   zcff2, zfcor, zmsk, zsig, zcffu, zcffv, zzice,zzoce
117      LOGICAL             ::   SemiImp_Cor = .TRUE.
118      !
119      !!---------------------------------------------------------------------
120      !
121      IF(lwp .AND. kt == nit000) THEN                  ! control print
122         WRITE(numout,*)
123         WRITE(numout,*) 'abl_stp : ABL time stepping'
124         WRITE(numout,*) '~~~~~~'
125      ENDIF
126      !
127      IF( kt == nit000 ) ALLOCATE ( ustar2( 1:jpi, 1:jpj ) )
128      IF( kt == nit000 ) ALLOCATE ( zrough( 1:jpi, 1:jpj ) )
129      !! Compute ustar squared as Cd || Uatm-Uoce ||^2
130      !! needed for surface boundary condition of TKE
131      !! pwndm contains | U10m - U_oce | (see blk_oce_1 in sbcblk)
132      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
133         zzoce         = pCd_du    (ji,jj) * pwndm    (ji,jj)
134#if defined key_si3
135         zzice         = pCd_du_ice(ji,jj) * pwndm_ice(ji,jj)
136         ustar2(ji,jj) = zzoce * pfrac_oce(ji,jj) + (1._wp - pfrac_oce(ji,jj)) * zzice
137#else
138         ustar2(ji,jj) = zzoce
139#endif
140         !#LB: sorry Cdn_oce is gone:
141         !zrough(ji,jj) = ght_abl(2) * EXP( - vkarmn / SQRT( MAX( Cdn_oce(ji,jj), 1.e-4 ) ) ) !<-- recover the value of z0 from Cdn_oce
142      END_2D
143
144      zrough(:,:) = z0_from_Cd( ght_abl(2), pCd_du(:,:) / MAX( pwndm(:,:), 0.5_wp ) ) ! #LB: z0_from_Cd is define in sbc_phy.F90...
145
146      ! sea surface potential temperature [K]
147      zsspt(:,:) = theta_exner( psst(:,:)+rt0, pslp_dta(:,:) )
148
149      !
150      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
151      !                            !  1 *** Advance TKE to time n+1 and compute Avm_abl, Avt_abl, PBLh
152      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
153
154      CALL abl_zdf_tke( )                       !--> Avm_abl, Avt_abl, pblh defined on (1,jpi) x (1,jpj)
155
156      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
157      !                            !  2 *** Advance tracers to time n+1
158      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
159
160      !-------------
161      DO jj = 1, jpj    ! outer loop             !--> tq_abl computed on (1:jpi) x (1:jpj)
162      !-------------
163         ! Compute matrix elements for interior points
164         DO jk = 3, jpkam1
165            DO ji = 1, jpi   ! vector opt.
166               z_elem_a( ji, jk ) = - rDt_abl * Avt_abl( ji, jj, jk-1 ) / e3w_abl( jk-1 )   ! lower-diagonal
167               z_elem_c( ji, jk ) = - rDt_abl * Avt_abl( ji, jj, jk   ) / e3w_abl( jk   )   ! upper-diagonal
168               z_elem_b( ji, jk ) = e3t_abl(jk) - z_elem_a( ji, jk ) - z_elem_c( ji, jk )   !       diagonal
169            END DO
170         END DO
171         ! Boundary conditions
172         DO ji = 1, jpi   ! vector opt.
173            ! Neumann at the bottom
174            z_elem_a( ji,    2 ) = 0._wp
175            z_elem_c( ji,    2 ) = - rDt_abl * Avt_abl( ji, jj,    2 ) / e3w_abl(    2 )
176            ! Homogeneous Neumann at the top
177            z_elem_a( ji, jpka ) = - rDt_abl * Avt_abl( ji, jj, jpka ) / e3w_abl( jpka )
178            z_elem_c( ji, jpka ) = 0._wp
179            z_elem_b( ji, jpka ) = e3t_abl( jpka ) - z_elem_a( ji, jpka )
180         END DO
181
182         DO jtra = 1,jptq  ! loop on active tracers
183
184            DO jk = 3, jpkam1
185               !DO ji = 2, jpim1
186               DO ji = 1,jpi  !!GS: to be checked if needed
187                  tq_abl( ji, jj, jk, nt_a, jtra ) = e3t_abl(jk) * tq_abl( ji, jj, jk, nt_n, jtra )   ! initialize right-hand-side
188               END DO
189            END DO
190
191            IF(jtra == jp_ta) THEN
192               DO ji = 1,jpi  ! surface boundary condition for temperature
193                  zztmp1 = psen(ji, jj)
194                  zztmp2 = psen(ji, jj) * zsspt(ji, jj)
195#if defined key_si3
196                  zztmp1 = zztmp1 * pfrac_oce(ji,jj) + (1._wp - pfrac_oce(ji,jj)) * psen_ice(ji,jj)
197                  zztmp2 = zztmp2 * pfrac_oce(ji,jj) + (1._wp - pfrac_oce(ji,jj)) * psen_ice(ji,jj) * ptm_su(ji,jj)
198#endif
199                  z_elem_b( ji,        2             ) = e3t_abl(    2 ) - z_elem_c( ji,        2             ) + rDt_abl * zztmp1
200                  tq_abl  ( ji, jj,    2, nt_a, jtra ) = e3t_abl(    2 ) * tq_abl  ( ji, jj,    2, nt_n, jtra ) + rDt_abl * zztmp2
201                  tq_abl  ( ji, jj, jpka, nt_a, jtra ) = e3t_abl( jpka ) * tq_abl  ( ji, jj, jpka, nt_n, jtra )
202               END DO
203            ELSE ! jp_qa
204               DO ji = 1,jpi  ! surface boundary condition for humidity
205                  zztmp1 = pevp(ji, jj)
206                  zztmp2 = pevp(ji, jj) * pssq(ji, jj)
207#if defined key_si3
208                  zztmp1 = zztmp1 * pfrac_oce(ji,jj) + (1._wp - pfrac_oce(ji,jj)) * pevp_ice(ji,jj)
209                  zztmp2 = zztmp2 * pfrac_oce(ji,jj) + (1._wp - pfrac_oce(ji,jj)) * pevp_ice(ji, jj) * pssq_ice(ji, jj)
210#endif
211                  z_elem_b( ji,     2                ) = e3t_abl(    2 ) - z_elem_c( ji,        2             ) + rDt_abl * zztmp1
212                  tq_abl  ( ji, jj, 2   , nt_a, jtra ) = e3t_abl(    2 ) * tq_abl  ( ji, jj,    2, nt_n, jtra ) + rDt_abl * zztmp2
213                  tq_abl  ( ji, jj, jpka, nt_a, jtra ) = e3t_abl( jpka ) * tq_abl  ( ji, jj, jpka, nt_n, jtra )
214               END DO
215            END IF
216            !!
217            !! Matrix inversion
218            !! ----------------------------------------------------------
219            DO ji = 1,jpi
220               zcff                            =  1._wp / z_elem_b( ji, 2 )
221               zCF   ( ji,     2             ) = - zcff * z_elem_c( ji, 2 )
222               tq_abl( ji, jj, 2, nt_a, jtra ) =   zcff * tq_abl( ji, jj, 2, nt_a, jtra )
223            END DO
224
225            DO jk = 3, jpka
226               DO ji = 1,jpi
227                  zcff = 1._wp / ( z_elem_b( ji, jk ) + z_elem_a( ji, jk ) * zCF( ji, jk-1 ) )
228                  zCF(ji,jk) = - zcff * z_elem_c( ji, jk )
229                  tq_abl(ji,jj,jk,nt_a,jtra) = zcff * ( tq_abl(ji,jj,jk  ,nt_a,jtra)   &
230                     &           - z_elem_a(ji, jk) *   tq_abl(ji,jj,jk-1,nt_a,jtra) )
231               END DO
232            END DO
233            !!FL at this point we could check positivity of tq_abl(:,:,:,nt_a,jp_qa) ... test to do ...
234            DO jk = jpkam1,2,-1
235               DO ji = 1,jpi
236                  tq_abl(ji,jj,jk,nt_a,jtra) = tq_abl(ji,jj,jk,nt_a,jtra) +    &
237                     &                        zCF(ji,jk) * tq_abl(ji,jj,jk+1,nt_a,jtra)
238               END DO
239            END DO
240
241         END DO   !<-- loop on tracers
242         !!
243      !-------------
244      END DO             ! end outer loop
245      !-------------
246
247      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
248      !                            !  3 *** Compute Coriolis term with geostrophic guide
249      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
250      IF( SemiImp_Cor ) THEN
251
252         !-------------
253         DO jk = 2, jpka    ! outer loop
254         !-------------
255            !
256            ! Advance u_abl & v_abl to time n+1
257            DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
258               zcff = ( fft_abl(ji,jj) * rDt_abl )*( fft_abl(ji,jj) * rDt_abl )  ! (f dt)**2
259
260               u_abl( ji, jj, jk, nt_a ) = e3t_abl(jk) *(                                          &
261                  &        (1._wp-gamma_Cor*(1._wp-gamma_Cor)*zcff) * u_abl( ji, jj, jk, nt_n )    &
262                  &                     + rDt_abl * fft_abl(ji, jj) * v_abl( ji, jj, jk, nt_n ) )  &
263                  &                               / (1._wp + gamma_Cor*gamma_Cor*zcff)
264
265               v_abl( ji, jj, jk, nt_a ) =  e3t_abl(jk) *(                                         &
266                  &        (1._wp-gamma_Cor*(1._wp-gamma_Cor)*zcff) * v_abl( ji, jj, jk, nt_n )    &
267                  &                     - rDt_abl * fft_abl(ji, jj) * u_abl( ji, jj, jk, nt_n ) )  &
268                  &                               / (1._wp + gamma_Cor*gamma_Cor*zcff)
269            END_2D
270            !
271         !-------------
272         END DO             ! end outer loop  !<-- u_abl and v_abl are properly updated on (1:jpi) x (1:jpj)
273         !-------------
274         !
275         IF( ln_geos_winds ) THEN
276            DO jj = 1, jpj    ! outer loop
277               DO jk = 1, jpka
278                  DO ji = 1, jpi
279                     u_abl( ji, jj, jk, nt_a ) = u_abl( ji, jj, jk, nt_a )   &
280                        &                      - rDt_abl * e3t_abl(jk) * fft_abl(ji  , jj) * pgv_dta(ji  ,jj  ,jk)
281                     v_abl( ji, jj, jk, nt_a ) = v_abl( ji, jj, jk, nt_a )   &
282                        &                      + rDt_abl * e3t_abl(jk) * fft_abl(ji, jj  ) * pgu_dta(ji  ,jj  ,jk)
283                  END DO
284               END DO
285            END DO
286         END IF
287         !
288         IF( ln_hpgls_frc ) THEN
289            DO jj = 1, jpj    ! outer loop
290               DO jk = 1, jpka
291                  DO ji = 1, jpi
292                     u_abl( ji, jj, jk, nt_a ) = u_abl( ji, jj, jk, nt_a ) - rDt_abl * e3t_abl(jk) * pgu_dta(ji,jj,jk)
293                     v_abl( ji, jj, jk, nt_a ) = v_abl( ji, jj, jk, nt_a ) - rDt_abl * e3t_abl(jk) * pgv_dta(ji,jj,jk)
294                  ENDDO
295               ENDDO
296            ENDDO
297         END IF
298
299      ELSE ! SemiImp_Cor = .FALSE.
300
301         IF( ln_geos_winds ) THEN
302
303            !-------------
304            DO jk = 2, jpka    ! outer loop
305            !-------------
306               !
307               IF( MOD( kt, 2 ) == 0 ) then
308                  ! Advance u_abl & v_abl to time n+1
309                  DO jj = 1, jpj
310                     DO ji = 1, jpi
311                        zcff = fft_abl(ji,jj) * ( v_abl ( ji , jj  , jk, nt_n ) - pgv_dta(ji  ,jj  ,jk)  )
312                        u_abl( ji, jj, jk, nt_a ) =                u_abl( ji, jj, jk, nt_n ) + rDt_abl * zcff
313                        zcff = fft_abl(ji,jj) * ( u_abl ( ji , jj  , jk, nt_a ) - pgu_dta(ji  ,jj  ,jk)  )
314                        v_abl( ji, jj, jk, nt_a ) = e3t_abl(jk) *( v_abl( ji, jj, jk, nt_n ) - rDt_abl * zcff )
315                        u_abl( ji, jj, jk, nt_a ) = e3t_abl(jk) *  u_abl( ji, jj, jk, nt_a )
316                     END DO
317                  END DO
318               ELSE
319                  DO jj = 1, jpj
320                     DO ji = 1, jpi
321                        zcff = fft_abl(ji,jj) * ( u_abl ( ji , jj  , jk, nt_n ) - pgu_dta(ji  ,jj  ,jk)  )
322                        v_abl( ji, jj, jk, nt_a ) =                v_abl( ji, jj, jk, nt_n ) - rDt_abl * zcff
323                        zcff = fft_abl(ji,jj) * ( v_abl ( ji , jj  , jk, nt_a ) - pgv_dta(ji  ,jj  ,jk)  )
324                        u_abl( ji, jj, jk, nt_a ) = e3t_abl(jk) *( u_abl( ji, jj, jk, nt_n ) + rDt_abl * zcff )
325                        v_abl( ji, jj, jk, nt_a ) = e3t_abl(jk) *  v_abl( ji, jj, jk, nt_a )
326                     END DO
327                  END DO
328               END IF
329               !
330            !-------------
331            END DO             ! end outer loop  !<-- u_abl and v_abl are properly updated on (1:jpi) x (1:jpj)
332            !-------------
333
334         ENDIF ! ln_geos_winds
335
336      ENDIF ! SemiImp_Cor
337      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
338      !                            !  4 *** Advance u,v to time n+1
339      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
340      !
341      !  Vertical diffusion for u_abl
342      !-------------
343      DO jj = 1, jpj    ! outer loop
344      !-------------
345
346         DO jk = 3, jpkam1
347            DO ji = 1, jpi
348               z_elem_a( ji, jk ) = - rDt_abl * Avm_abl( ji, jj, jk-1 ) / e3w_abl( jk-1 )   ! lower-diagonal
349               z_elem_c( ji, jk ) = - rDt_abl * Avm_abl( ji, jj, jk   ) / e3w_abl( jk   )   ! upper-diagonal
350               z_elem_b( ji, jk ) = e3t_abl(jk) - z_elem_a( ji, jk ) - z_elem_c( ji, jk )   !       diagonal
351            END DO
352         END DO
353
354         DO ji = 2, jpi   ! boundary conditions (Avm_abl and pcd_du must be available at ji=jpi)
355            !++ Surface boundary condition
356            z_elem_a( ji, 2 ) = 0._wp
357            z_elem_c( ji, 2 ) = - rDt_abl * Avm_abl( ji, jj, 2 ) / e3w_abl( 2 )
358            !
359            zztmp1 = pcd_du(ji, jj)
360            zztmp2 = 0.5_wp * pcd_du(ji, jj) * ( pssu(ji-1, jj) + pssu(ji, jj  ) ) * rn_vfac
361#if defined key_si3
362            zztmp1 = zztmp1 * pfrac_oce(ji,jj) + (1._wp - pfrac_oce(ji,jj)) * pcd_du_ice(ji, jj)
363            zzice  = 0.5_wp * ( pssu_ice(ji-1, jj) + pssu_ice(ji, jj  ) ) * rn_vfac
364            zztmp2 = zztmp2 * pfrac_oce(ji,jj) + (1._wp - pfrac_oce(ji,jj)) * pcd_du_ice(ji, jj) * zzice
365#endif
366            z_elem_b( ji,     2       ) = e3t_abl( 2 ) - z_elem_c( ji, 2 ) + rDt_abl * zztmp1
367            u_abl( ji, jj,    2, nt_a ) =         u_abl( ji, jj, 2, nt_a ) + rDt_abl * zztmp2
368
369            ! idealized test cases only
370            !IF( ln_topbc_neumann ) THEN
371            !   !++ Top Neumann B.C.
372            !   z_elem_a( ji,     jpka ) = - rDt_abl * Avm_abl( ji, jj, jpka ) / e3w_abl( jpka )
373            !   z_elem_c( ji,     jpka ) = 0._wp
374            !   z_elem_b( ji,     jpka ) = e3t_abl( jpka ) - z_elem_a( ji,     jpka )
375            !   !u_abl   ( ji, jj, jpka, nt_a ) = e3t_abl( jpka ) * u_abl   ( ji, jj, jpka, nt_a )
376            !ELSE
377               !++ Top Dirichlet B.C.
378               z_elem_a( ji,     jpka )       = 0._wp
379               z_elem_c( ji,     jpka )       = 0._wp
380               z_elem_b( ji,     jpka )       = e3t_abl( jpka )
381               u_abl   ( ji, jj, jpka, nt_a ) = e3t_abl( jpka ) * pu_dta(ji,jj,jk)
382            !ENDIF
383
384         END DO
385         !!
386         !! Matrix inversion
387         !! ----------------------------------------------------------
388         DO ji = 1, jpi  !DO ji = 2, jpi !!GS: TBI
389            zcff                 =   1._wp / z_elem_b( ji, 2 )
390            zCF   (ji,   2     ) =  - zcff * z_elem_c( ji,     2       )
391            u_abl (ji,jj,2,nt_a) =    zcff * u_abl   ( ji, jj, 2, nt_a )
392         END DO
393
394         DO jk = 3, jpka
395            DO ji = 2, jpi
396               zcff = 1._wp / ( z_elem_b( ji, jk ) + z_elem_a( ji, jk ) * zCF   (ji, jk-1 ) )
397               zCF(ji,jk) = - zcff * z_elem_c( ji, jk )
398               u_abl(ji,jj,jk,nt_a) = zcff * ( u_abl(ji,jj,jk  ,nt_a)   &
399               &          - z_elem_a(ji, jk) * u_abl(ji,jj,jk-1,nt_a) )
400            END DO
401         END DO
402
403         DO jk = jpkam1,2,-1
404            DO ji = 2, jpi
405               u_abl(ji,jj,jk,nt_a) = u_abl(ji,jj,jk,nt_a) + zCF(ji,jk) * u_abl(ji,jj,jk+1,nt_a)
406            END DO
407         END DO
408
409      !-------------
410      END DO             ! end outer loop
411      !-------------
412
413      !
414      !  Vertical diffusion for v_abl
415      !-------------
416      DO jj = 2, jpj   ! outer loop
417      !-------------
418         !
419         DO jk = 3, jpkam1
420            DO ji = 1, jpi
421               z_elem_a( ji, jk ) = - rDt_abl * Avm_abl( ji, jj, jk-1 ) / e3w_abl( jk-1 )   ! lower-diagonal
422               z_elem_c( ji, jk ) = - rDt_abl * Avm_abl( ji, jj, jk   ) / e3w_abl( jk   )   ! upper-diagonal
423               z_elem_b( ji, jk ) = e3t_abl(jk) - z_elem_a( ji, jk ) - z_elem_c( ji, jk )   !       diagonal
424            END DO
425         END DO
426
427         DO ji = 1, jpi   ! boundary conditions (Avm_abl and pcd_du must be available at jj=jpj)
428            !++ Surface boundary condition
429            z_elem_a( ji, 2 ) = 0._wp
430            z_elem_c( ji, 2 ) = - rDt_abl * Avm_abl( ji, jj, 2 ) / e3w_abl( 2 )
431            !
432            zztmp1 = pcd_du(ji, jj)
433            zztmp2 = 0.5_wp * pcd_du(ji, jj) * ( pssv(ji, jj) + pssv(ji, jj-1) ) * rn_vfac
434#if defined key_si3
435            zztmp1 = zztmp1 * pfrac_oce(ji,jj) + (1._wp - pfrac_oce(ji,jj)) * pcd_du_ice(ji, jj)
436            zzice  = 0.5_wp * ( pssv_ice(ji, jj) + pssv_ice(ji, jj-1) ) * rn_vfac
437            zztmp2 = zztmp2 * pfrac_oce(ji,jj) + (1._wp - pfrac_oce(ji,jj)) * pcd_du_ice(ji, jj) * zzice
438#endif
439            z_elem_b( ji,     2       ) = e3t_abl( 2 ) - z_elem_c( ji, 2 ) + rDt_abl * zztmp1
440            v_abl( ji, jj,    2, nt_a ) =         v_abl( ji, jj, 2, nt_a ) + rDt_abl * zztmp2
441
442            ! idealized test cases only
443            !IF( ln_topbc_neumann ) THEN
444            !   !++ Top Neumann B.C.
445            !   z_elem_a( ji,     jpka ) = - rDt_abl * Avm_abl( ji, jj, jpka ) / e3w_abl( jpka )
446            !   z_elem_c( ji,     jpka ) = 0._wp
447            !   z_elem_b( ji,     jpka ) = e3t_abl( jpka ) - z_elem_a( ji,     jpka )
448            !   !v_abl   ( ji, jj, jpka, nt_a ) = e3t_abl( jpka ) * v_abl   ( ji, jj, jpka, nt_a )
449            !ELSE
450               !++ Top Dirichlet B.C.
451               z_elem_a( ji,     jpka )       = 0._wp
452               z_elem_c( ji,     jpka )       = 0._wp
453               z_elem_b( ji,     jpka )       = e3t_abl( jpka )
454               v_abl   ( ji, jj, jpka, nt_a ) = e3t_abl( jpka ) * pv_dta(ji,jj,jk)
455            !ENDIF
456
457         END DO
458         !!
459         !! Matrix inversion
460         !! ----------------------------------------------------------
461         DO ji = 1, jpi
462            zcff                 =   1._wp / z_elem_b( ji, 2 )
463            zCF   (ji,   2     ) =  - zcff * z_elem_c( ji,     2       )
464            v_abl (ji,jj,2,nt_a) =    zcff * v_abl   ( ji, jj, 2, nt_a )
465         END DO
466
467         DO jk = 3, jpka
468            DO ji = 1, jpi
469               zcff = 1._wp / ( z_elem_b( ji, jk ) + z_elem_a( ji, jk ) * zCF   (ji, jk-1 ) )
470               zCF(ji,jk) = - zcff * z_elem_c( ji, jk )
471               v_abl(ji,jj,jk,nt_a) = zcff * ( v_abl(ji,jj,jk  ,nt_a)   &
472               &          - z_elem_a(ji, jk) * v_abl(ji,jj,jk-1,nt_a) )
473            END DO
474         END DO
475
476         DO jk = jpkam1,2,-1
477            DO ji = 1, jpi
478               v_abl(ji,jj,jk,nt_a) = v_abl(ji,jj,jk,nt_a) + zCF(ji,jk) * v_abl(ji,jj,jk+1,nt_a)
479            END DO
480         END DO
481         !
482      !-------------
483      END DO             ! end outer loop
484      !-------------
485
486      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
487      !                            !  5 *** Apply nudging on the dynamics and the tracers
488      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
489
490      IF( nn_dyn_restore > 0  ) THEN
491         !-------------
492         DO jk = 2, jpka    ! outer loop
493         !-------------
494            DO_2D( nn_hls-1, nn_hls, nn_hls-1, nn_hls )
495               zcff1 = pblh( ji, jj )
496               zsig  = ght_abl(jk) / MAX( jp_pblh_min,  MIN(  jp_pblh_max, zcff1  ) )
497               zsig  =               MIN( jp_bmax    ,  MAX(         zsig, jp_bmin) )
498               zmsk  = msk_abl(ji,jj)
499               zcff2 = jp_alp3_dyn * zsig**3 + jp_alp2_dyn * zsig**2   &
500                  &  + jp_alp1_dyn * zsig    + jp_alp0_dyn
501               zcff  = (1._wp-zmsk) + zmsk * zcff2 * rDt_abl   ! zcff = 1 for masked points
502                                                               ! rn_Dt = rDt_abl / nn_fsbc
503               zcff  = zcff * rest_eq(ji,jj)
504               u_abl( ji, jj, jk, nt_a ) = (1._wp - zcff ) *  u_abl( ji, jj, jk, nt_a )   &
505                  &                               + zcff   * pu_dta( ji, jj, jk       )
506               v_abl( ji, jj, jk, nt_a ) = (1._wp - zcff ) *  v_abl( ji, jj, jk, nt_a )   &
507                  &                               + zcff   * pv_dta( ji, jj, jk       )
508            END_2D
509         !-------------
510         END DO             ! end outer loop
511         !-------------
512      END IF
513
514      !-------------
515      DO jk = 2, jpka    ! outer loop
516      !-------------
517         DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
518            zcff1 = pblh( ji, jj )
519            zsig  = ght_abl(jk) / MAX( jp_pblh_min,  MIN(  jp_pblh_max, zcff1  ) )
520            zsig  =               MIN( jp_bmax    ,  MAX(         zsig, jp_bmin) )
521            zmsk  = msk_abl(ji,jj)
522            zcff2 = jp_alp3_tra * zsig**3 + jp_alp2_tra * zsig**2   &
523               &  + jp_alp1_tra * zsig    + jp_alp0_tra
524            zcff  = (1._wp-zmsk) + zmsk * zcff2 * rDt_abl   ! zcff = 1 for masked points
525                                                            ! rn_Dt = rDt_abl / nn_fsbc
526            tq_abl( ji, jj, jk, nt_a, jp_ta ) = (1._wp - zcff ) * tq_abl( ji, jj, jk, nt_a, jp_ta )   &
527               &                                       + zcff   * pt_dta( ji, jj, jk )
528
529            tq_abl( ji, jj, jk, nt_a, jp_qa ) = (1._wp - zcff ) * tq_abl( ji, jj, jk, nt_a, jp_qa )   &
530               &                                       + zcff   * pq_dta( ji, jj, jk )
531
532         END_2D
533      !-------------
534      END DO             ! end outer loop
535      !-------------
536      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
537      !                            !  6 *** MPI exchanges & IOM outputs
538      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
539      !
540      CALL lbc_lnk( 'ablmod',  u_abl(:,:,:,nt_a      ), 'T', -1._wp,  v_abl(:,:,:,nt_a)      , 'T', -1._wp                            )
541      !CALL lbc_lnk( 'ablmod', tq_abl(:,:,:,nt_a,jp_ta), 'T',  1._wp, tq_abl(:,:,:,nt_a,jp_qa), 'T',  1._wp, kfillmode = jpfillnothing )   ! ++++ this should not be needed...
542      !
543#if defined key_xios
544      ! 2D & first ABL level
545      IF ( iom_use("pblh"   ) ) CALL iom_put (    "pblh",    pblh(:,:             ) )
546      IF ( iom_use("uz1_abl") ) CALL iom_put ( "uz1_abl",   u_abl(:,:,2,nt_a      ) )
547      IF ( iom_use("vz1_abl") ) CALL iom_put ( "vz1_abl",   v_abl(:,:,2,nt_a      ) )
548      IF ( iom_use("tz1_abl") ) CALL iom_put ( "tz1_abl",  tq_abl(:,:,2,nt_a,jp_ta) )
549      IF ( iom_use("qz1_abl") ) CALL iom_put ( "qz1_abl",  tq_abl(:,:,2,nt_a,jp_qa) )
550      IF ( iom_use("uz1_dta") ) CALL iom_put ( "uz1_dta",  pu_dta(:,:,2           ) )
551      IF ( iom_use("vz1_dta") ) CALL iom_put ( "vz1_dta",  pv_dta(:,:,2           ) )
552      IF ( iom_use("tz1_dta") ) CALL iom_put ( "tz1_dta",  pt_dta(:,:,2           ) )
553      IF ( iom_use("qz1_dta") ) CALL iom_put ( "qz1_dta",  pq_dta(:,:,2           ) )
554      ! debug 2D
555      IF( ln_geos_winds ) THEN
556         IF ( iom_use("uz1_geo") ) CALL iom_put ( "uz1_geo", pgu_dta(:,:,2) )
557         IF ( iom_use("vz1_geo") ) CALL iom_put ( "vz1_geo", pgv_dta(:,:,2) )
558      END IF
559      IF( ln_hpgls_frc ) THEN
560         IF ( iom_use("uz1_geo") ) CALL iom_put ( "uz1_geo", -pgv_dta(:,:,2)/MAX( ABS( fft_abl(:,:)), 2.5e-5_wp)*fft_abl(:,:)/ABS(fft_abl(:,:)) )
561         IF ( iom_use("vz1_geo") ) CALL iom_put ( "vz1_geo",  pgu_dta(:,:,2)/MAX( ABS( fft_abl(:,:)), 2.5e-5_wp)*fft_abl(:,:)/ABS(fft_abl(:,:)) )
562      END IF
563      ! 3D (all ABL levels)
564      IF ( iom_use("u_abl"   ) ) CALL iom_put ( "u_abl"   ,    u_abl(:,:,2:jpka,nt_a      ) )
565      IF ( iom_use("v_abl"   ) ) CALL iom_put ( "v_abl"   ,    v_abl(:,:,2:jpka,nt_a      ) )
566      IF ( iom_use("t_abl"   ) ) CALL iom_put ( "t_abl"   ,   tq_abl(:,:,2:jpka,nt_a,jp_ta) )
567      IF ( iom_use("q_abl"   ) ) CALL iom_put ( "q_abl"   ,   tq_abl(:,:,2:jpka,nt_a,jp_qa) )
568      IF ( iom_use("tke_abl" ) ) CALL iom_put ( "tke_abl" ,  tke_abl(:,:,2:jpka,nt_a      ) )
569      IF ( iom_use("avm_abl" ) ) CALL iom_put ( "avm_abl" ,  avm_abl(:,:,2:jpka           ) )
570      IF ( iom_use("avt_abl" ) ) CALL iom_put ( "avt_abl" ,  avt_abl(:,:,2:jpka           ) )
571      IF ( iom_use("mxlm_abl") ) CALL iom_put ( "mxlm_abl", mxlm_abl(:,:,2:jpka           ) )
572      IF ( iom_use("mxld_abl") ) CALL iom_put ( "mxld_abl", mxld_abl(:,:,2:jpka           ) )
573      ! debug 3D
574      IF ( iom_use("u_dta") ) CALL iom_put ( "u_dta",  pu_dta(:,:,2:jpka) )
575      IF ( iom_use("v_dta") ) CALL iom_put ( "v_dta",  pv_dta(:,:,2:jpka) )
576      IF ( iom_use("t_dta") ) CALL iom_put ( "t_dta",  pt_dta(:,:,2:jpka) )
577      IF ( iom_use("q_dta") ) CALL iom_put ( "q_dta",  pq_dta(:,:,2:jpka) )
578      IF( ln_geos_winds ) THEN
579         IF ( iom_use("u_geo") ) CALL iom_put ( "u_geo", pgu_dta(:,:,2:jpka) )
580         IF ( iom_use("v_geo") ) CALL iom_put ( "v_geo", pgv_dta(:,:,2:jpka) )
581      END IF
582      IF( ln_hpgls_frc ) THEN
583         IF ( iom_use("u_geo") ) CALL iom_put ( "u_geo", -pgv_dta(:,:,2:jpka)/MAX( ABS( RESHAPE( fft_abl(:,:), (/jpi,jpj,jpka-1/), fft_abl(:,:))), 2.5e-5_wp) * RESHAPE( fft_abl(:,:)/ABS(fft_abl(:,:)), (/jpi,jpj,jpka-1/), fft_abl(:,:)/ABS(fft_abl(:,:))) )
584         IF ( iom_use("v_geo") ) CALL iom_put ( "v_geo",  pgu_dta(:,:,2:jpka)/MAX( ABS( RESHAPE( fft_abl(:,:), (/jpi,jpj,jpka-1/), fft_abl(:,:))), 2.5e-5_wp) * RESHAPE( fft_abl(:,:)/ABS(fft_abl(:,:)), (/jpi,jpj,jpka-1/), fft_abl(:,:)/ABS(fft_abl(:,:))) )
585      END IF
586#endif
587      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
588      !                            !  7 *** Finalize flux computation
589      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
590      !
591      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
592         ztemp          = tq_abl( ji, jj, 2, nt_a, jp_ta )
593         zhumi          = tq_abl( ji, jj, 2, nt_a, jp_qa )
594         zpre( ji, jj ) = pres_temp( zhumi, pslp_dta(ji,jj), ght_abl(2), ptpot=ztemp, pta=ztabs( ji, jj ) )
595         zcff           = rho_air( ztabs( ji, jj ), zhumi, zpre( ji, jj ) )
596         psen( ji, jj ) =    - cp_air(zhumi) * zcff * psen(ji,jj) * ( zsspt(ji,jj) - ztemp )         !GS: negative sign to respect aerobulk convention
597         pevp( ji, jj ) = rn_efac*MAX( 0._wp,  zcff * pevp(ji,jj) * ( pssq(ji,jj)  - zhumi ) )
598         plat( ji, jj ) = - L_vap( psst(ji,jj) ) * pevp( ji, jj )
599         rhoa( ji, jj ) = zcff
600      END_2D
601
602      DO_2D( nn_hls-1, nn_hls, nn_hls-1, nn_hls )
603         zwnd_i(ji,jj) = u_abl(ji  ,jj,2,nt_a) - 0.5_wp * ( pssu(ji  ,jj) + pssu(ji-1,jj) ) * rn_vfac
604         zwnd_j(ji,jj) = v_abl(ji,jj  ,2,nt_a) - 0.5_wp * ( pssv(ji,jj  ) + pssv(ji,jj-1) ) * rn_vfac
605      END_2D
606      !
607      CALL lbc_lnk( 'ablmod', zwnd_i(:,:) , 'T', -1.0_wp, zwnd_j(:,:) , 'T', -1.0_wp )
608      !
609      ! ... scalar wind ( = | U10m - U_oce | ) at T-point (masked)
610      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
611         zcff          = SQRT(  zwnd_i(ji,jj) * zwnd_i(ji,jj)   &
612            &                 + zwnd_j(ji,jj) * zwnd_j(ji,jj) )   ! * msk_abl(ji,jj)
613         zztmp         = rhoa(ji,jj) * pcd_du(ji,jj)
614
615         pwndm (ji,jj) =         zcff
616         ptaum (ji,jj) = zztmp * zcff
617         zwnd_i(ji,jj) = zztmp * zwnd_i(ji,jj)
618         zwnd_j(ji,jj) = zztmp * zwnd_j(ji,jj)
619      END_2D
620      ! ... utau, vtau at U- and V_points, resp.
621      !     Note the use of 0.5*(2-umask) in order to unmask the stress along coastlines
622      !     Note the use of MAX(tmask(i,j),tmask(i+1,j) is to mask tau over ice shelves
623      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
624         zcff  = 0.5_wp * ( 2._wp - msk_abl(ji,jj)*msk_abl(ji+1,jj) )
625         zztmp = MAX(msk_abl(ji,jj),msk_abl(ji+1,jj))
626         ptaui(ji,jj) = zcff * zztmp * ( zwnd_i(ji,jj) + zwnd_i(ji+1,jj  ) )
627         zcff  = 0.5_wp * ( 2._wp - msk_abl(ji,jj)*msk_abl(ji,jj+1) )
628         zztmp = MAX(msk_abl(ji,jj),msk_abl(ji,jj+1))
629         ptauj(ji,jj) = zcff * zztmp * ( zwnd_j(ji,jj) + zwnd_j(ji  ,jj+1) )
630      END_2D
631      !
632      CALL lbc_lnk( 'ablmod', ptaui(:,:), 'U', -1.0_wp, ptauj(:,:), 'V', -1.0_wp )
633
634      CALL iom_put( "taum_oce", ptaum )
635
636      IF(sn_cfctl%l_prtctl) THEN
637         CALL prt_ctl( tab2d_1=ptaui , clinfo1=' abl_stp: utau   : ', mask1=umask,   &
638            &          tab2d_2=ptauj , clinfo2='          vtau   : ', mask2=vmask )
639         CALL prt_ctl( tab2d_1=pwndm , clinfo1=' abl_stp: wndm   : ' )
640      ENDIF
641
642#if defined key_si3
643      ! ------------------------------------------------------------ !
644      !    Wind stress relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
645      ! ------------------------------------------------------------ !
646      !DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
647      !   ptaui_ice(ji,jj) = 0.5_wp * ( rhoa(ji+1,jj) * pCd_du_ice(ji+1,jj) + rhoa(ji,jj) * pCd_du_ice(ji,jj)      )   &
648      !      &                      * ( 0.5_wp * ( u_abl(ji+1,jj,2,nt_a) + u_abl(ji,jj,2,nt_a) ) - pssu_ice(ji,jj) )
649      !   ptauj_ice(ji,jj) = 0.5_wp * ( rhoa(ji,jj+1) * pCd_du_ice(ji,jj+1) + rhoa(ji,jj) * pCd_du_ice(ji,jj)      )   &
650      !      &                      * ( 0.5_wp * ( v_abl(ji,jj+1,2,nt_a) + v_abl(ji,jj,2,nt_a) ) - pssv_ice(ji,jj) )
651      !END_2D
652      !CALL lbc_lnk( 'ablmod', ptaui_ice, 'U', -1.0_wp, ptauj_ice, 'V', -1.0_wp )
653      !!
654      !IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab2d_1=ptaui_ice  , clinfo1=' abl_stp: putaui : '   &
655      !   &                                , tab2d_2=ptauj_ice  , clinfo2='          pvtaui : ' )
656
657      ! ------------------------------------------------------------ !
658      !    Wind stress relative to the moving ice ( U10m - U_ice )   !
659      ! ------------------------------------------------------------ !
660      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
661
662         zztmp1 = 0.5_wp * ( u_abl(ji+1,jj  ,2,nt_a) + u_abl(ji,jj,2,nt_a) )
663         zztmp2 = 0.5_wp * ( v_abl(ji  ,jj+1,2,nt_a) + v_abl(ji,jj,2,nt_a) )
664
665         ptaui_ice(ji,jj) = 0.5_wp * (  rhoa(ji+1,jj) * pCd_du_ice(ji+1,jj)             &
666            &                      +    rhoa(ji  ,jj) * pCd_du_ice(ji  ,jj)  )          &
667            &         * ( zztmp1 - pssu_ice(ji,jj) * rn_vfac )
668         ptauj_ice(ji,jj) = 0.5_wp * (  rhoa(ji,jj+1) * pCd_du_ice(ji,jj+1)             &
669            &                      +    rhoa(ji,jj  ) * pCd_du_ice(ji,jj  )  )          &
670            &         * ( zztmp2 - pssv_ice(ji,jj) * rn_vfac )
671      END_2D
672      CALL lbc_lnk( 'ablmod', ptaui_ice, 'U', -1.0_wp, ptauj_ice,'V', -1.0_wp )
673      !
674      IF(sn_cfctl%l_prtctl) THEN
675         CALL prt_ctl( tab2d_1=ptaui_ice , clinfo1=' abl_stp: utau_ice : ', mask1=umask,   &
676            &          tab2d_2=ptauj_ice , clinfo2='          vtau_ice : ', mask2=vmask )
677      END IF
678#endif
679      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
680      !                            !  8 *** Swap time indices for the next timestep
681      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
682      nt_n = 1 + MOD( nt_n, 2)
683      nt_a = 1 + MOD( nt_a, 2)
684      !
685!---------------------------------------------------------------------------------------------------
686   END SUBROUTINE abl_stp
687!===================================================================================================
688
689
690
691
692!===================================================================================================
693   SUBROUTINE abl_zdf_tke( )
694!---------------------------------------------------------------------------------------------------
695
696      !!----------------------------------------------------------------------
697      !!                   ***  ROUTINE abl_zdf_tke  ***
698      !!
699      !! ** Purpose :   Time-step Turbulente Kinetic Energy (TKE) equation
700      !!
701      !! ** Method  : - source term due to shear
702      !!              - source term due to stratification
703      !!              - resolution of the TKE equation by inverting
704      !!                a tridiagonal linear system
705      !!
706      !! ** Action  : - en : now turbulent kinetic energy)
707      !!              - avmu, avmv : production of TKE by shear at u and v-points
708      !!                (= Kz dz[Ub] * dz[Un] )
709      !! ---------------------------------------------------------------------
710      INTEGER                                 ::   ji, jj, jk, tind, jbak, jkup, jkdwn
711      INTEGER, DIMENSION(1:jpi          )     ::   ikbl
712      REAL(wp)                                ::   zcff, zcff2, ztken, zesrf, zetop, ziRic, ztv
713      REAL(wp)                                ::   zdU , zdV , zcff1, zshear, zbuoy, zsig, zustar2
714      REAL(wp)                                ::   zdU2, zdV2, zbuoy1, zbuoy2    ! zbuoy for BL89
715      REAL(wp)                                ::   zwndi, zwndj
716      REAL(wp), DIMENSION(1:jpi,      1:jpka) ::   zsh2
717      REAL(wp), DIMENSION(1:jpi,1:jpj,1:jpka) ::   zbn2
718      REAL(wp), DIMENSION(1:jpi,1:jpka  )     ::   zFC, zRH, zCF
719      REAL(wp), DIMENSION(1:jpi,1:jpka  )     ::   z_elem_a
720      REAL(wp), DIMENSION(1:jpi,1:jpka  )     ::   z_elem_b
721      REAL(wp), DIMENSION(1:jpi,1:jpka  )     ::   z_elem_c
722      LOGICAL                                 ::   ln_Patankar    = .FALSE.
723      LOGICAL                                 ::   ln_dumpvar     = .FALSE.
724      LOGICAL , DIMENSION(1:jpi         )     ::   ln_foundl
725      !
726      tind  = nt_n
727      ziRic = 1._wp / rn_Ric
728      ! if tind = nt_a it is required to apply lbc_lnk on u_abl(nt_a) and v_abl(nt_a)
729      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
730      !                            !  Advance TKE equation to time n+1
731      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
732      !-------------
733      DO jj = 1, jpj    ! outer loop
734      !-------------
735         !
736         ! Compute vertical shear
737         DO jk = 2, jpkam1
738            DO ji = 1, jpi
739               zcff        = 1.0_wp / e3w_abl( jk )**2
740               zdU         = zcff* Avm_abl(ji,jj,jk) * (u_abl( ji, jj, jk+1, tind)-u_abl( ji, jj, jk  , tind) )**2
741               zdV         = zcff* Avm_abl(ji,jj,jk) * (v_abl( ji, jj, jk+1, tind)-v_abl( ji, jj, jk  , tind) )**2
742               zsh2(ji,jk) = zdU+zdV   !<-- zsh2 = Km ( ( du/dz )^2 + ( dv/dz )^2 )
743            END DO
744         END DO
745         !
746         ! Compute brunt-vaisala frequency
747         DO jk = 2, jpkam1
748            DO ji = 1,jpi
749               zcff  = grav * itvref / e3w_abl( jk )
750               zcff1 =  tq_abl( ji, jj, jk+1, tind, jp_ta) - tq_abl( ji, jj, jk  , tind, jp_ta)
751               zcff2 =  tq_abl( ji, jj, jk+1, tind, jp_ta) * tq_abl( ji, jj, jk+1, tind, jp_qa)        &
752                  &   - tq_abl( ji, jj, jk  , tind, jp_ta) * tq_abl( ji, jj, jk  , tind, jp_qa)
753               zbn2(ji,jj,jk) = zcff * ( zcff1 + rctv0 * zcff2 )  !<-- zbn2 defined on (2,jpi)
754            END DO
755         END DO
756         !
757         ! Terms for the tridiagonal problem
758         DO jk = 2, jpkam1
759            DO ji = 1, jpi
760               zshear      = zsh2( ji, jk )                           ! zsh2 is already multiplied by Avm_abl at this point
761               zsh2(ji,jk) = zsh2( ji, jk ) / Avm_abl( ji, jj, jk )   ! reformulate zsh2 as a 'true' vertical shear for PBLH computation
762               zbuoy       = - Avt_abl( ji, jj, jk ) * zbn2( ji, jj, jk )
763
764               z_elem_a( ji, jk ) = - 0.5_wp * rDt_abl * rn_Sch * ( Avm_abl( ji, jj, jk ) + Avm_abl( ji, jj, jk-1 ) ) / e3t_abl( jk   ) ! lower-diagonal
765               z_elem_c( ji, jk ) = - 0.5_wp * rDt_abl * rn_Sch * ( Avm_abl( ji, jj, jk ) + Avm_abl( ji, jj, jk+1 ) ) / e3t_abl( jk+1 ) ! upper-diagonal
766               IF( (zbuoy + zshear) .gt. 0.) THEN    ! Patankar trick to avoid negative values of TKE
767                  z_elem_b( ji, jk ) = e3w_abl(jk) - z_elem_a( ji, jk ) - z_elem_c( ji, jk )   &
768                     &               + e3w_abl(jk) * rDt_abl * rn_Ceps * sqrt(tke_abl( ji, jj, jk, nt_n )) / mxld_abl(ji,jj,jk)    ! diagonal
769                  tke_abl( ji, jj, jk, nt_a ) = e3w_abl(jk) * ( tke_abl( ji, jj, jk, nt_n ) + rDt_abl * ( zbuoy + zshear ) )       ! right-hand-side
770               ELSE
771                  z_elem_b( ji, jk ) = e3w_abl(jk) - z_elem_a( ji, jk ) - z_elem_c( ji, jk )   &
772                     &               + e3w_abl(jk) * rDt_abl * rn_Ceps * sqrt(tke_abl( ji, jj, jk, nt_n )) / mxld_abl(ji,jj,jk)   &  ! diagonal
773                     &               - e3w_abl(jk) * rDt_abl * zbuoy
774                  tke_abl( ji, jj, jk, nt_a ) = e3w_abl(jk) * ( tke_abl( ji, jj, jk, nt_n ) + rDt_abl *  zshear )                    ! right-hand-side
775               END IF
776            END DO
777         END DO
778
779         DO ji = 1,jpi    ! vector opt.
780            zesrf = MAX( rn_Esfc * ustar2(ji,jj), tke_min )
781            zetop = tke_min
782
783            z_elem_a ( ji,     1       ) = 0._wp
784            z_elem_c ( ji,     1       ) = 0._wp
785            z_elem_b ( ji,     1       ) = 1._wp
786            tke_abl  ( ji, jj, 1, nt_a ) = zesrf
787
788            !++ Top Neumann B.C.
789            !z_elem_a ( ji,     jpka       ) = - 0.5 * rDt_abl * rn_Sch * (Avm_abl(ji,jj, jpka-1 )+Avm_abl(ji,jj, jpka ))  / e3t_abl( jpka )
790            !z_elem_c ( ji,     jpka       ) = 0._wp
791            !z_elem_b ( ji,     jpka       ) = e3w_abl(jpka) - z_elem_a(ji, jpka )
792            !tke_abl  ( ji, jj, jpka, nt_a ) = e3w_abl(jpka) * tke_abl( ji,jj, jpka, nt_n )
793
794            !++ Top Dirichlet B.C.
795            z_elem_a ( ji,     jpka       ) = 0._wp
796            z_elem_c ( ji,     jpka       ) = 0._wp
797            z_elem_b ( ji,     jpka       ) = 1._wp
798            tke_abl  ( ji, jj, jpka, nt_a ) = zetop
799
800            zbn2 ( ji, jj,    1 ) = zbn2 ( ji, jj,      2 )
801            zsh2 ( ji,        1 ) = zsh2 ( ji,          2 )
802            zbn2 ( ji, jj, jpka ) = zbn2 ( ji, jj, jpkam1 )
803            zsh2 ( ji,     jpka ) = zsh2 ( ji    , jpkam1 )
804         END DO
805         !!
806         !! Matrix inversion
807         !! ----------------------------------------------------------
808         DO ji = 1,jpi
809            zcff                  =  1._wp / z_elem_b( ji, 1 )
810            zCF    (ji,   1     ) = - zcff * z_elem_c( ji,     1       )
811            tke_abl(ji,jj,1,nt_a) =   zcff * tke_abl ( ji, jj, 1, nt_a )
812         END DO
813
814         DO jk = 2, jpka
815            DO ji = 1,jpi
816               zcff = 1._wp / ( z_elem_b( ji, jk ) + z_elem_a( ji, jk ) * zCF(ji, jk-1 ) )
817               zCF(ji,jk) = - zcff * z_elem_c( ji, jk )
818               tke_abl(ji,jj,jk,nt_a) =   zcff * ( tke_abl(ji,jj,jk  ,nt_a)   &
819               &          - z_elem_a(ji, jk) * tke_abl(ji,jj,jk-1,nt_a) )
820            END DO
821         END DO
822
823         DO jk = jpkam1,1,-1
824            DO ji = 1,jpi
825               tke_abl(ji,jj,jk,nt_a) = tke_abl(ji,jj,jk,nt_a) + zCF(ji,jk) * tke_abl(ji,jj,jk+1,nt_a)
826            END DO
827         END DO
828
829!!FL should not be needed because of Patankar procedure
830         tke_abl(2:jpi,jj,1:jpka,nt_a) = MAX( tke_abl(2:jpi,jj,1:jpka,nt_a), tke_min )
831
832         !!
833         !! Diagnose PBL height
834         !! ----------------------------------------------------------
835
836
837         !
838         ! arrays zRH, zFC and zCF are available at this point
839         ! and zFC(:, 1 ) = 0.
840         ! diagnose PBL height based on zsh2 and zbn2
841         zFC (  :  ,1) = 0._wp
842         ikbl( 1:jpi ) = 0
843
844         DO jk = 2,jpka
845            DO ji = 1, jpi
846               zcff  = ghw_abl( jk-1 )
847               zcff1 = zcff / ( zcff + rn_epssfc * pblh ( ji, jj ) )
848               zcff  = ghw_abl( jk   )
849               zcff2 = zcff / ( zcff + rn_epssfc * pblh ( ji, jj ) )
850               zFC( ji, jk ) = zFC( ji, jk-1) + 0.5_wp * e3t_abl( jk )*(                 &
851                               zcff2 * ( zsh2( ji, jk  ) - ziRic * zbn2( ji, jj, jk   ) &
852                           - rn_Cek  * ( fft_abl( ji, jj  ) * fft_abl( ji, jj ) ) ) &
853                             + zcff1 * ( zsh2( ji, jk-1) - ziRic * zbn2( ji, jj, jk-1 ) &
854                           - rn_Cek  * ( fft_abl( ji, jj  ) * fft_abl( ji, jj ) ) ) &
855                           &                                                 )
856               IF( ikbl(ji) == 0 .and. zFC( ji, jk ).lt.0._wp ) ikbl(ji)=jk
857            END DO
858         END DO
859         !
860         ! finalize the computation of the PBL height
861         DO ji = 1, jpi
862            jk = ikbl(ji)
863            IF( jk > 2 ) THEN ! linear interpolation to get subgrid value of pblh
864               pblh( ji, jj ) =  (  ghw_abl( jk-1 ) * zFC( ji, jk   )       &
865                  &              -  ghw_abl( jk   ) * zFC( ji, jk-1 )       &
866                  &              ) / ( zFC( ji, jk   ) - zFC( ji, jk-1 ) )
867            ELSE IF( jk==2 ) THEN
868               pblh( ji, jj ) = ghw_abl(2   )
869            ELSE
870               pblh( ji, jj ) = ghw_abl(jpka)
871            END IF
872         END DO
873      !-------------
874      END DO
875      !-------------
876      !
877      ! Optional : could add pblh smoothing if pblh is noisy horizontally ...
878      IF(ln_smth_pblh) THEN
879         CALL lbc_lnk( 'ablmod', pblh, 'T', 1.0_wp) !, kfillmode = jpfillnothing)
880         CALL smooth_pblh( pblh, msk_abl )
881         CALL lbc_lnk( 'ablmod', pblh, 'T', 1.0_wp) !, kfillmode = jpfillnothing)
882      ENDIF
883      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
884      !                            !  Diagnostic mixing length computation
885      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
886      !
887      SELECT CASE ( nn_amxl )
888      !
889      CASE ( 0 )           ! Deardroff 80 length-scale bounded by the distance to surface and bottom
890#   define zlup zRH
891#   define zldw zFC
892         DO jj = 1, jpj     ! outer loop
893            !
894            DO ji = 1, jpi
895               mxld_abl( ji, jj,    1 ) = mxl_min
896               mxld_abl( ji, jj, jpka ) = mxl_min
897               mxlm_abl( ji, jj,    1 ) = mxl_min
898               mxlm_abl( ji, jj, jpka ) = mxl_min
899               zldw    ( ji,        1 ) = zrough(ji,jj) * rn_Lsfc
900               zlup    ( ji,     jpka ) = mxl_min
901            END DO
902            !
903            DO jk = 2, jpkam1
904               DO ji = 1, jpi
905                  zbuoy = MAX( zbn2(ji, jj, jk), rsmall )
906                  mxlm_abl( ji, jj, jk ) = MAX( mxl_min,  &
907                     &               SQRT( 2._wp * tke_abl( ji, jj, jk, nt_a ) / zbuoy ) )
908               END DO
909            END DO
910            !
911            ! Limit mxl
912            DO jk = jpkam1,1,-1
913               DO ji = 1, jpi
914                  zlup(ji,jk) = MIN( zlup(ji,jk+1) + (ghw_abl(jk+1)-ghw_abl(jk)) , mxlm_abl(ji, jj, jk) )
915               END DO
916            END DO
917            !
918            DO jk = 2, jpka
919               DO ji = 1, jpi
920                  zldw(ji,jk) = MIN( zldw(ji,jk-1) + (ghw_abl(jk)-ghw_abl(jk-1)) , mxlm_abl(ji, jj, jk) )
921               END DO
922            END DO
923            !
924!            DO jk = 1, jpka
925!               DO ji = 1, jpi
926!                  mxlm_abl( ji, jj, jk ) = SQRT( zldw( ji, jk ) * zlup( ji, jk ) )
927!                  mxld_abl( ji, jj, jk ) = MIN ( zldw( ji, jk ),  zlup( ji, jk ) )
928!               END DO
929!            END DO
930            !
931            DO jk = 1, jpka
932               DO ji = 1, jpi
933!                  zcff = 2.*SQRT(2.)*(  zldw( ji, jk )**(-2._wp/3._wp) + zlup( ji, jk )**(-2._wp/3._wp)  )**(-3._wp/2._wp)
934                  zcff = SQRT( zldw( ji, jk ) * zlup( ji, jk ) )
935                  mxlm_abl( ji, jj, jk ) = MAX( zcff, mxl_min )
936                  mxld_abl( ji, jj, jk ) = MAX( MIN( zldw( ji, jk ),  zlup( ji, jk ) ), mxl_min )
937               END DO
938            END DO
939            !
940         END DO
941#   undef zlup
942#   undef zldw
943         !
944         !
945      CASE ( 1 )           ! Modified Deardroff 80 length-scale bounded by the distance to surface and bottom
946#   define zlup zRH
947#   define zldw zFC
948         DO jj = 1, jpj     ! outer loop
949            !
950            DO jk = 2, jpkam1
951               DO ji = 1,jpi
952                              zcff        = 1.0_wp / e3w_abl( jk )**2
953                  zdU         = zcff* (u_abl( ji, jj, jk+1, tind)-u_abl( ji, jj, jk  , tind) )**2
954                  zdV         = zcff* (v_abl( ji, jj, jk+1, tind)-v_abl( ji, jj, jk  , tind) )**2
955                  zsh2(ji,jk) = SQRT(zdU+zdV)   !<-- zsh2 = SQRT ( ( du/dz )^2 + ( dv/dz )^2 )
956                           ENDDO
957                        ENDDO
958                        !
959            DO ji = 1, jpi
960               zcff                      = zrough(ji,jj) * rn_Lsfc
961               mxld_abl ( ji, jj,    1 ) = zcff
962               mxld_abl ( ji, jj, jpka ) = mxl_min
963               mxlm_abl ( ji, jj,    1 ) = zcff
964               mxlm_abl ( ji, jj, jpka ) = mxl_min
965               zldw     ( ji,        1 ) = zcff
966               zlup     ( ji,     jpka ) = mxl_min
967            END DO
968            !
969            DO jk = 2, jpkam1
970               DO ji = 1, jpi
971                  zbuoy    = MAX( zbn2(ji, jj, jk), rsmall )
972                  zcff     = 2.0_wp*SQRT(tke_abl( ji, jj, jk, nt_a )) / ( rn_Rod*zsh2(ji,jk) &
973                                &             + SQRT(rn_Rod*rn_Rod*zsh2(ji,jk)*zsh2(ji,jk)+2.0_wp*zbuoy ) )
974                                  mxlm_abl( ji, jj, jk ) = MAX( mxl_min, zcff )
975               END DO
976            END DO
977            !
978            ! Limit mxl
979            DO jk = jpkam1,1,-1
980               DO ji = 1, jpi
981                  zlup(ji,jk) = MIN( zlup(ji,jk+1) + (ghw_abl(jk+1)-ghw_abl(jk)) , mxlm_abl(ji, jj, jk) )
982               END DO
983            END DO
984            !
985            DO jk = 2, jpka
986               DO ji = 1, jpi
987                  zldw(ji,jk) = MIN( zldw(ji,jk-1) + (ghw_abl(jk)-ghw_abl(jk-1)) , mxlm_abl(ji, jj, jk) )
988               END DO
989            END DO
990            !
991            DO jk = 1, jpka
992               DO ji = 1, jpi
993                  !mxlm_abl( ji, jj, jk ) = SQRT( zldw( ji, jk ) * zlup( ji, jk ) )
994                  !zcff = 2.*SQRT(2.)*(  zldw( ji, jk )**(-2._wp/3._wp) + zlup( ji, jk )**(-2._wp/3._wp)  )**(-3._wp/2._wp)
995                  zcff = SQRT( zldw( ji, jk ) * zlup( ji, jk ) )
996                  mxlm_abl( ji, jj, jk ) = MAX( zcff, mxl_min )
997                  !mxld_abl( ji, jj, jk ) = MIN( zldw( ji, jk ), zlup( ji, jk ) )
998                  mxld_abl( ji, jj, jk ) = MAX( MIN( zldw( ji, jk ),  zlup( ji, jk ) ), mxl_min )
999               END DO
1000            END DO
1001 !
1002         END DO
1003#   undef zlup
1004#   undef zldw
1005         !
1006      CASE ( 2 )           ! Bougeault & Lacarrere 89 length-scale
1007         !
1008#   define zlup zRH
1009#   define zldw zFC
1010! zCF is used for matrix inversion
1011!
1012       DO jj = 1, jpj      ! outer loop
1013
1014         DO ji = 1, jpi
1015            zcff             = zrough(ji,jj) * rn_Lsfc
1016            zlup( ji,    1 ) = zcff
1017            zldw( ji,    1 ) = zcff
1018            zlup( ji, jpka ) = mxl_min
1019            zldw( ji, jpka ) = mxl_min
1020         END DO
1021
1022         DO jk = 2,jpka-1
1023            DO ji = 1, jpi
1024               zlup(ji,jk) = ghw_abl(jpka) - ghw_abl(jk)
1025               zldw(ji,jk) = ghw_abl(jk  ) - ghw_abl( 1)
1026            END DO
1027         END DO
1028         !!
1029         !! BL89 search for lup
1030         !! ----------------------------------------------------------
1031         DO jk=2,jpka-1
1032            !
1033            DO ji = 1, jpi
1034               zCF(ji,1:jpka) = 0._wp
1035               zCF(ji,  jk  ) = - tke_abl( ji, jj, jk, nt_a )
1036               ln_foundl(ji ) = .false.
1037            END DO
1038            !
1039            DO jkup=jk+1,jpka-1
1040               DO ji = 1, jpi
1041                  zbuoy1 = MAX( zbn2(ji,jj,jkup  ), rsmall )
1042                  zbuoy2 = MAX( zbn2(ji,jj,jkup-1), rsmall )
1043                  zCF (ji,jkup) = zCF (ji,jkup-1) + 0.5_wp * e3t_abl(jkup) * &
1044                     &               ( zbuoy1*(ghw_abl(jkup  )-ghw_abl(jk)) &
1045                     &               + zbuoy2*(ghw_abl(jkup-1)-ghw_abl(jk)) )
1046                  IF( zCF (ji,jkup) * zCF (ji,jkup-1) .le. 0._wp .and. .not. ln_foundl(ji) ) THEN
1047                     zcff2 = ghw_abl(jkup  ) - ghw_abl(jk)
1048                     zcff1 = ghw_abl(jkup-1) - ghw_abl(jk)
1049                     zcff  = ( zcff1 * zCF(ji,jkup) - zcff2 * zCF(ji,jkup-1) ) /   &
1050                        &    (         zCF(ji,jkup) -         zCF(ji,jkup-1) )
1051                     zlup(ji,jk) = zcff
1052                     zlup(ji,jk) = ghw_abl(jkup  ) - ghw_abl(jk)
1053                     ln_foundl(ji) = .true.
1054                  END IF
1055               END DO
1056            END DO
1057            !
1058         END DO
1059         !!
1060         !! BL89 search for ldwn
1061         !! ----------------------------------------------------------
1062         DO jk=2,jpka-1
1063            !
1064            DO ji = 1, jpi
1065               zCF(ji,1:jpka) = 0._wp
1066               zCF(ji,  jk  ) = - tke_abl( ji, jj, jk, nt_a )
1067               ln_foundl(ji ) = .false.
1068            END DO
1069            !
1070            DO jkdwn=jk-1,1,-1
1071               DO ji = 1, jpi
1072                  zbuoy1 = MAX( zbn2(ji,jj,jkdwn+1), rsmall )
1073                  zbuoy2 = MAX( zbn2(ji,jj,jkdwn  ), rsmall )
1074                  zCF (ji,jkdwn) = zCF (ji,jkdwn+1) + 0.5_wp * e3t_abl(jkdwn+1)  &
1075                     &               * ( zbuoy1*(ghw_abl(jk)-ghw_abl(jkdwn+1)) &
1076                                       + zbuoy2*(ghw_abl(jk)-ghw_abl(jkdwn  )) )
1077                  IF(zCF (ji,jkdwn) * zCF (ji,jkdwn+1) .le. 0._wp  .and. .not. ln_foundl(ji) ) THEN
1078                     zcff2 = ghw_abl(jk) - ghw_abl(jkdwn+1)
1079                     zcff1 = ghw_abl(jk) - ghw_abl(jkdwn  )
1080                     zcff  = ( zcff1 * zCF(ji,jkdwn+1) - zcff2 * zCF(ji,jkdwn) ) /   &
1081                        &    (         zCF(ji,jkdwn+1) -         zCF(ji,jkdwn) )
1082                     zldw(ji,jk) = zcff
1083                     zldw(ji,jk) = ghw_abl(jk) - ghw_abl(jkdwn  )
1084                     ln_foundl(ji) = .true.
1085                  END IF
1086               END DO
1087            END DO
1088            !
1089         END DO
1090
1091         DO jk = 1, jpka
1092            DO ji = 1, jpi
1093               !zcff = 2.*SQRT(2.)*(  zldw( ji, jk )**(-2._wp/3._wp) + zlup( ji, jk )**(-2._wp/3._wp)  )**(-3._wp/2._wp)
1094               zcff = SQRT( zldw( ji, jk ) * zlup( ji, jk ) )
1095               mxlm_abl( ji, jj, jk ) = MAX( zcff, mxl_min )
1096               mxld_abl( ji, jj, jk ) = MAX( MIN( zldw( ji, jk ),  zlup( ji, jk ) ), mxl_min )
1097            END DO
1098         END DO
1099
1100      END DO
1101#   undef zlup
1102#   undef zldw
1103         !
1104     CASE ( 3 )           ! Bougeault & Lacarrere 89 length-scale
1105         !
1106#   define zlup zRH
1107#   define zldw zFC
1108! zCF is used for matrix inversion
1109!
1110       DO jj = 1, jpj      ! outer loop
1111          !
1112          DO jk = 2, jpkam1
1113             DO ji = 1,jpi
1114                            zcff        = 1.0_wp / e3w_abl( jk )**2
1115                zdU         = zcff* (u_abl( ji, jj, jk+1, tind)-u_abl( ji, jj, jk  , tind) )**2
1116                zdV         = zcff* (v_abl( ji, jj, jk+1, tind)-v_abl( ji, jj, jk  , tind) )**2
1117                zsh2(ji,jk) = SQRT(zdU+zdV)   !<-- zsh2 = SQRT ( ( du/dz )^2 + ( dv/dz )^2 )
1118                         ENDDO
1119                  ENDDO
1120          zsh2(:,      1) = zsh2( :,      2)
1121          zsh2(:,   jpka) = zsh2( :, jpkam1)
1122
1123                 DO ji = 1, jpi
1124            zcff              = zrough(ji,jj) * rn_Lsfc
1125                        zlup( ji,    1 )  = zcff
1126            zldw( ji,    1 )  = zcff
1127            zlup( ji, jpka ) = mxl_min
1128            zldw( ji, jpka ) = mxl_min
1129         END DO
1130
1131         DO jk = 2,jpka-1
1132            DO ji = 1, jpi
1133               zlup(ji,jk) = ghw_abl(jpka) - ghw_abl(jk)
1134               zldw(ji,jk) = ghw_abl(jk  ) - ghw_abl( 1)
1135            END DO
1136         END DO
1137         !!
1138         !! BL89 search for lup
1139         !! ----------------------------------------------------------
1140         DO jk=2,jpka-1
1141            !
1142            DO ji = 1, jpi
1143               zCF(ji,1:jpka) = 0._wp
1144               zCF(ji,  jk  ) = - tke_abl( ji, jj, jk, nt_a )
1145               ln_foundl(ji ) = .false.
1146            END DO
1147            !
1148            DO jkup=jk+1,jpka-1
1149               DO ji = 1, jpi
1150                  zbuoy1             = MAX( zbn2(ji,jj,jkup  ), rsmall )
1151                  zbuoy2             = MAX( zbn2(ji,jj,jkup-1), rsmall )
1152                  zCF (ji,jkup) = zCF (ji,jkup-1) + 0.5_wp * e3t_abl(jkup) *                 &
1153                     &               ( zbuoy1*(ghw_abl(jkup  )-ghw_abl(jk))      &
1154                     &               + zbuoy2*(ghw_abl(jkup-1)-ghw_abl(jk)) )    &
1155                                         &                            + 0.5_wp * e3t_abl(jkup) * rn_Rod *        &
1156                                         &               ( SQRT(tke_abl( ji, jj, jkup  , nt_a ))*zsh2(ji,jkup  ) &
1157                                         &               + SQRT(tke_abl( ji, jj, jkup-1, nt_a ))*zsh2(ji,jkup-1) )
1158
1159                  IF( zCF (ji,jkup) * zCF (ji,jkup-1) .le. 0._wp .and. .not. ln_foundl(ji) ) THEN
1160                     zcff2 = ghw_abl(jkup  ) - ghw_abl(jk)
1161                     zcff1 = ghw_abl(jkup-1) - ghw_abl(jk)
1162                     zcff  = ( zcff1 * zCF(ji,jkup) - zcff2 * zCF(ji,jkup-1) ) /   &
1163                        &    (         zCF(ji,jkup) -         zCF(ji,jkup-1) )
1164                     zlup(ji,jk) = zcff
1165                     zlup(ji,jk) = ghw_abl(jkup  ) - ghw_abl(jk)
1166                     ln_foundl(ji) = .true.
1167                  END IF
1168               END DO
1169            END DO
1170            !
1171         END DO
1172         !!
1173         !! BL89 search for ldwn
1174         !! ----------------------------------------------------------
1175         DO jk=2,jpka-1
1176            !
1177            DO ji = 1, jpi
1178               zCF(ji,1:jpka) = 0._wp
1179               zCF(ji,  jk  ) = - tke_abl( ji, jj, jk, nt_a )
1180               ln_foundl(ji ) = .false.
1181            END DO
1182            !
1183            DO jkdwn=jk-1,1,-1
1184               DO ji = 1, jpi
1185                  zbuoy1             = MAX( zbn2(ji,jj,jkdwn+1), rsmall )
1186                  zbuoy2             = MAX( zbn2(ji,jj,jkdwn  ), rsmall )
1187                  zCF (ji,jkdwn) = zCF (ji,jkdwn+1) + 0.5_wp * e3t_abl(jkdwn+1)  &
1188                     &               * (zbuoy1*(ghw_abl(jk)-ghw_abl(jkdwn+1))    &
1189                     &                 +zbuoy2*(ghw_abl(jk)-ghw_abl(jkdwn  )) )  &
1190                                         &                            + 0.5_wp * e3t_abl(jkup) * rn_Rod *          &
1191                                         &               ( SQRT(tke_abl( ji, jj, jkdwn+1, nt_a ))*zsh2(ji,jkdwn+1) &
1192                                         &               + SQRT(tke_abl( ji, jj, jkdwn  , nt_a ))*zsh2(ji,jkdwn  ) )
1193
1194                  IF(zCF (ji,jkdwn) * zCF (ji,jkdwn+1) .le. 0._wp  .and. .not. ln_foundl(ji) ) THEN
1195                     zcff2 = ghw_abl(jk) - ghw_abl(jkdwn+1)
1196                     zcff1 = ghw_abl(jk) - ghw_abl(jkdwn  )
1197                     zcff  = ( zcff1 * zCF(ji,jkdwn+1) - zcff2 * zCF(ji,jkdwn) ) /   &
1198                        &    (         zCF(ji,jkdwn+1) -         zCF(ji,jkdwn) )
1199                     zldw(ji,jk) = zcff
1200                     zldw(ji,jk) = ghw_abl(jk) - ghw_abl(jkdwn  )
1201                     ln_foundl(ji) = .true.
1202                  END IF
1203               END DO
1204            END DO
1205            !
1206         END DO
1207
1208         DO jk = 1, jpka
1209            DO ji = 1, jpi
1210               !zcff = 2.*SQRT(2.)*(  zldw( ji, jk )**(-2._wp/3._wp) + zlup( ji, jk )**(-2._wp/3._wp)  )**(-3._wp/2._wp)
1211               zcff = SQRT( zldw( ji, jk ) * zlup( ji, jk ) )
1212               mxlm_abl( ji, jj, jk ) = MAX( zcff, mxl_min )
1213               mxld_abl( ji, jj, jk ) = MAX(  MIN( zldw( ji, jk ),  zlup( ji, jk ) ), mxl_min )
1214            END DO
1215         END DO
1216
1217      END DO
1218#   undef zlup
1219#   undef zldw
1220         !
1221         !
1222      END SELECT
1223      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
1224      !                            !  Finalize the computation of turbulent visc./diff.
1225      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
1226
1227      !-------------
1228      DO jj = 1, jpj     ! outer loop
1229      !-------------
1230         DO jk = 1, jpka
1231            DO ji = 1, jpi  ! vector opt.
1232               zcff  = MAX( rn_phimax, rn_Ric * mxlm_abl( ji, jj, jk ) * mxld_abl( ji, jj, jk )  &
1233               &     * MAX( zbn2(ji, jj, jk), rsmall ) / tke_abl( ji, jj, jk, nt_a ) )
1234               zcff2 =  1. / ( 1. + zcff )   !<-- phi_z(z)
1235               zcff  = mxlm_abl( ji, jj, jk ) * SQRT( tke_abl( ji, jj, jk, nt_a ) )
1236               !!FL: MAX function probably useless because of the definition of mxl_min
1237               Avm_abl( ji, jj, jk ) = MAX( rn_Cm * zcff         , avm_bak   )
1238               Avt_abl( ji, jj, jk ) = MAX( rn_Ct * zcff * zcff2 , avt_bak   )
1239            END DO
1240         END DO
1241      !-------------
1242      END DO
1243      !-------------
1244
1245!---------------------------------------------------------------------------------------------------
1246   END SUBROUTINE abl_zdf_tke
1247!===================================================================================================
1248
1249
1250!===================================================================================================
1251   SUBROUTINE smooth_pblh( pvar2d, msk )
1252!---------------------------------------------------------------------------------------------------
1253
1254      !!----------------------------------------------------------------------
1255      !!                   ***  ROUTINE smooth_pblh  ***
1256      !!
1257      !! ** Purpose :   2D Hanning filter on atmospheric PBL height
1258      !!
1259      !! ---------------------------------------------------------------------
1260      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in   ) :: msk
1261      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(inout) :: pvar2d
1262      INTEGER                                     :: ji,jj
1263      REAL(wp)                                    :: smth_a, smth_b
1264      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)                :: zdX,zdY,zFX,zFY
1265      REAL(wp)                                    :: zumsk,zvmsk
1266      !!
1267      !!=========================================================
1268      !!
1269      !! Hanning filter
1270      smth_a = 1._wp / 8._wp
1271      smth_b = 1._wp / 4._wp
1272      !
1273      DO_2D( nn_hls, nn_hls-1, nn_hls, nn_hls )
1274         zumsk = msk(ji,jj) * msk(ji+1,jj)
1275         zdX ( ji, jj ) = ( pvar2d( ji+1,jj ) - pvar2d( ji  ,jj ) ) * zumsk
1276      END_2D
1277
1278      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls-1 )
1279         zvmsk = msk(ji,jj) * msk(ji,jj+1)
1280         zdY ( ji, jj ) = ( pvar2d( ji, jj+1 ) - pvar2d( ji  ,jj ) ) * zvmsk
1281      END_2D
1282
1283      DO_2D( nn_hls-1, nn_hls-1, nn_hls, nn_hls-1 )
1284         zFY ( ji, jj  ) =   zdY ( ji, jj   )                        &
1285            & +  smth_a*  ( (zdX ( ji, jj+1 ) - zdX( ji-1, jj+1 ))   &
1286            &            -  (zdX ( ji, jj   ) - zdX( ji-1, jj   ))  )
1287      END_2D
1288
1289      DO_2D( nn_hls, nn_hls-1, nn_hls-1, nn_hls-1 )
1290         zFX( ji, jj  ) =    zdX( ji, jj   )                         &
1291           &    + smth_a*(  (zdY( ji+1, jj ) - zdY( ji+1, jj-1))     &
1292           &             -  (zdY( ji  , jj ) - zdY( ji  , jj-1)) )
1293      END_2D
1294
1295      DO_2D( nn_hls-1, nn_hls-1, nn_hls-1, nn_hls-1 )
1296         pvar2d( ji  ,jj ) = pvar2d( ji  ,jj )              &
1297  &         + msk(ji,jj) * smth_b * (                       &
1298  &                  zFX( ji, jj ) - zFX( ji-1, jj )        &
1299  &                 +zFY( ji, jj ) - zFY( ji, jj-1 )  )
1300      END_2D
1301
1302!---------------------------------------------------------------------------------------------------
1303   END SUBROUTINE smooth_pblh
1304!===================================================================================================
1305
1306!!======================================================================
1307END MODULE ablmod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.