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.
ldfslp.F90 in NEMO/branches/UKMO/BPC_miniapp/OpenACC_managed – NEMO

source: NEMO/branches/UKMO/BPC_miniapp/OpenACC_managed/ldfslp.F90 @ 10838

Last change on this file since 10838 was 10838, checked in by wayne_gaudin, 5 years ago

Ticket #2197 - extracted versions added

File size: 28.4 KB
Line 
1MODULE ldfslp
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  ldfslp  ***
4   !! Ocean physics: slopes of neutral surfaces
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  ! 1994-12  (G. Madec, M. Imbard)  Original code
7   !!            8.0  ! 1997-06  (G. Madec)  optimization, lbc
8   !!            8.1  ! 1999-10  (A. Jouzeau)  NEW profile in the mixed layer
9   !!   NEMO     1.0  ! 2002-10  (G. Madec)  Free form, F90
10   !!             -   ! 2005-10  (A. Beckmann)  correction for s-coordinates
11   !!            3.3  ! 2010-10  (G. Nurser, C. Harris, G. Madec)  add Griffies operator
12   !!             -   ! 2010-11  (F. Dupond, G. Madec)  bug correction in slopes just below the ML
13   !!            3.7  ! 2013-12  (F. Lemarie, G. Madec)  add limiter on triad slopes
14   !!----------------------------------------------------------------------
15
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   !!   ldf_slp       : calculates the slopes of neutral surface   (Madec operator)
18   !!   ldf_slp_mxl   : calculates the slopes at the base of the mixed layer (Madec operator)
19   !!----------------------------------------------------------------------
20   USE len_oce        ! ocean sizes
21   USE phycst         ! physical constants
22   USE in_out_manager ! I/O manager
23! mjb   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined)
24
25   IMPLICIT NONE
26   PRIVATE
27
28   PUBLIC   ldf_slp         ! routine called by step.F90
29   PUBLIC   ldf_slp_mxl     
30
31   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_slpmax       = 0.01_wp      !: slope limit                                     (nam_traldf namelist)
32   
33   !! * Substitutions
34#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
35   !!----------------------------------------------------------------------
36   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
37   !! $Id$
38   !! Software governed by the CeCILL licence     (./LICENSE)
39   !!----------------------------------------------------------------------
40CONTAINS
41
42   SUBROUTINE ldf_slp( ln_zps, ln_isfcav, prd, pn2, tmask, umask, vmask, wmask, gru, grv,              &
43   &                   e1t, e2t, r1_e1u, r1_e2v, e3u_n, e3v_n, e3w_n, gdept_n, gdepw_n, mbku, mbkv,    &
44   &                   mikt, miku, mikv, nmln, hmlp, hmlpt, risfdep,                                   &
45   &                   omlmask, uslpml, vslpml, wslpiml, wslpjml, uslp, vslp, wslpi, wslpj )
46
47      !!----------------------------------------------------------------------
48      !!                 ***  ROUTINE ldf_slp  ***
49      !!
50      !! ** Purpose :   Compute the slopes of neutral surface (slope of isopycnal
51      !!              surfaces referenced locally) (ln_traldf_iso=T).
52      !!
53      !! ** Method  :   The slope in the i-direction is computed at U- and
54      !!      W-points (uslp, wslpi) and the slope in the j-direction is
55      !!      computed at V- and W-points (vslp, wslpj).
56      !!      They are bounded by 1/100 over the whole ocean, and within the
57      !!      surface layer they are bounded by the distance to the surface
58      !!      ( slope<= depth/l  where l is the length scale of horizontal
59      !!      diffusion (here, aht=2000m2/s ==> l=20km with a typical velocity
60      !!      of 10cm/s)
61      !!        A horizontal shapiro filter is applied to the slopes
62      !!        ln_sco=T, s-coordinate, add to the previously computed slopes
63      !!      the slope of the model level surface.
64      !!        macro-tasked on horizontal slab (jk-loop)  (2, jpk-1)
65      !!      [slopes already set to zero at level 1, and to zero or the ocean
66      !!      bottom slope (ln_sco=T) at level jpk in inildf]
67      !!
68      !! ** Action : - uslp, wslpi, and vslp, wslpj, the i- and  j-slopes
69      !!               of now neutral surfaces at u-, w- and v- w-points, resp.
70      !!----------------------------------------------------------------------
71      LOGICAL , INTENT(in)                   ::   ln_zps, ln_isfcav
72      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:,:) ::   prd   ! in situ density
73      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:,:) ::   pn2   ! Brunt-Vaisala frequency (locally ref.)
74      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:,:) ::   tmask, umask, vmask, wmask
75      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:)   ::   gru, grv, e1t, e2t, r1_e1u, r1_e2v
76      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:,:) ::   e3u_n, e3v_n, e3w_n, gdept_n, gdepw_n
77      INTEGER , INTENT(in), DIMENSION(:,:)   ::   mbku, mbkv, mikt, miku, mikv, nmln
78      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:)   ::   hmlp, hmlpt, risfdep
79      REAL(wp), INTENT(out),DIMENSION(:,:,:) ::   omlmask
80      REAL(wp), INTENT(out),DIMENSION(:,:)   ::   uslpml, vslpml, wslpiml, wslpjml
81      REAL(wp), INTENT(out),DIMENSION(:,:,:) ::   uslp, vslp, wslpi, wslpj
82
83      !!
84      INTEGER  ::   ji , jj , jk    ! dummy loop indices
85      INTEGER  ::   ii0, ii1        ! temporary integer
86      INTEGER  ::   ij0, ij1        ! temporary integer
87      REAL(wp) ::   zeps, zm1_g, zm1_2g, z1_16, zcofw, z1_slpmax ! local scalars
88      REAL(wp) ::   zci, zfi, zau, zbu, zai, zbi   !   -      -
89      REAL(wp) ::   zcj, zfj, zav, zbv, zaj, zbj   !   -      -
90      REAL(wp) ::   zck, zfk,      zbw             !   -      -
91      REAL(wp) ::   zdepu, zdepv                   !   -      -
92      REAL(wp),ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)     ::  zslpml_hmlpu, zslpml_hmlpv !  Make global scratch at some point
93      REAL(wp),ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:)   ::  zgru, zwz, zdzr
94      REAL(wp),ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:)   ::  zgrv, zww
95      !!----------------------------------------------------------------------
96      !
97      ALLOCATE(zslpml_hmlpu(jpi,jpj))
98      ALLOCATE(zslpml_hmlpv(jpi,jpj))
99      ALLOCATE(zgru(jpi,jpj,jpk))
100      ALLOCATE(zwz(jpi,jpj,jpk))
101      ALLOCATE(zdzr(jpi,jpj,jpk))
102      ALLOCATE(zgrv(jpi,jpj,jpk))
103      ALLOCATE(zww(jpi,jpj,jpk))
104! mjb      IF( ln_timing )   CALL timing_start('ldf_slp')
105      !
106!$ACC KERNELS
107      zeps   =  1.e-20_wp        !==   Local constant initialization   ==!
108      z1_16  =  1.0_wp / 16._wp
109      zm1_g  = -1.0_wp / grav
110      zm1_2g = -0.5_wp / grav
111      z1_slpmax = 1._wp / rn_slpmax
112      !
113      zww(:,:,:) = 0._wp
114      zwz(:,:,:) = 0._wp
115      !
116      DO jk = 1, jpk             !==   i- & j-gradient of density   ==!
117         DO jj = 1, jpjm1
118            DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
119               zgru(ji,jj,jk) = umask(ji,jj,jk) * ( prd(ji+1,jj  ,jk) - prd(ji,jj,jk) )
120               zgrv(ji,jj,jk) = vmask(ji,jj,jk) * ( prd(ji  ,jj+1,jk) - prd(ji,jj,jk) )
121            END DO
122         END DO
123      END DO
124      IF( ln_zps ) THEN                           ! partial steps correction at the bottom ocean level
125         DO jj = 1, jpjm1
126            DO ji = 1, jpim1
127               zgru(ji,jj,mbku(ji,jj)) = gru(ji,jj)
128               zgrv(ji,jj,mbkv(ji,jj)) = grv(ji,jj)
129            END DO
130         END DO
131      ENDIF
132
133! MJB next lines commented out for simplicity
134!      IF( ln_zps .AND. ln_isfcav ) THEN           ! partial steps correction at the bottom ocean level
135!         DO jj = 1, jpjm1
136!            DO ji = 1, jpim1
137!               IF( miku(ji,jj) > 1 )   zgru(ji,jj,miku(ji,jj)) = grui(ji,jj)
138!               IF( mikv(ji,jj) > 1 )   zgrv(ji,jj,mikv(ji,jj)) = grvi(ji,jj)
139!            END DO
140!         END DO
141!      ENDIF
142      !
143      zdzr(:,:,1) = 0._wp        !==   Local vertical density gradient at T-point   == !   (evaluated from N^2)
144      DO jk = 2, jpkm1
145         !                                ! zdzr = d/dz(prd)= - ( prd ) / grav * mk(pn2) -- at t point
146         !                                !   trick: tmask(ik  )  = 0   =>   all pn2   = 0   =>   zdzr = 0
147         !                                !    else  tmask(ik+1)  = 0   =>   pn2(ik+1) = 0   =>   zdzr divides by 1
148         !                                !          umask(ik+1) /= 0   =>   all pn2  /= 0   =>   zdzr divides by 2
149         !                                ! NB: 1/(tmask+1) = (1-.5*tmask)  substitute a / by a *  ==> faster
150         zdzr(:,:,jk) = zm1_g * ( prd(:,:,jk) + 1._wp )              &
151            &                 * ( pn2(:,:,jk) + pn2(:,:,jk+1) ) * ( 1._wp - 0.5_wp * tmask(:,:,jk+1) )
152      END DO
153!$ACC END KERNELS
154      !
155      !                          !==   Slopes just below the mixed layer   ==!
156      CALL ldf_slp_mxl( prd, pn2, zgru, zgrv, zdzr, nmln, e1t, e2t, r1_e1u, r1_e2v, e3u_n, e3v_n, e3w_n,  & 
157      &                 tmask, umask, vmask, omlmask, uslpml, vslpml, wslpiml, wslpjml )
158
159
160      ! I.  slopes at u and v point      | uslp = d/di( prd ) / d/dz( prd )
161      ! ===========================      | vslp = d/dj( prd ) / d/dz( prd )
162      !
163
164!$ACC KERNELS
165      IF ( ln_isfcav ) THEN
166         DO jj = 2, jpjm1
167            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
168               zslpml_hmlpu(ji,jj) = uslpml(ji,jj) / ( MAX(hmlpt  (ji,jj), hmlpt  (ji+1,jj  ), 5._wp) &
169                  &                                  - MAX(risfdep(ji,jj), risfdep(ji+1,jj  )       ) ) 
170               zslpml_hmlpv(ji,jj) = vslpml(ji,jj) / ( MAX(hmlpt  (ji,jj), hmlpt  (ji  ,jj+1), 5._wp) &
171                  &                                  - MAX(risfdep(ji,jj), risfdep(ji  ,jj+1)       ) )
172            END DO
173         END DO
174      ELSE
175         DO jj = 2, jpjm1
176            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
177               zslpml_hmlpu(ji,jj) = uslpml(ji,jj) / MAX(hmlpt(ji,jj), hmlpt(ji+1,jj  ), 5._wp)
178               zslpml_hmlpv(ji,jj) = vslpml(ji,jj) / MAX(hmlpt(ji,jj), hmlpt(ji  ,jj+1), 5._wp)
179            END DO
180         END DO
181      END IF
182
183      DO jk = 2, jpkm1                            !* Slopes at u and v points
184         DO jj = 2, jpjm1
185            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
186               !                                      ! horizontal and vertical density gradient at u- and v-points
187               zau = zgru(ji,jj,jk) * r1_e1u(ji,jj)
188               zav = zgrv(ji,jj,jk) * r1_e2v(ji,jj)
189               zbu = 0.5_wp * ( zdzr(ji,jj,jk) + zdzr(ji+1,jj  ,jk) )
190               zbv = 0.5_wp * ( zdzr(ji,jj,jk) + zdzr(ji  ,jj+1,jk) )
191               !                                      ! bound the slopes: abs(zw.)<= 1/100 and zb..<0
192               !                                      ! + kxz max= ah slope max =< e1 e3 /(pi**2 2 dt)
193               zbu = MIN(  zbu, - z1_slpmax * ABS( zau ) , -7.e+3_wp/e3u_n(ji,jj,jk)* ABS( zau )  )
194               zbv = MIN(  zbv, - z1_slpmax * ABS( zav ) , -7.e+3_wp/e3v_n(ji,jj,jk)* ABS( zav )  )
195               !                                      ! uslp and vslp output in zwz and zww, resp.
196               zfi = MAX( omlmask(ji,jj,jk), omlmask(ji+1,jj,jk) )
197               zfj = MAX( omlmask(ji,jj,jk), omlmask(ji,jj+1,jk) )
198               ! thickness of water column between surface and level k at u/v point
199               zdepu = 0.5_wp * ( ( gdept_n (ji,jj,jk) + gdept_n (ji+1,jj,jk) )                            &
200                                - 2 * MAX( risfdep(ji,jj), risfdep(ji+1,jj) ) - e3u_n(ji,jj,miku(ji,jj))   )
201               zdepv = 0.5_wp * ( ( gdept_n (ji,jj,jk) + gdept_n (ji,jj+1,jk) )                            &
202                                - 2 * MAX( risfdep(ji,jj), risfdep(ji,jj+1) ) - e3v_n(ji,jj,mikv(ji,jj))   )
203               !
204               zwz(ji,jj,jk) = ( ( 1._wp - zfi) * zau / ( zbu - zeps )                                     &
205                  &                      + zfi  * zdepu * zslpml_hmlpu(ji,jj) ) * umask(ji,jj,jk)
206               zww(ji,jj,jk) = ( ( 1._wp - zfj) * zav / ( zbv - zeps )                                     &
207                  &                      + zfj  * zdepv * zslpml_hmlpv(ji,jj) ) * vmask(ji,jj,jk)
208!!gm  modif to suppress omlmask.... (as in Griffies case)
209!               !                                         ! jk must be >= ML level for zf=1. otherwise  zf=0.
210!               zfi = REAL( 1 - 1/(1 + jk / MAX( nmln(ji+1,jj), nmln(ji,jj) ) ), wp )
211!               zfj = REAL( 1 - 1/(1 + jk / MAX( nmln(ji,jj+1), nmln(ji,jj) ) ), wp )
212!               zci = 0.5 * ( gdept_n(ji+1,jj,jk)+gdept_n(ji,jj,jk) ) / MAX( hmlpt(ji,jj), hmlpt(ji+1,jj), 10. ) )
213!               zcj = 0.5 * ( gdept_n(ji,jj+1,jk)+gdept_n(ji,jj,jk) ) / MAX( hmlpt(ji,jj), hmlpt(ji,jj+1), 10. ) )
214!               zwz(ji,jj,jk) = ( zfi * zai / ( zbi - zeps ) + ( 1._wp - zfi ) * wslpiml(ji,jj) * zci ) * tmask(ji,jj,jk)
215!               zww(ji,jj,jk) = ( zfj * zaj / ( zbj - zeps ) + ( 1._wp - zfj ) * wslpjml(ji,jj) * zcj ) * tmask(ji,jj,jk)
216!!gm end modif
217            END DO
218         END DO
219      END DO
220!MJB      CALL lbc_lnk_multi( zwz, 'U', -1.,  zww, 'V', -1. )      ! lateral boundary conditions
221      !
222      !                                            !* horizontal Shapiro filter
223      DO jk = 2, jpkm1
224         DO jj = 2, jpjm1, MAX(1, jpj-3)                        ! rows jj=2 and =jpjm1 only
225            DO ji = 2, jpim1
226               uslp(ji,jj,jk) = z1_16 * (        zwz(ji-1,jj-1,jk) + zwz(ji+1,jj-1,jk)      &
227                  &                       +      zwz(ji-1,jj+1,jk) + zwz(ji+1,jj+1,jk)      &
228                  &                       + 2.*( zwz(ji  ,jj-1,jk) + zwz(ji-1,jj  ,jk)      &
229                  &                       +      zwz(ji+1,jj  ,jk) + zwz(ji  ,jj+1,jk) )    &
230                  &                       + 4.*  zwz(ji  ,jj  ,jk)                       )
231               vslp(ji,jj,jk) = z1_16 * (        zww(ji-1,jj-1,jk) + zww(ji+1,jj-1,jk)      &
232                  &                       +      zww(ji-1,jj+1,jk) + zww(ji+1,jj+1,jk)      &
233                  &                       + 2.*( zww(ji  ,jj-1,jk) + zww(ji-1,jj  ,jk)      &
234                  &                       +      zww(ji+1,jj  ,jk) + zww(ji  ,jj+1,jk) )    &
235                  &                       + 4.*  zww(ji,jj    ,jk)                       )
236            END DO
237         END DO
238         DO jj = 3, jpj-2                               ! other rows
239            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
240               uslp(ji,jj,jk) = z1_16 * (        zwz(ji-1,jj-1,jk) + zwz(ji+1,jj-1,jk)      &
241                  &                       +      zwz(ji-1,jj+1,jk) + zwz(ji+1,jj+1,jk)      &
242                  &                       + 2.*( zwz(ji  ,jj-1,jk) + zwz(ji-1,jj  ,jk)      &
243                  &                       +      zwz(ji+1,jj  ,jk) + zwz(ji  ,jj+1,jk) )    &
244                  &                       + 4.*  zwz(ji  ,jj  ,jk)                       )
245               vslp(ji,jj,jk) = z1_16 * (        zww(ji-1,jj-1,jk) + zww(ji+1,jj-1,jk)      &
246                  &                       +      zww(ji-1,jj+1,jk) + zww(ji+1,jj+1,jk)      &
247                  &                       + 2.*( zww(ji  ,jj-1,jk) + zww(ji-1,jj  ,jk)      &
248                  &                       +      zww(ji+1,jj  ,jk) + zww(ji  ,jj+1,jk) )    &
249                  &                       + 4.*  zww(ji,jj    ,jk)                       )
250            END DO
251         END DO
252         !                                        !* decrease along coastal boundaries
253         DO jj = 2, jpjm1
254            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
255               uslp(ji,jj,jk) = uslp(ji,jj,jk) * ( umask(ji,jj+1,jk) + umask(ji,jj-1,jk  ) ) * 0.5_wp   &
256                  &                            * ( umask(ji,jj  ,jk) + umask(ji,jj  ,jk+1) ) * 0.5_wp
257               vslp(ji,jj,jk) = vslp(ji,jj,jk) * ( vmask(ji+1,jj,jk) + vmask(ji-1,jj,jk  ) ) * 0.5_wp   &
258                  &                            * ( vmask(ji  ,jj,jk) + vmask(ji  ,jj,jk+1) ) * 0.5_wp
259            END DO
260         END DO
261      END DO
262
263
264      ! II.  slopes at w point           | wslpi = mij( d/di( prd ) / d/dz( prd )
265      ! ===========================      | wslpj = mij( d/dj( prd ) / d/dz( prd )
266      !
267      DO jk = 2, jpkm1
268         DO jj = 2, jpjm1
269            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
270               !                                  !* Local vertical density gradient evaluated from N^2
271               zbw = zm1_2g * pn2 (ji,jj,jk) * ( prd (ji,jj,jk) + prd (ji,jj,jk-1) + 2. )
272               !                                  !* Slopes at w point
273               !                                        ! i- & j-gradient of density at w-points
274               zci = MAX(  umask(ji-1,jj,jk  ) + umask(ji,jj,jk  )           &
275                  &      + umask(ji-1,jj,jk-1) + umask(ji,jj,jk-1) , zeps  ) * e1t(ji,jj)
276               zcj = MAX(  vmask(ji,jj-1,jk  ) + vmask(ji,jj,jk-1)           &
277                  &      + vmask(ji,jj-1,jk-1) + vmask(ji,jj,jk  ) , zeps  ) * e2t(ji,jj)
278               zai =    (  zgru (ji-1,jj,jk  ) + zgru (ji,jj,jk-1)           &
279                  &      + zgru (ji-1,jj,jk-1) + zgru (ji,jj,jk  )   ) / zci * wmask (ji,jj,jk)
280               zaj =    (  zgrv (ji,jj-1,jk  ) + zgrv (ji,jj,jk-1)           &
281                  &      + zgrv (ji,jj-1,jk-1) + zgrv (ji,jj,jk  )   ) / zcj * wmask (ji,jj,jk)
282               !                                        ! bound the slopes: abs(zw.)<= 1/100 and zb..<0.
283               !                                        ! + kxz max= ah slope max =< e1 e3 /(pi**2 2 dt)
284               zbi = MIN( zbw ,- 100._wp* ABS( zai ) , -7.e+3_wp/e3w_n(ji,jj,jk)* ABS( zai )  )
285               zbj = MIN( zbw , -100._wp* ABS( zaj ) , -7.e+3_wp/e3w_n(ji,jj,jk)* ABS( zaj )  )
286               !                                        ! wslpi and wslpj with ML flattening (output in zwz and zww, resp.)
287               zfk = MAX( omlmask(ji,jj,jk), omlmask(ji,jj,jk-1) )   ! zfk=1 in the ML otherwise zfk=0
288               zck = ( gdepw_n(ji,jj,jk) - gdepw_n(ji,jj,mikt(ji,jj) ) ) / MAX( hmlp(ji,jj) - gdepw_n(ji,jj,mikt(ji,jj)), 10._wp )
289               zwz(ji,jj,jk) = (  zai / ( zbi - zeps ) * ( 1._wp - zfk ) + zck * wslpiml(ji,jj) * zfk  ) * wmask(ji,jj,jk)
290               zww(ji,jj,jk) = (  zaj / ( zbj - zeps ) * ( 1._wp - zfk ) + zck * wslpjml(ji,jj) * zfk  ) * wmask(ji,jj,jk)
291
292!!gm  modif to suppress omlmask....  (as in Griffies operator)
293!               !                                         ! jk must be >= ML level for zfk=1. otherwise  zfk=0.
294!               zfk = REAL( 1 - 1/(1 + jk / nmln(ji+1,jj)), wp )
295!               zck = gdepw(ji,jj,jk)    / MAX( hmlp(ji,jj), 10. )
296!               zwz(ji,jj,jk) = ( zfk * zai / ( zbi - zeps ) + ( 1._wp - zfk ) * wslpiml(ji,jj) * zck ) * tmask(ji,jj,jk)
297!               zww(ji,jj,jk) = ( zfk * zaj / ( zbj - zeps ) + ( 1._wp - zfk ) * wslpjml(ji,jj) * zck ) * tmask(ji,jj,jk)
298!!gm end modif
299            END DO
300         END DO
301      END DO
302! MJB      CALL lbc_lnk_multi( zwz, 'T', -1.,  zww, 'T', -1. )      ! lateral boundary conditions
303      !
304      !                                           !* horizontal Shapiro filter
305      DO jk = 2, jpkm1
306         DO jj = 2, jpjm1, MAX(1, jpj-3)                        ! rows jj=2 and =jpjm1 only
307            DO ji = 2, jpim1
308               zcofw = wmask(ji,jj,jk) * z1_16
309               wslpi(ji,jj,jk) = (         zwz(ji-1,jj-1,jk) + zwz(ji+1,jj-1,jk)     &
310                    &               +      zwz(ji-1,jj+1,jk) + zwz(ji+1,jj+1,jk)     &
311                    &               + 2.*( zwz(ji  ,jj-1,jk) + zwz(ji-1,jj  ,jk)     &
312                    &               +      zwz(ji+1,jj  ,jk) + zwz(ji  ,jj+1,jk) )   &
313                    &               + 4.*  zwz(ji  ,jj  ,jk)                         ) * zcofw
314
315               wslpj(ji,jj,jk) = (         zww(ji-1,jj-1,jk) + zww(ji+1,jj-1,jk)     &
316                    &               +      zww(ji-1,jj+1,jk) + zww(ji+1,jj+1,jk)     &
317                    &               + 2.*( zww(ji  ,jj-1,jk) + zww(ji-1,jj  ,jk)     &
318                    &               +      zww(ji+1,jj  ,jk) + zww(ji  ,jj+1,jk) )   &
319                    &               + 4.*  zww(ji  ,jj  ,jk)                         ) * zcofw
320            END DO
321         END DO
322         DO jj = 3, jpj-2                               ! other rows
323            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
324               zcofw = wmask(ji,jj,jk) * z1_16
325               wslpi(ji,jj,jk) = (         zwz(ji-1,jj-1,jk) + zwz(ji+1,jj-1,jk)     &
326                    &               +      zwz(ji-1,jj+1,jk) + zwz(ji+1,jj+1,jk)     &
327                    &               + 2.*( zwz(ji  ,jj-1,jk) + zwz(ji-1,jj  ,jk)     &
328                    &               +      zwz(ji+1,jj  ,jk) + zwz(ji  ,jj+1,jk) )   &
329                    &               + 4.*  zwz(ji  ,jj  ,jk)                         ) * zcofw
330
331               wslpj(ji,jj,jk) = (         zww(ji-1,jj-1,jk) + zww(ji+1,jj-1,jk)     &
332                    &               +      zww(ji-1,jj+1,jk) + zww(ji+1,jj+1,jk)     &
333                    &               + 2.*( zww(ji  ,jj-1,jk) + zww(ji-1,jj  ,jk)     &
334                    &               +      zww(ji+1,jj  ,jk) + zww(ji  ,jj+1,jk) )   &
335                    &               + 4.*  zww(ji  ,jj  ,jk)                         ) * zcofw
336            END DO
337         END DO
338         !                                        !* decrease in vicinity of topography
339         DO jj = 2, jpjm1
340            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
341               zck =   ( umask(ji,jj,jk) + umask(ji-1,jj,jk) )   &
342                  &  * ( vmask(ji,jj,jk) + vmask(ji,jj-1,jk) ) * 0.25
343               wslpi(ji,jj,jk) = wslpi(ji,jj,jk) * zck
344               wslpj(ji,jj,jk) = wslpj(ji,jj,jk) * zck
345            END DO
346         END DO
347      END DO
348
349!$ACC END KERNELS
350
351      ! IV. Lateral boundary conditions
352      ! ===============================
353! mjb       CALL lbc_lnk_multi( uslp , 'U', -1. , vslp , 'V', -1. , wslpi, 'W', -1., wslpj, 'W', -1. )
354
355! mjb      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('ldf_slp')
356      !
357   END SUBROUTINE ldf_slp
358
359   SUBROUTINE ldf_slp_mxl( prd, pn2, p_gru, p_grv, p_dzr, nmln, e1t, e2t, r1_e1u, r1_e2v, e3u_n, e3v_n, e3w_n, &
360  &                        tmask, umask, vmask, omlmask, uslpml, vslpml, wslpiml, wslpjml )
361      !!----------------------------------------------------------------------
362      !!                  ***  ROUTINE ldf_slp_mxl  ***
363      !!
364      !! ** Purpose :   Compute the slopes of iso-neutral surface just below
365      !!              the mixed layer.
366      !!
367      !! ** Method  :   The slope in the i-direction is computed at u- & w-points
368      !!              (uslpml, wslpiml) and the slope in the j-direction is computed
369      !!              at v- and w-points (vslpml, wslpjml) with the same bounds as
370      !!              in ldf_slp.
371      !!
372      !! ** Action  :   uslpml, wslpiml :  i- &  j-slopes of neutral surfaces
373      !!                vslpml, wslpjml    just below the mixed layer
374      !!                omlmask         :  mixed layer mask
375      !!----------------------------------------------------------------------
376      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in) ::   prd            ! in situ density
377      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in) ::   pn2            ! Brunt-Vaisala frequency (locally ref.)
378      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in) ::   p_gru, p_grv   ! i- & j-gradient of density (u- & v-pts)
379      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in) ::   p_dzr          ! z-gradient of density      (T-point)
380      INTEGER,  DIMENSION(:,:)  , INTENT(in) ::   nmln
381      REAL(wp), DIMENSION(:,:),   INTENT(in) ::   e1t, e2t, r1_e1u, r1_e2v
382      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in) ::   e3u_n, e3v_n, e3w_n, tmask, umask, vmask
383      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(out)::   omlmask
384      REAL(wp), DIMENSION(:,:),   INTENT(out)::   uslpml, vslpml, wslpiml, wslpjml
385
386      !!
387      INTEGER  ::   ji , jj , jk                   ! dummy loop indices
388      INTEGER  ::   iku, ikv, ik, ikm1             ! local integers
389      REAL(wp) ::   zeps, zm1_g, zm1_2g, z1_slpmax ! local scalars
390      REAL(wp) ::   zci, zfi, zau, zbu, zai, zbi   !   -      -
391      REAL(wp) ::   zcj, zfj, zav, zbv, zaj, zbj   !   -      -
392      REAL(wp) ::   zck, zfk,      zbw             !   -      -
393      !!----------------------------------------------------------------------
394      !
395!$ACC KERNELS
396      zeps   =  1.e-20_wp        !==   Local constant initialization   ==!
397      zm1_g  = -1.0_wp / grav
398      zm1_2g = -0.5_wp / grav
399      z1_slpmax = 1._wp / rn_slpmax
400      !
401      uslpml (1,:) = 0._wp      ;      uslpml (jpi,:) = 0._wp
402      vslpml (1,:) = 0._wp      ;      vslpml (jpi,:) = 0._wp
403      wslpiml(1,:) = 0._wp      ;      wslpiml(jpi,:) = 0._wp
404      wslpjml(1,:) = 0._wp      ;      wslpjml(jpi,:) = 0._wp
405      !
406      !                                            !==   surface mixed layer mask   !
407      DO jk = 1, jpk                               ! =1 inside the mixed layer, =0 otherwise
408         DO jj = 1, jpj
409            DO ji = 1, jpi
410               ik = nmln(ji,jj) - 1
411               IF( jk <= ik ) THEN   ;   omlmask(ji,jj,jk) = 1._wp
412               ELSE                  ;   omlmask(ji,jj,jk) = 0._wp
413               ENDIF
414            END DO
415         END DO
416      END DO
417
418
419      ! Slopes of isopycnal surfaces just before bottom of mixed layer
420      ! --------------------------------------------------------------
421      ! The slope are computed as in the 3D case.
422      ! A key point here is the definition of the mixed layer at u- and v-points.
423      ! It is assumed to be the maximum of the two neighbouring T-point mixed layer depth.
424      ! Otherwise, a n2 value inside the mixed layer can be involved in the computation
425      ! of the slope, resulting in a too steep diagnosed slope and thus a spurious eddy
426      ! induce velocity field near the base of the mixed layer.
427      !-----------------------------------------------------------------------
428      !
429      DO jj = 2, jpjm1
430         DO ji = 2, jpim1
431            !                        !==   Slope at u- & v-points just below the Mixed Layer   ==!
432            !
433            !                        !- vertical density gradient for u- and v-slopes (from dzr at T-point)
434            iku = MIN(  MAX( 1, nmln(ji,jj) , nmln(ji+1,jj) ) , jpkm1  )   ! ML (MAX of T-pts, bound by jpkm1)
435            ikv = MIN(  MAX( 1, nmln(ji,jj) , nmln(ji,jj+1) ) , jpkm1  )   !
436            zbu = 0.5_wp * ( p_dzr(ji,jj,iku) + p_dzr(ji+1,jj  ,iku) )
437            zbv = 0.5_wp * ( p_dzr(ji,jj,ikv) + p_dzr(ji  ,jj+1,ikv) )
438            !                        !- horizontal density gradient at u- & v-points
439            zau = p_gru(ji,jj,iku) * r1_e1u(ji,jj)
440            zav = p_grv(ji,jj,ikv) * r1_e2v(ji,jj)
441            !                        !- bound the slopes: abs(zw.)<= 1/100 and zb..<0
442            !                           kxz max= ah slope max =< e1 e3 /(pi**2 2 dt)
443            zbu = MIN(  zbu , - z1_slpmax * ABS( zau ) , -7.e+3_wp/e3u_n(ji,jj,iku)* ABS( zau )  )
444            zbv = MIN(  zbv , - z1_slpmax * ABS( zav ) , -7.e+3_wp/e3v_n(ji,jj,ikv)* ABS( zav )  )
445            !                        !- Slope at u- & v-points (uslpml, vslpml)
446            uslpml(ji,jj) = zau / ( zbu - zeps ) * umask(ji,jj,iku)
447            vslpml(ji,jj) = zav / ( zbv - zeps ) * vmask(ji,jj,ikv)
448            !
449            !                        !==   i- & j-slopes at w-points just below the Mixed Layer   ==!
450            !
451            ik   = MIN( nmln(ji,jj) + 1, jpk )
452            ikm1 = MAX( 1, ik-1 )
453            !                        !- vertical density gradient for w-slope (from N^2)
454            zbw = zm1_2g * pn2 (ji,jj,ik) * ( prd (ji,jj,ik) + prd (ji,jj,ikm1) + 2. )
455            !                        !- horizontal density i- & j-gradient at w-points
456            zci = MAX(   umask(ji-1,jj,ik  ) + umask(ji,jj,ik  )           &
457               &       + umask(ji-1,jj,ikm1) + umask(ji,jj,ikm1) , zeps  ) * e1t(ji,jj)
458            zcj = MAX(   vmask(ji,jj-1,ik  ) + vmask(ji,jj,ik  )           &
459               &       + vmask(ji,jj-1,ikm1) + vmask(ji,jj,ikm1) , zeps  ) * e2t(ji,jj)
460            zai =    (   p_gru(ji-1,jj,ik  ) + p_gru(ji,jj,ik)             &
461               &       + p_gru(ji-1,jj,ikm1) + p_gru(ji,jj,ikm1  )  ) / zci  * tmask(ji,jj,ik)
462            zaj =    (   p_grv(ji,jj-1,ik  ) + p_grv(ji,jj,ik  )           &
463               &       + p_grv(ji,jj-1,ikm1) + p_grv(ji,jj,ikm1)  ) / zcj  * tmask(ji,jj,ik)
464            !                        !- bound the slopes: abs(zw.)<= 1/100 and zb..<0.
465            !                           kxz max= ah slope max =< e1 e3 /(pi**2 2 dt)
466            zbi = MIN(  zbw , -100._wp* ABS( zai ) , -7.e+3_wp/e3w_n(ji,jj,ik)* ABS( zai )  )
467            zbj = MIN(  zbw , -100._wp* ABS( zaj ) , -7.e+3_wp/e3w_n(ji,jj,ik)* ABS( zaj )  )
468            !                        !- i- & j-slope at w-points (wslpiml, wslpjml)
469            wslpiml(ji,jj) = zai / ( zbi - zeps ) * tmask (ji,jj,ik)
470            wslpjml(ji,jj) = zaj / ( zbj - zeps ) * tmask (ji,jj,ik)
471         END DO
472      END DO
473!$ACC END KERNELS
474      !!gm this lbc_lnk should be useless....
475! MJB      CALL lbc_lnk_multi( uslpml , 'U', -1. , vslpml , 'V', -1. , wslpiml, 'W', -1. , wslpjml, 'W', -1. )
476      !
477   END SUBROUTINE ldf_slp_mxl
478
479
480
481   !!======================================================================
482END MODULE ldfslp
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.