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dynspg.F90 in NEMO/trunk/src/OCE/DYN – NEMO

source: NEMO/trunk/src/OCE/DYN/dynspg.F90 @ 14110

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Merging branch "2020/dev_r13648_ASINTER-04_laurent_bulk_ice", ticket #2369

  • Property svn:keywords set to Id
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RevLine 
[358]1MODULE dynspg
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynspg  ***
4   !! Ocean dynamics:  surface pressure gradient control
5   !!======================================================================
[1566]6   !! History :  1.0  ! 2005-12  (C. Talandier, G. Madec, V. Garnier)  Original code
7   !!            3.2  ! 2009-07  (R. Benshila)  Suppression of rigid-lid option
[14007]8   !!            4.2  ! 2020-12  (G. Madec, E. Clementi) add Bernoulli Head for
9   !!                            wave coupling
[503]10   !!----------------------------------------------------------------------
[358]11
12   !!----------------------------------------------------------------------
[14072]13   !!   dyn_spg     : update the dynamics trend with surface pressure gradient
[5930]14   !!   dyn_spg_init: initialization, namelist read, and parameters control
[358]15   !!----------------------------------------------------------------------
16   USE oce            ! ocean dynamics and tracers variables
17   USE dom_oce        ! ocean space and time domain variables
[4245]18   USE c1d            ! 1D vertical configuration
[2715]19   USE phycst         ! physical constants
[2528]20   USE sbc_oce        ! surface boundary condition: ocean
[9019]21   USE sbc_ice , ONLY : snwice_mass, snwice_mass_b
[2528]22   USE sbcapr         ! surface boundary condition: atmospheric pressure
[14007]23   USE sbcwave,  ONLY : bhd_wave
[358]24   USE dynspg_exp     ! surface pressure gradient     (dyn_spg_exp routine)
25   USE dynspg_ts      ! surface pressure gradient     (dyn_spg_ts  routine)
[12377]26   USE tide_mod       !
[4990]27   USE trd_oce        ! trends: ocean variables
28   USE trddyn         ! trend manager: dynamics
29   !
[358]30   USE prtctl         ! Print control                     (prt_ctl routine)
31   USE in_out_manager ! I/O manager
[2715]32   USE lib_mpp        ! MPP library
[4990]33   USE timing         ! Timing
[358]34
35   IMPLICIT NONE
36   PRIVATE
37
[2528]38   PUBLIC   dyn_spg        ! routine called by step module
39   PUBLIC   dyn_spg_init   ! routine called by opa module
[358]40
[14072]41   INTEGER ::   nspg = 0   ! type of surface pressure gradient scheme defined from lk_dynspg_...
[358]42
[6140]43   !                       ! Parameter to control the surface pressure gradient scheme
44   INTEGER, PARAMETER ::   np_TS  = 1   ! split-explicit time stepping (Time-Splitting)
45   INTEGER, PARAMETER ::   np_EXP = 0   !       explicit time stepping
46   INTEGER, PARAMETER ::   np_NO  =-1   ! no surface pressure gradient, no scheme
[12377]47   !
48   REAL(wp) ::   zt0step !   Time of day at the beginning of the time step
[6140]49
[358]50   !! * Substitutions
[12377]51#  include "do_loop_substitute.h90"
[358]52   !!----------------------------------------------------------------------
[9598]53   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
[14072]54   !! $Id$
[10068]55   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
[358]56   !!----------------------------------------------------------------------
57CONTAINS
58
[12377]59   SUBROUTINE dyn_spg( kt, Kbb, Kmm, Krhs, puu, pvv, pssh, puu_b, pvv_b, Kaa )
[358]60      !!----------------------------------------------------------------------
61      !!                  ***  ROUTINE dyn_spg  ***
62      !!
[14072]63      !! ** Purpose :   compute surface pressure gradient including the
[6140]64      !!              atmospheric pressure forcing (ln_apr_dyn=T).
[1566]65      !!
[5930]66      !! ** Method  :   Two schemes:
[6140]67      !!              - explicit       : the spg is evaluated at now
68      !!              - split-explicit : a time splitting technique is used
[1566]69      !!
[14072]70      !!              ln_apr_dyn=T : the atmospheric pressure forcing is applied
[2528]71      !!             as the gradient of the inverse barometer ssh:
[12489]72      !!                apgu = - 1/rho0 di[apr] = 0.5*grav di[ssh_ib+ssh_ibb]
73      !!                apgv = - 1/rho0 dj[apr] = 0.5*grav dj[ssh_ib+ssh_ibb]
74      !!             Note that as all external forcing a time averaging over a two rn_Dt
[2528]75      !!             period is used to prevent the divergence of odd and even time step.
[358]76      !!----------------------------------------------------------------------
[12377]77      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt                  ! ocean time-step index
78      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kbb, Kmm, Krhs, Kaa ! ocean time level indices
79      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv            ! ocean velocities and RHS of momentum equation
80      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpt)    , INTENT(inout) ::  pssh, puu_b, pvv_b  ! SSH and barotropic velocities at main time levels
[2715]81      !
[9019]82      INTEGER  ::   ji, jj, jk                   ! dummy loop indices
[12489]83      REAL(wp) ::   z2dt, zg_2, zintp, zgrho0r, zld   ! local scalars
[14064]84      REAL(wp)             , DIMENSION(jpi,jpj) ::   zpgu, zpgv   ! 2D workspace
85      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)     ::   zpice
86      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:)   ::   ztrdu, ztrdv
[358]87      !!----------------------------------------------------------------------
[3294]88      !
[9019]89      IF( ln_timing )   CALL timing_start('dyn_spg')
[3294]90      !
[358]91      IF( l_trddyn )   THEN                      ! temporary save of ta and sa trends
[14072]92         ALLOCATE( ztrdu(jpi,jpj,jpk) , ztrdv(jpi,jpj,jpk) )
[12377]93         ztrdu(:,:,:) = puu(:,:,:,Krhs)
94         ztrdv(:,:,:) = pvv(:,:,:,Krhs)
[358]95      ENDIF
[6140]96      !
[4292]97      IF(      ln_apr_dyn                                                &   ! atmos. pressure
[7646]98         .OR.  ( .NOT.ln_dynspg_ts .AND. (ln_tide_pot .AND. ln_tide) )   &   ! tide potential (no time slitting)
[9019]99         .OR.  ln_ice_embd ) THEN                                            ! embedded sea-ice
[4292]100         !
[13295]101         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[14064]102            zpgu(ji,jj) = 0._wp
103            zpgv(ji,jj) = 0._wp
[12377]104         END_2D
[4292]105         !
[6140]106         IF( ln_apr_dyn .AND. .NOT.ln_dynspg_ts ) THEN   !==  Atmospheric pressure gradient (added later in time-split case) ==!
[4292]107            zg_2 = grav * 0.5
[13497]108            DO_2D( 0, 0, 0, 0 )                       ! gradient of Patm using inverse barometer ssh
[14064]109               zpgu(ji,jj) = zpgu(ji,jj) + zg_2 * (  ssh_ib (ji+1,jj) - ssh_ib (ji,jj)    &
[12377]110                  &                                + ssh_ibb(ji+1,jj) - ssh_ibb(ji,jj)  ) * r1_e1u(ji,jj)
[14064]111               zpgv(ji,jj) = zpgv(ji,jj) + zg_2 * (  ssh_ib (ji,jj+1) - ssh_ib (ji,jj)    &
[12377]112                  &                                + ssh_ibb(ji,jj+1) - ssh_ibb(ji,jj)  ) * r1_e2v(ji,jj)
113            END_2D
[4292]114         ENDIF
115         !
116         !                                    !==  tide potential forcing term  ==!
[7646]117         IF( .NOT.ln_dynspg_ts .AND. ( ln_tide_pot .AND. ln_tide )  ) THEN   ! N.B. added directly at sub-time-step in ts-case
[4292]118            !
[12377]119            ! Update tide potential at the beginning of current time step
[12489]120            zt0step = REAL(nsec_day, wp)-0.5_wp*rn_Dt
[12377]121            CALL upd_tide(zt0step, Kmm)
[4292]122            !
[13497]123            DO_2D( 0, 0, 0, 0 )                      ! add tide potential forcing
[14064]124               zpgu(ji,jj) = zpgu(ji,jj) + grav * ( pot_astro(ji+1,jj) - pot_astro(ji,jj) ) * r1_e1u(ji,jj)
125               zpgv(ji,jj) = zpgv(ji,jj) + grav * ( pot_astro(ji,jj+1) - pot_astro(ji,jj) ) * r1_e2v(ji,jj)
[12377]126            END_2D
[9023]127            !
128            IF (ln_scal_load) THEN
129               zld = rn_scal_load * grav
[13497]130               DO_2D( 0, 0, 0, 0 )                   ! add scalar approximation for load potential
[14064]131                  zpgu(ji,jj) = zpgu(ji,jj) + zld * ( pssh(ji+1,jj,Kmm) - pssh(ji,jj,Kmm) ) * r1_e1u(ji,jj)
132                  zpgv(ji,jj) = zpgv(ji,jj) + zld * ( pssh(ji,jj+1,Kmm) - pssh(ji,jj,Kmm) ) * r1_e2v(ji,jj)
[12377]133               END_2D
[9023]134            ENDIF
[4292]135         ENDIF
136         !
[9019]137         IF( ln_ice_embd ) THEN              !== embedded sea ice: Pressure gradient due to snow-ice mass ==!
138            ALLOCATE( zpice(jpi,jpj) )
[4292]139            zintp = REAL( MOD( kt-1, nn_fsbc ) ) / REAL( nn_fsbc )
[12489]140            zgrho0r     = - grav * r1_rho0
141            zpice(:,:) = (  zintp * snwice_mass(:,:) + ( 1.- zintp ) * snwice_mass_b(:,:)  ) * zgrho0r
[13295]142            DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[14064]143               zpgu(ji,jj) = zpgu(ji,jj) + ( zpice(ji+1,jj) - zpice(ji,jj) ) * r1_e1u(ji,jj)
144               zpgv(ji,jj) = zpgv(ji,jj) + ( zpice(ji,jj+1) - zpice(ji,jj) ) * r1_e2v(ji,jj)
[12377]145            END_2D
[14072]146            DEALLOCATE( zpice )
[4292]147         ENDIF
148         !
[14007]149         IF( ln_wave .and. ln_bern_srfc ) THEN          !== Add J terms: depth-independent Bernoulli head
150            DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[14064]151               zpgu(ji,jj) = zpgu(ji,jj) + ( bhd_wave(ji+1,jj) - bhd_wave(ji,jj) ) / e1u(ji,jj)   !++ bhd_wave from wave model in m2/s2 [BHD parameters in WW3]
152               zpgv(ji,jj) = zpgv(ji,jj) + ( bhd_wave(ji,jj+1) - bhd_wave(ji,jj) ) / e2v(ji,jj)
[14007]153            END_2D
154         ENDIF
155         !
[13497]156         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )       !== Add all terms to the general trend
[14064]157            puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zpgu(ji,jj)
158            pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zpgv(ji,jj)
[12377]159         END_3D
[6140]160         !
[4990]161!!gm add here a call to dyn_trd for ice pressure gradient, the surf pressure trends ????
[14072]162         !
[3625]163      ENDIF
[6140]164      !
165      SELECT CASE ( nspg )                   !== surface pressure gradient computed and add to the general trend ==!
[12377]166      CASE ( np_EXP )   ;   CALL dyn_spg_exp( kt,      Kmm,       puu, pvv, Krhs )                    ! explicit
167      CASE ( np_TS  )   ;   CALL dyn_spg_ts ( kt, Kbb, Kmm, Krhs, puu, pvv, pssh, puu_b, pvv_b, Kaa ) ! time-splitting
[358]168      END SELECT
[14072]169      !
[6140]170      IF( l_trddyn )   THEN                  ! save the surface pressure gradient trends for further diagnostics
[12377]171         ztrdu(:,:,:) = puu(:,:,:,Krhs) - ztrdu(:,:,:)
172         ztrdv(:,:,:) = pvv(:,:,:,Krhs) - ztrdv(:,:,:)
173         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_spg, kt, Kmm )
[14072]174         DEALLOCATE( ztrdu , ztrdv )
[358]175      ENDIF
[6140]176      !                                      ! print mean trends (used for debugging)
[12377]177      IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=puu(:,:,:,Krhs), clinfo1=' spg  - Ua: ', mask1=umask, &
178         &                                  tab3d_2=pvv(:,:,:,Krhs), clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
[503]179      !
[9019]180      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('dyn_spg')
[2715]181      !
[358]182   END SUBROUTINE dyn_spg
183
184
[2528]185   SUBROUTINE dyn_spg_init
[358]186      !!---------------------------------------------------------------------
[2528]187      !!                  ***  ROUTINE dyn_spg_init  ***
[14072]188      !!
189      !! ** Purpose :   Control the consistency between namelist options for
[1566]190      !!              surface pressure gradient schemes
[358]191      !!----------------------------------------------------------------------
[6140]192      INTEGER ::   ioptio, ios   ! local integers
[5930]193      !
[6140]194      NAMELIST/namdyn_spg/ ln_dynspg_exp       , ln_dynspg_ts,   &
195      &                    ln_bt_fw, ln_bt_av  , ln_bt_auto  ,   &
[12489]196      &                    nn_e , rn_bt_cmax, nn_bt_flt, rn_bt_alpha
[358]197      !!----------------------------------------------------------------------
[3294]198      !
[9169]199      IF(lwp) THEN
200         WRITE(numout,*)
201         WRITE(numout,*) 'dyn_spg_init : choice of the surface pressure gradient scheme'
202         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
203      ENDIF
204      !
[5930]205      READ  ( numnam_ref, namdyn_spg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
[11536]206901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_spg in reference namelist' )
[6140]207      !
[5930]208      READ  ( numnam_cfg, namdyn_spg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
[11536]209902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_spg in configuration namelist' )
[5930]210      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_spg )
211      !
212      IF(lwp) THEN             ! Namelist print
[9169]213         WRITE(numout,*) '   Namelist : namdyn_spg                    '
214         WRITE(numout,*) '      Explicit free surface                  ln_dynspg_exp = ', ln_dynspg_exp
215         WRITE(numout,*) '      Free surface with time splitting       ln_dynspg_ts  = ', ln_dynspg_ts
[358]216      ENDIF
[6140]217      !                          ! Control of surface pressure gradient scheme options
[6981]218                                     nspg =  np_NO    ;   ioptio = 0
[6140]219      IF( ln_dynspg_exp ) THEN   ;   nspg =  np_EXP   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   ENDIF
220      IF( ln_dynspg_ts  ) THEN   ;   nspg =  np_TS    ;   ioptio = ioptio + 1   ;   ENDIF
[1566]221      !
[6140]222      IF( ioptio  > 1 )   CALL ctl_stop( 'Choose only one surface pressure gradient scheme' )
223      IF( ioptio == 0 )   CALL ctl_warn( 'NO surface pressure gradient trend in momentum Eqs.' )
224      IF( ln_dynspg_exp .AND. ln_isfcav )   &
225           &   CALL ctl_stop( ' dynspg_exp not tested with ice shelf cavity ' )
[1566]226      !
227      IF(lwp) THEN
[358]228         WRITE(numout,*)
[9190]229         IF( nspg == np_EXP )   WRITE(numout,*) '   ==>>>   explicit free surface'
230         IF( nspg == np_TS  )   WRITE(numout,*) '   ==>>>   free surface with time splitting scheme'
231         IF( nspg == np_NO  )   WRITE(numout,*) '   ==>>>   No surface surface pressure gradient trend in momentum Eqs.'
[358]232      ENDIF
[1566]233      !
[6140]234      IF( nspg == np_TS ) THEN   ! split-explicit scheme initialisation
[12489]235         CALL dyn_spg_ts_init          ! do it first: set nn_e used to allocate some arrays later on
[6140]236      ENDIF
237      !
[2528]238   END SUBROUTINE dyn_spg_init
[358]239
240  !!======================================================================
241END MODULE dynspg
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.