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.
zdftke.F90 in NEMO/trunk/src/OCE/ZDF – NEMO

source: NEMO/trunk/src/OCE/ZDF/zdftke.F90 @ 13295

Last change on this file since 13295 was 13295, checked in by acc, 4 years ago

Replace do-loop macros in the trunk with alternative forms with greater flexibility for extra halo applications. This alters a lot of routines but does not change any behaviour or results. do_loop_substitute.h90 is greatly simplified by this change. SETTE results are identical to those with the previous revision

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 42.0 KB
RevLine 
[1531]1MODULE zdftke
[1239]2   !!======================================================================
[1531]3   !!                       ***  MODULE  zdftke  ***
[1239]4   !! Ocean physics:  vertical mixing coefficient computed from the tke
5   !!                 turbulent closure parameterization
6   !!=====================================================================
[1492]7   !! History :  OPA  !  1991-03  (b. blanke)  Original code
8   !!            7.0  !  1991-11  (G. Madec)   bug fix
9   !!            7.1  !  1992-10  (G. Madec)   new mixing length and eav
10   !!            7.2  !  1993-03  (M. Guyon)   symetrical conditions
11   !!            7.3  !  1994-08  (G. Madec, M. Imbard)  nn_pdl flag
12   !!            7.5  !  1996-01  (G. Madec)   s-coordinates
13   !!            8.0  !  1997-07  (G. Madec)   lbc
14   !!            8.1  !  1999-01  (E. Stretta) new option for the mixing length
15   !!  NEMO      1.0  !  2002-06  (G. Madec) add tke_init routine
16   !!             -   !  2004-10  (C. Ethe )  1D configuration
17   !!            2.0  !  2006-07  (S. Masson)  distributed restart using iom
18   !!            3.0  !  2008-05  (C. Ethe,  G.Madec) : update TKE physics:
19   !!                 !           - tke penetration (wind steering)
20   !!                 !           - suface condition for tke & mixing length
21   !!                 !           - Langmuir cells
22   !!             -   !  2008-05  (J.-M. Molines, G. Madec)  2D form of avtb
23   !!             -   !  2008-06  (G. Madec)  style + DOCTOR name for namelist parameters
24   !!             -   !  2008-12  (G. Reffray) stable discretization of the production term
25   !!            3.2  !  2009-06  (G. Madec, S. Masson) TKE restart compatible with key_cpl
26   !!                 !                                + cleaning of the parameters + bugs correction
[2528]27   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
[5120]28   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) add ice shelf capability
[9019]29   !!            4.0  !  2017-04  (G. Madec)  remove CPP ddm key & avm at t-point only
30   !!             -   !  2017-05  (G. Madec)  add top/bottom friction as boundary condition (ln_drg)
[1239]31   !!----------------------------------------------------------------------
[9019]32
[1239]33   !!----------------------------------------------------------------------
[3625]34   !!   zdf_tke       : update momentum and tracer Kz from a tke scheme
35   !!   tke_tke       : tke time stepping: update tke at now time step (en)
36   !!   tke_avn       : compute mixing length scale and deduce avm and avt
37   !!   zdf_tke_init  : initialization, namelist read, and parameters control
38   !!   tke_rst       : read/write tke restart in ocean restart file
[1239]39   !!----------------------------------------------------------------------
[2528]40   USE oce            ! ocean: dynamics and active tracers variables
41   USE phycst         ! physical constants
42   USE dom_oce        ! domain: ocean
43   USE domvvl         ! domain: variable volume layer
[1492]44   USE sbc_oce        ! surface boundary condition: ocean
[9019]45   USE zdfdrg         ! vertical physics: top/bottom drag coef.
[2528]46   USE zdfmxl         ! vertical physics: mixed layer
[13007]47#if defined key_si3
48   USE ice, ONLY: hm_i, h_i
49#endif
50#if defined key_cice
51   USE sbc_ice, ONLY: h_i
52#endif
[9019]53   !
[1492]54   USE in_out_manager ! I/O manager
55   USE iom            ! I/O manager library
[2715]56   USE lib_mpp        ! MPP library
[9019]57   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
58   USE prtctl         ! Print control
[3625]59   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
[1239]60
61   IMPLICIT NONE
62   PRIVATE
63
[2528]64   PUBLIC   zdf_tke        ! routine called in step module
65   PUBLIC   zdf_tke_init   ! routine called in opa module
66   PUBLIC   tke_rst        ! routine called in step module
[1239]67
[4147]68   !                      !!** Namelist  namzdf_tke  **
69   LOGICAL  ::   ln_mxl0   ! mixing length scale surface value as function of wind stress or not
70   INTEGER  ::   nn_mxl    ! type of mixing length (=0/1/2/3)
71   REAL(wp) ::   rn_mxl0   ! surface  min value of mixing length (kappa*z_o=0.4*0.1 m)  [m]
[13012]72   INTEGER  ::      nn_mxlice ! type of scaling under sea-ice
73   REAL(wp) ::      rn_mxlice ! max constant ice thickness value when scaling under sea-ice ( nn_mxlice=1)
[4147]74   INTEGER  ::   nn_pdl    ! Prandtl number or not (ratio avt/avm) (=0/1)
75   REAL(wp) ::   rn_ediff  ! coefficient for avt: avt=rn_ediff*mxl*sqrt(e)
76   REAL(wp) ::   rn_ediss  ! coefficient of the Kolmogoroff dissipation
77   REAL(wp) ::   rn_ebb    ! coefficient of the surface input of tke
78   REAL(wp) ::   rn_emin   ! minimum value of tke           [m2/s2]
79   REAL(wp) ::   rn_emin0  ! surface minimum value of tke   [m2/s2]
80   REAL(wp) ::   rn_bshear ! background shear (>0) currently a numerical threshold (do not change it)
[9019]81   LOGICAL  ::   ln_drg    ! top/bottom friction forcing flag
[4147]82   INTEGER  ::   nn_etau   ! type of depth penetration of surface tke (=0/1/2/3)
[9019]83   INTEGER  ::      nn_htau   ! type of tke profile of penetration (=0/1)
84   REAL(wp) ::      rn_efr    ! fraction of TKE surface value which penetrates in the ocean
[9546]85   REAL(wp) ::      rn_eice   ! =0 ON below sea-ice, =4 OFF when ice fraction > 1/4   
[4147]86   LOGICAL  ::   ln_lc     ! Langmuir cells (LC) as a source term of TKE or not
[9019]87   REAL(wp) ::      rn_lc     ! coef to compute vertical velocity of Langmuir cells
[1239]88
[4147]89   REAL(wp) ::   ri_cri    ! critic Richardson number (deduced from rn_ediff and rn_ediss values)
90   REAL(wp) ::   rmxl_min  ! minimum mixing length value (deduced from rn_ediff and rn_emin values)  [m]
[2528]91   REAL(wp) ::   rhftau_add = 1.e-3_wp     ! add offset   applied to HF part of taum  (nn_etau=3)
92   REAL(wp) ::   rhftau_scl = 1.0_wp       ! scale factor applied to HF part of taum  (nn_etau=3)
[1239]93
[9019]94   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   htau    ! depth of tke penetration (nn_htau)
95   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   dissl   ! now mixing lenght of dissipation
96   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   apdlr   ! now mixing lenght of dissipation
[1492]97
[1239]98   !! * Substitutions
[12377]99#  include "do_loop_substitute.h90"
[13237]100#  include "domzgr_substitute.h90"
[1239]101   !!----------------------------------------------------------------------
[9598]102   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
[2528]103   !! $Id$
[10068]104   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
[1239]105   !!----------------------------------------------------------------------
106CONTAINS
107
[2715]108   INTEGER FUNCTION zdf_tke_alloc()
109      !!----------------------------------------------------------------------
110      !!                ***  FUNCTION zdf_tke_alloc  ***
111      !!----------------------------------------------------------------------
[9019]112      ALLOCATE( htau(jpi,jpj) , dissl(jpi,jpj,jpk) , apdlr(jpi,jpj,jpk) ,   STAT= zdf_tke_alloc )
113      !
[10425]114      CALL mpp_sum ( 'zdftke', zdf_tke_alloc )
115      IF( zdf_tke_alloc /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'zdf_tke_alloc: failed to allocate arrays' )
[2715]116      !
117   END FUNCTION zdf_tke_alloc
118
119
[12377]120   SUBROUTINE zdf_tke( kt, Kbb, Kmm, p_sh2, p_avm, p_avt )
[1239]121      !!----------------------------------------------------------------------
[1531]122      !!                   ***  ROUTINE zdf_tke  ***
[1239]123      !!
124      !! ** Purpose :   Compute the vertical eddy viscosity and diffusivity
[1492]125      !!              coefficients using a turbulent closure scheme (TKE).
[1239]126      !!
[1492]127      !! ** Method  :   The time evolution of the turbulent kinetic energy (tke)
128      !!              is computed from a prognostic equation :
129      !!         d(en)/dt = avm (d(u)/dz)**2             ! shear production
130      !!                  + d( avm d(en)/dz )/dz         ! diffusion of tke
131      !!                  + avt N^2                      ! stratif. destruc.
132      !!                  - rn_ediss / emxl en**(2/3)    ! Kolmogoroff dissipation
[1239]133      !!      with the boundary conditions:
[1695]134      !!         surface: en = max( rn_emin0, rn_ebb * taum )
[1239]135      !!         bottom : en = rn_emin
[1492]136      !!      The associated critical Richardson number is: ri_cri = 2/(2+rn_ediss/rn_ediff)
137      !!
138      !!        The now Turbulent kinetic energy is computed using the following
139      !!      time stepping: implicit for vertical diffusion term, linearized semi
140      !!      implicit for kolmogoroff dissipation term, and explicit forward for
141      !!      both buoyancy and shear production terms. Therefore a tridiagonal
142      !!      linear system is solved. Note that buoyancy and shear terms are
143      !!      discretized in a energy conserving form (Bruchard 2002).
144      !!
145      !!        The dissipative and mixing length scale are computed from en and
146      !!      the stratification (see tke_avn)
147      !!
148      !!        The now vertical eddy vicosity and diffusivity coefficients are
149      !!      given by:
150      !!              avm = max( avtb, rn_ediff * zmxlm * en^1/2 )
151      !!              avt = max( avmb, pdl * avm                 ) 
[1239]152      !!              eav = max( avmb, avm )
[1492]153      !!      where pdl, the inverse of the Prandtl number is 1 if nn_pdl=0 and
154      !!      given by an empirical funtion of the localRichardson number if nn_pdl=1
[1239]155      !!
156      !! ** Action  :   compute en (now turbulent kinetic energy)
[9019]157      !!                update avt, avm (before vertical eddy coef.)
[1239]158      !!
159      !! References : Gaspar et al., JGR, 1990,
160      !!              Blanke and Delecluse, JPO, 1991
161      !!              Mellor and Blumberg, JPO 2004
162      !!              Axell, JGR, 2002
[1492]163      !!              Bruchard OM 2002
[1239]164      !!----------------------------------------------------------------------
[9019]165      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   kt             ! ocean time step
[12377]166      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   Kbb, Kmm       ! ocean time level indices
[9019]167      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   p_sh2          ! shear production term
168      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(inout) ::   p_avm, p_avt   !  momentum and tracer Kz (w-points)
[1492]169      !!----------------------------------------------------------------------
[1481]170      !
[12377]171      CALL tke_tke( Kbb, Kmm, p_sh2, p_avm, p_avt )   ! now tke (en)
[5656]172      !
[12377]173      CALL tke_avn( Kbb, Kmm,        p_avm, p_avt )   ! now avt, avm, dissl
[3632]174      !
[5656]175  END SUBROUTINE zdf_tke
[1239]176
[1492]177
[12377]178   SUBROUTINE tke_tke( Kbb, Kmm, p_sh2, p_avm, p_avt )
[1239]179      !!----------------------------------------------------------------------
[1492]180      !!                   ***  ROUTINE tke_tke  ***
181      !!
182      !! ** Purpose :   Compute the now Turbulente Kinetic Energy (TKE)
183      !!
184      !! ** Method  : - TKE surface boundary condition
[2528]185      !!              - source term due to Langmuir cells (Axell JGR 2002) (ln_lc=T)
[9019]186      !!              - source term due to shear (= Kz dz[Ub] * dz[Un] )
[1492]187      !!              - Now TKE : resolution of the TKE equation by inverting
188      !!                a tridiagonal linear system by a "methode de chasse"
189      !!              - increase TKE due to surface and internal wave breaking
[9019]190      !!             NB: when sea-ice is present, both LC parameterization
191      !!                 and TKE penetration are turned off when the ice fraction
192      !!                 is smaller than 0.25
[1492]193      !!
194      !! ** Action  : - en : now turbulent kinetic energy)
[1239]195      !! ---------------------------------------------------------------------
[9019]196      USE zdf_oce , ONLY : en   ! ocean vertical physics
197      !!
[12377]198      INTEGER                    , INTENT(in   ) ::   Kbb, Kmm       ! ocean time level indices
[9019]199      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:) , INTENT(in   ) ::   p_sh2          ! shear production term
200      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:) , INTENT(in   ) ::   p_avm, p_avt   ! vertical eddy viscosity & diffusivity (w-points)
201      !
202      INTEGER ::   ji, jj, jk              ! dummy loop arguments
203      REAL(wp) ::   zetop, zebot, zmsku, zmskv ! local scalars
204      REAL(wp) ::   zrhoa  = 1.22              ! Air density kg/m3
205      REAL(wp) ::   zcdrag = 1.5e-3            ! drag coefficient
206      REAL(wp) ::   zbbrau, zri                ! local scalars
207      REAL(wp) ::   zfact1, zfact2, zfact3     !   -         -
208      REAL(wp) ::   ztx2  , zty2  , zcof       !   -         -
209      REAL(wp) ::   ztau  , zdif               !   -         -
210      REAL(wp) ::   zus   , zwlc  , zind       !   -         -
211      REAL(wp) ::   zzd_up, zzd_lw             !   -         -
212      INTEGER , DIMENSION(jpi,jpj)     ::   imlc
[10425]213      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zhlc, zfr_i
[9019]214      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zpelc, zdiag, zd_up, zd_lw
[1239]215      !!--------------------------------------------------------------------
[1492]216      !
[12489]217      zbbrau = rn_ebb / rho0       ! Local constant initialisation
218      zfact1 = -.5_wp * rn_Dt 
219      zfact2 = 1.5_wp * rn_Dt * rn_ediss
[2528]220      zfact3 = 0.5_wp       * rn_ediss
[1492]221      !
222      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[9019]223      !                     !  Surface/top/bottom boundary condition on tke
[1492]224      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[12698]225      !
[13295]226      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[12377]227         en(ji,jj,1) = MAX( rn_emin0, zbbrau * taum(ji,jj) ) * tmask(ji,jj,1)
228      END_2D
[9019]229      !
[1492]230      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
231      !                     !  Bottom boundary condition on tke
232      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[1719]233      !
[12489]234      !   en(bot)   = (ebb0/rho0)*0.5*sqrt(u_botfr^2+v_botfr^2) (min value rn_emin)
[9019]235      ! where ebb0 does not includes surface wave enhancement (i.e. ebb0=3.75)
236      ! Note that stress averaged is done using an wet-only calculation of u and v at t-point like in zdfsh2
[1492]237      !
[9019]238      IF( ln_drg ) THEN       !== friction used as top/bottom boundary condition on TKE
239         !
[13295]240         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[12377]241            zmsku = ( 2. - umask(ji-1,jj,mbkt(ji,jj)) * umask(ji,jj,mbkt(ji,jj)) )
242            zmskv = ( 2. - vmask(ji,jj-1,mbkt(ji,jj)) * vmask(ji,jj,mbkt(ji,jj)) )
[12489]243            !                       ! where 0.001875 = (rn_ebb0/rho0) * 0.5 = 3.75*0.5/1000. (CAUTION CdU<0)
[12377]244            zebot = - 0.001875_wp * rCdU_bot(ji,jj) * SQRT(  ( zmsku*( uu(ji,jj,mbkt(ji,jj),Kbb)+uu(ji-1,jj,mbkt(ji,jj),Kbb) ) )**2  &
245               &                                           + ( zmskv*( vv(ji,jj,mbkt(ji,jj),Kbb)+vv(ji,jj-1,mbkt(ji,jj),Kbb) ) )**2  )
246            en(ji,jj,mbkt(ji,jj)+1) = MAX( zebot, rn_emin ) * ssmask(ji,jj)
247         END_2D
[9019]248         IF( ln_isfcav ) THEN       ! top friction
[13295]249            DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[12377]250               zmsku = ( 2. - umask(ji-1,jj,mikt(ji,jj)) * umask(ji,jj,mikt(ji,jj)) )
251               zmskv = ( 2. - vmask(ji,jj-1,mikt(ji,jj)) * vmask(ji,jj,mikt(ji,jj)) )
[12489]252               !                             ! where 0.001875 = (rn_ebb0/rho0) * 0.5 = 3.75*0.5/1000.  (CAUTION CdU<0)
[12377]253               zetop = - 0.001875_wp * rCdU_top(ji,jj) * SQRT(  ( zmsku*( uu(ji,jj,mikt(ji,jj),Kbb)+uu(ji-1,jj,mikt(ji,jj),Kbb) ) )**2  &
254                  &                                           + ( zmskv*( vv(ji,jj,mikt(ji,jj),Kbb)+vv(ji,jj-1,mikt(ji,jj),Kbb) ) )**2  )
[12702]255               ! (1._wp - tmask(ji,jj,1)) * ssmask(ji,jj) = 1 where ice shelves are present
256               en(ji,jj,mikt(ji,jj)) = en(ji,jj,1)           * tmask(ji,jj,1) &
257                  &                  + MAX( zetop, rn_emin ) * (1._wp - tmask(ji,jj,1)) * ssmask(ji,jj)
[12377]258            END_2D
[9019]259         ENDIF
260         !
261      ENDIF
262      !
[1492]263      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[9019]264      IF( ln_lc ) THEN      !  Langmuir circulation source term added to tke   !   (Axell JGR 2002)
[1492]265         !                  !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
[1239]266         !
[1492]267         !                        !* total energy produce by LC : cumulative sum over jk
[12377]268         zpelc(:,:,1) =  MAX( rn2b(:,:,1), 0._wp ) * gdepw(:,:,1,Kmm) * e3w(:,:,1,Kmm)
[1239]269         DO jk = 2, jpk
[13237]270            zpelc(:,:,jk)  = zpelc(:,:,jk-1) +   &
271               &        MAX( rn2b(:,:,jk), 0._wp ) * gdepw(:,:,jk,Kmm) * e3w(:,:,jk,Kmm)
[1239]272         END DO
[1492]273         !                        !* finite Langmuir Circulation depth
[1705]274         zcof = 0.5 * 0.016 * 0.016 / ( zrhoa * zcdrag )
[7753]275         imlc(:,:) = mbkt(:,:) + 1       ! Initialization to the number of w ocean point (=2 over land)
[13295]276         DO_3DS( 1, 1, 1, 1, jpkm1, 2, -1 )
[12377]277            zus  = zcof * taum(ji,jj)
278            IF( zpelc(ji,jj,jk) > zus )   imlc(ji,jj) = jk
279         END_3D
[1492]280         !                               ! finite LC depth
[13295]281         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
[12377]282            zhlc(ji,jj) = gdepw(ji,jj,imlc(ji,jj),Kmm)
283         END_2D
[1705]284         zcof = 0.016 / SQRT( zrhoa * zcdrag )
[13295]285         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[12377]286            zus  = zcof * SQRT( taum(ji,jj) )           ! Stokes drift
287            zfr_i(ji,jj) = ( 1._wp - 4._wp * fr_i(ji,jj) ) * zus * zus * zus * tmask(ji,jj,1) ! zus > 0. ok
288            IF (zfr_i(ji,jj) < 0. ) zfr_i(ji,jj) = 0.
289         END_2D
[13295]290         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
[12377]291            IF ( zfr_i(ji,jj) /= 0. ) THEN               
292               ! vertical velocity due to LC   
293               IF ( gdepw(ji,jj,jk,Kmm) - zhlc(ji,jj) < 0 .AND. wmask(ji,jj,jk) /= 0. ) THEN
294                  !                                           ! vertical velocity due to LC
295                  zwlc = rn_lc * SIN( rpi * gdepw(ji,jj,jk,Kmm) / zhlc(ji,jj) )   ! warning: optimization: zus^3 is in zfr_i
296                  !                                           ! TKE Langmuir circulation source term
[12489]297                  en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rn_Dt * zfr_i(ji,jj) * ( zwlc * zwlc * zwlc ) / zhlc(ji,jj)
[12377]298               ENDIF
299            ENDIF
300         END_3D
[1239]301         !
302      ENDIF
[1492]303      !
304      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
305      !                     !  Now Turbulent kinetic energy (output in en)
306      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
307      !                     ! Resolution of a tridiagonal linear system by a "methode de chasse"
308      !                     ! computation from level 2 to jpkm1  (e(1) already computed and e(jpk)=0 ).
309      !                     ! zdiag : diagonal zd_up : upper diagonal zd_lw : lower diagonal
310      !
[9019]311      IF( nn_pdl == 1 ) THEN      !* Prandtl number = F( Ri )
[13295]312         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
[12377]313            !                             ! local Richardson number
[13226]314            IF (rn2b(ji,jj,jk) <= 0.0_wp) then
315                zri = 0.0_wp
316            ELSE
317                zri = rn2b(ji,jj,jk) * p_avm(ji,jj,jk) / ( p_sh2(ji,jj,jk) + rn_bshear )
318            ENDIF
[12377]319            !                             ! inverse of Prandtl number
320            apdlr(ji,jj,jk) = MAX(  0.1_wp,  ri_cri / MAX( ri_cri , zri )  )
321         END_3D
[5656]322      ENDIF
[5836]323      !         
[13295]324      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
[12377]325         zcof   = zfact1 * tmask(ji,jj,jk)
326         !                                   ! A minimum of 2.e-5 m2/s is imposed on TKE vertical
327         !                                   ! eddy coefficient (ensure numerical stability)
328         zzd_up = zcof * MAX(  p_avm(ji,jj,jk+1) + p_avm(ji,jj,jk  ) , 2.e-5_wp  )   &  ! upper diagonal
[13237]329            &          /    (  e3t(ji,jj,jk  ,Kmm)   &
330            &                * e3w(ji,jj,jk  ,Kmm)  )
[12377]331         zzd_lw = zcof * MAX(  p_avm(ji,jj,jk  ) + p_avm(ji,jj,jk-1) , 2.e-5_wp  )   &  ! lower diagonal
[13237]332            &          /    (  e3t(ji,jj,jk-1,Kmm)   &
333            &                * e3w(ji,jj,jk  ,Kmm)  )
[12377]334         !
335         zd_up(ji,jj,jk) = zzd_up            ! Matrix (zdiag, zd_up, zd_lw)
336         zd_lw(ji,jj,jk) = zzd_lw
337         zdiag(ji,jj,jk) = 1._wp - zzd_lw - zzd_up + zfact2 * dissl(ji,jj,jk) * wmask(ji,jj,jk)
338         !
339         !                                   ! right hand side in en
[12489]340         en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rn_Dt * (  p_sh2(ji,jj,jk)                        &   ! shear
[12377]341            &                                 - p_avt(ji,jj,jk) * rn2(ji,jj,jk)          &   ! stratification
342            &                                 + zfact3 * dissl(ji,jj,jk) * en(ji,jj,jk)  &   ! dissipation
343            &                                ) * wmask(ji,jj,jk)
344      END_3D
[5120]345      !                          !* Matrix inversion from level 2 (tke prescribed at level 1)
[13295]346      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 3, jpkm1 )
[12377]347         zdiag(ji,jj,jk) = zdiag(ji,jj,jk) - zd_lw(ji,jj,jk) * zd_up(ji,jj,jk-1) / zdiag(ji,jj,jk-1)
348      END_3D
[13295]349      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[12377]350         zd_lw(ji,jj,2) = en(ji,jj,2) - zd_lw(ji,jj,2) * en(ji,jj,1)    ! Surface boudary conditions on tke
351      END_2D
[13295]352      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 3, jpkm1 )
[12377]353         zd_lw(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) - zd_lw(ji,jj,jk) / zdiag(ji,jj,jk-1) *zd_lw(ji,jj,jk-1)
354      END_3D
[13295]355      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[12377]356         en(ji,jj,jpkm1) = zd_lw(ji,jj,jpkm1) / zdiag(ji,jj,jpkm1)
357      END_2D
[13295]358      DO_3DS( 0, 0, 0, 0, jpk-2, 2, -1 )
[12377]359         en(ji,jj,jk) = ( zd_lw(ji,jj,jk) - zd_up(ji,jj,jk) * en(ji,jj,jk+1) ) / zdiag(ji,jj,jk)
360      END_3D
[13295]361      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
[12377]362         en(ji,jj,jk) = MAX( en(ji,jj,jk), rn_emin ) * wmask(ji,jj,jk)
363      END_3D
[9019]364      !
[1492]365      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
366      !                            !  TKE due to surface and internal wave breaking
367      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[6140]368!!gm BUG : in the exp  remove the depth of ssh !!!
[12377]369!!gm       i.e. use gde3w in argument (gdepw(:,:,:,Kmm))
[6140]370     
371     
[2528]372      IF( nn_etau == 1 ) THEN           !* penetration below the mixed layer (rn_efr fraction)
[13295]373         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
[12377]374            en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rn_efr * en(ji,jj,1) * EXP( -gdepw(ji,jj,jk,Kmm) / htau(ji,jj) )   &
375               &                                 * MAX(0.,1._wp - rn_eice *fr_i(ji,jj) )  * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
376         END_3D
[2528]377      ELSEIF( nn_etau == 2 ) THEN       !* act only at the base of the mixed layer (jk=nmln)  (rn_efr fraction)
[13295]378         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[12377]379            jk = nmln(ji,jj)
380            en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rn_efr * en(ji,jj,1) * EXP( -gdepw(ji,jj,jk,Kmm) / htau(ji,jj) )   &
381               &                                 * MAX(0.,1._wp - rn_eice *fr_i(ji,jj) )  * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
382         END_2D
[2528]383      ELSEIF( nn_etau == 3 ) THEN       !* penetration belox the mixed layer (HF variability)
[13295]384         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
[12377]385            ztx2 = utau(ji-1,jj  ) + utau(ji,jj)
386            zty2 = vtau(ji  ,jj-1) + vtau(ji,jj)
387            ztau = 0.5_wp * SQRT( ztx2 * ztx2 + zty2 * zty2 ) * tmask(ji,jj,1)    ! module of the mean stress
388            zdif = taum(ji,jj) - ztau                            ! mean of modulus - modulus of the mean
389            zdif = rhftau_scl * MAX( 0._wp, zdif + rhftau_add )  ! apply some modifications...
390            en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + zbbrau * zdif * EXP( -gdepw(ji,jj,jk,Kmm) / htau(ji,jj) )   &
391               &                        * MAX(0.,1._wp - rn_eice *fr_i(ji,jj) ) * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
392         END_3D
[1239]393      ENDIF
[1492]394      !
[1239]395   END SUBROUTINE tke_tke
396
[1492]397
[12377]398   SUBROUTINE tke_avn( Kbb, Kmm, p_avm, p_avt )
[1239]399      !!----------------------------------------------------------------------
[1492]400      !!                   ***  ROUTINE tke_avn  ***
[1239]401      !!
[1492]402      !! ** Purpose :   Compute the vertical eddy viscosity and diffusivity
403      !!
404      !! ** Method  :   At this stage, en, the now TKE, is known (computed in
405      !!              the tke_tke routine). First, the now mixing lenth is
406      !!      computed from en and the strafification (N^2), then the mixings
407      !!      coefficients are computed.
408      !!              - Mixing length : a first evaluation of the mixing lengh
409      !!      scales is:
410      !!                      mxl = sqrt(2*en) / N 
411      !!      where N is the brunt-vaisala frequency, with a minimum value set
[2528]412      !!      to rmxl_min (rn_mxl0) in the interior (surface) ocean.
[1492]413      !!        The mixing and dissipative length scale are bound as follow :
414      !!         nn_mxl=0 : mxl bounded by the distance to surface and bottom.
415      !!                        zmxld = zmxlm = mxl
416      !!         nn_mxl=1 : mxl bounded by the e3w and zmxld = zmxlm = mxl
417      !!         nn_mxl=2 : mxl bounded such that the vertical derivative of mxl is
418      !!                    less than 1 (|d/dz(mxl)|<1) and zmxld = zmxlm = mxl
419      !!         nn_mxl=3 : mxl is bounded from the surface to the bottom usings
420      !!                    |d/dz(xml)|<1 to obtain lup, and from the bottom to
421      !!                    the surface to obtain ldown. the resulting length
422      !!                    scales are:
423      !!                        zmxld = sqrt( lup * ldown )
424      !!                        zmxlm = min ( lup , ldown )
425      !!              - Vertical eddy viscosity and diffusivity:
426      !!                      avm = max( avtb, rn_ediff * zmxlm * en^1/2 )
427      !!                      avt = max( avmb, pdlr * avm ) 
428      !!      with pdlr=1 if nn_pdl=0, pdlr=1/pdl=F(Ri) otherwise.
429      !!
[9019]430      !! ** Action  : - avt, avm : now vertical eddy diffusivity and viscosity (w-point)
[1239]431      !!----------------------------------------------------------------------
[9019]432      USE zdf_oce , ONLY : en, avtb, avmb, avtb_2d   ! ocean vertical physics
433      !!
[12377]434      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   Kbb, Kmm       ! ocean time level indices
[9019]435      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   p_avm, p_avt   ! vertical eddy viscosity & diffusivity (w-points)
436      !
[2715]437      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
[9019]438      REAL(wp) ::   zrn2, zraug, zcoef, zav   ! local scalars
439      REAL(wp) ::   zdku,   zdkv, zsqen       !   -      -
[13007]440      REAL(wp) ::   zemxl, zemlm, zemlp, zmaxice       !   -      -
[9019]441      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zmxlm, zmxld   ! 3D workspace
[1239]442      !!--------------------------------------------------------------------
[3294]443      !
[1492]444      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
445      !                     !  Mixing length
446      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
447      !
448      !                     !* Buoyancy length scale: l=sqrt(2*e/n**2)
449      !
[5120]450      ! initialisation of interior minimum value (avoid a 2d loop with mikt)
[7753]451      zmxlm(:,:,:)  = rmxl_min   
452      zmxld(:,:,:)  = rmxl_min
[5120]453      !
[13012]454     IF( ln_mxl0 ) THEN            ! surface mixing length = F(stress) : l=vkarmn*2.e5*taum/(rho0*g)
[13007]455         !
[13012]456         zraug = vkarmn * 2.e5_wp / ( rho0 * grav )
[13007]457#if ! defined key_si3 && ! defined key_cice
[13295]458         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[13007]459            zmxlm(ji,jj,1) =  zraug * taum(ji,jj) * tmask(ji,jj,1)
[12377]460         END_2D
[13007]461#else
462         SELECT CASE( nn_mxlice )             ! Type of scaling under sea-ice
463         !
464         CASE( 0 )                      ! No scaling under sea-ice
[13295]465            DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[13007]466               zmxlm(ji,jj,1) = zraug * taum(ji,jj) * tmask(ji,jj,1)
467            END_2D
468            !
469         CASE( 1 )                           ! scaling with constant sea-ice thickness
[13295]470            DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[13007]471               zmxlm(ji,jj,1) =  ( ( 1. - fr_i(ji,jj) ) * zraug * taum(ji,jj) + fr_i(ji,jj) * rn_mxlice ) * tmask(ji,jj,1)
472            END_2D
473            !
474         CASE( 2 )                                 ! scaling with mean sea-ice thickness
[13295]475            DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[13007]476#if defined key_si3
477               zmxlm(ji,jj,1) = ( ( 1. - fr_i(ji,jj) ) * zraug * taum(ji,jj) + fr_i(ji,jj) * hm_i(ji,jj) * 2. ) * tmask(ji,jj,1)
478#elif defined key_cice
479               zmaxice = MAXVAL( h_i(ji,jj,:) )
480               zmxlm(ji,jj,1) = ( ( 1. - fr_i(ji,jj) ) * zraug * taum(ji,jj) + fr_i(ji,jj) * zmaxice ) * tmask(ji,jj,1)
481#endif
482            END_2D
483            !
484         CASE( 3 )                                 ! scaling with max sea-ice thickness
[13295]485            DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[13007]486               zmaxice = MAXVAL( h_i(ji,jj,:) )
487               zmxlm(ji,jj,1) = ( ( 1. - fr_i(ji,jj) ) * zraug * taum(ji,jj) + fr_i(ji,jj) * zmaxice ) * tmask(ji,jj,1)
488            END_2D
489            !
490         END SELECT
491#endif
492         !
[13295]493         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
[13007]494            zmxlm(ji,jj,1) = MAX( rn_mxl0, zmxlm(ji,jj,1) )
495         END_2D
496         !
497      ELSE
[7753]498         zmxlm(:,:,1) = rn_mxl0
[1239]499      ENDIF
[13007]500
[1239]501      !
[13295]502      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
[12377]503         zrn2 = MAX( rn2(ji,jj,jk), rsmall )
504         zmxlm(ji,jj,jk) = MAX(  rmxl_min,  SQRT( 2._wp * en(ji,jj,jk) / zrn2 )  )
505      END_3D
[1492]506      !
507      !                     !* Physical limits for the mixing length
508      !
[7753]509      zmxld(:,:, 1 ) = zmxlm(:,:,1)   ! surface set to the minimum value
510      zmxld(:,:,jpk) = rmxl_min       ! last level  set to the minimum value
[1492]511      !
[1239]512      SELECT CASE ( nn_mxl )
513      !
[5836]514 !!gm Not sure of that coding for ISF....
[12377]515      ! where wmask = 0 set zmxlm == e3w(:,:,:,Kmm)
[1239]516      CASE ( 0 )           ! bounded by the distance to surface and bottom
[13295]517         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
[12377]518            zemxl = MIN( gdepw(ji,jj,jk,Kmm) - gdepw(ji,jj,mikt(ji,jj),Kmm), zmxlm(ji,jj,jk),   &
519            &            gdepw(ji,jj,mbkt(ji,jj)+1,Kmm) - gdepw(ji,jj,jk,Kmm) )
520            ! wmask prevent zmxlm = 0 if jk = mikt(ji,jj)
[13237]521            zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl * wmask(ji,jj,jk)   &
522               &            + MIN( zmxlm(ji,jj,jk) , e3w(ji,jj,jk,Kmm) ) * (1 - wmask(ji,jj,jk))
523            zmxld(ji,jj,jk) = zemxl * wmask(ji,jj,jk)   &
524               &            + MIN( zmxlm(ji,jj,jk) , e3w(ji,jj,jk,Kmm) ) * (1 - wmask(ji,jj,jk))
[12377]525         END_3D
[1239]526         !
527      CASE ( 1 )           ! bounded by the vertical scale factor
[13295]528         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
[12377]529            zemxl = MIN( e3w(ji,jj,jk,Kmm), zmxlm(ji,jj,jk) )
530            zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl
531            zmxld(ji,jj,jk) = zemxl
532         END_3D
[1239]533         !
534      CASE ( 2 )           ! |dk[xml]| bounded by e3t :
[13295]535         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
[13237]536            zmxlm(ji,jj,jk) =   &
537               &    MIN( zmxlm(ji,jj,jk-1) + e3t(ji,jj,jk-1,Kmm), zmxlm(ji,jj,jk) )
[12377]538         END_3D
[13295]539         DO_3DS( 0, 0, 0, 0, jpkm1, 2, -1 )
[12377]540            zemxl = MIN( zmxlm(ji,jj,jk+1) + e3t(ji,jj,jk+1,Kmm), zmxlm(ji,jj,jk) )
541            zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl
542            zmxld(ji,jj,jk) = zemxl
543         END_3D
[1239]544         !
545      CASE ( 3 )           ! lup and ldown, |dk[xml]| bounded by e3t :
[13295]546         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
[13237]547            zmxld(ji,jj,jk) =    &
548               &    MIN( zmxld(ji,jj,jk-1) + e3t(ji,jj,jk-1,Kmm), zmxlm(ji,jj,jk) )
[12377]549         END_3D
[13295]550         DO_3DS( 0, 0, 0, 0, jpkm1, 2, -1 )
[13237]551            zmxlm(ji,jj,jk) =   &
552               &    MIN( zmxlm(ji,jj,jk+1) + e3t(ji,jj,jk+1,Kmm), zmxlm(ji,jj,jk) )
[12377]553         END_3D
[13295]554         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
[12377]555            zemlm = MIN ( zmxld(ji,jj,jk),  zmxlm(ji,jj,jk) )
556            zemlp = SQRT( zmxld(ji,jj,jk) * zmxlm(ji,jj,jk) )
557            zmxlm(ji,jj,jk) = zemlm
558            zmxld(ji,jj,jk) = zemlp
559         END_3D
[1239]560         !
561      END SELECT
[1492]562      !
563      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[9019]564      !                     !  Vertical eddy viscosity and diffusivity  (avm and avt)
[1492]565      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[13295]566      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
[12377]567         zsqen = SQRT( en(ji,jj,jk) )
568         zav   = rn_ediff * zmxlm(ji,jj,jk) * zsqen
569         p_avm(ji,jj,jk) = MAX( zav,                  avmb(jk) ) * wmask(ji,jj,jk)
570         p_avt(ji,jj,jk) = MAX( zav, avtb_2d(ji,jj) * avtb(jk) ) * wmask(ji,jj,jk)
571         dissl(ji,jj,jk) = zsqen / zmxld(ji,jj,jk)
572      END_3D
[1492]573      !
574      !
575      IF( nn_pdl == 1 ) THEN      !* Prandtl number case: update avt
[13295]576         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
[12698]577            p_avt(ji,jj,jk)   = MAX( apdlr(ji,jj,jk) * p_avt(ji,jj,jk), avtb_2d(ji,jj) * avtb(jk) ) * wmask(ji,jj,jk)
[12377]578         END_3D
[1239]579      ENDIF
[9019]580      !
[12377]581      IF(sn_cfctl%l_prtctl) THEN
[9440]582         CALL prt_ctl( tab3d_1=en   , clinfo1=' tke  - e: ', tab3d_2=p_avt, clinfo2=' t: ', kdim=jpk)
583         CALL prt_ctl( tab3d_1=p_avm, clinfo1=' tke  - m: ', kdim=jpk )
[1239]584      ENDIF
585      !
[1492]586   END SUBROUTINE tke_avn
[1239]587
[1492]588
[12377]589   SUBROUTINE zdf_tke_init( Kmm )
[1239]590      !!----------------------------------------------------------------------
[2528]591      !!                  ***  ROUTINE zdf_tke_init  ***
[1239]592      !!                     
593      !! ** Purpose :   Initialization of the vertical eddy diffivity and
[1492]594      !!              viscosity when using a tke turbulent closure scheme
[1239]595      !!
[1601]596      !! ** Method  :   Read the namzdf_tke namelist and check the parameters
[1492]597      !!              called at the first timestep (nit000)
[1239]598      !!
[1601]599      !! ** input   :   Namlist namzdf_tke
[1239]600      !!
601      !! ** Action  :   Increase by 1 the nstop flag is setting problem encounter
602      !!----------------------------------------------------------------------
[9019]603      USE zdf_oce , ONLY : ln_zdfiwm   ! Internal Wave Mixing flag
604      !!
[12377]605      INTEGER, INTENT(in) ::   Kmm          ! time level index
606      INTEGER             ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
607      INTEGER             ::   ios
[1239]608      !!
[13007]609      NAMELIST/namzdf_tke/ rn_ediff, rn_ediss , rn_ebb   , rn_emin  ,  &
610         &                 rn_emin0, rn_bshear, nn_mxl   , ln_mxl0  ,  &
611         &                 rn_mxl0 , nn_mxlice, rn_mxlice,             &
612         &                 nn_pdl  , ln_drg   , ln_lc    , rn_lc,      &
613         &                 nn_etau , nn_htau  , rn_efr   , rn_eice 
[1239]614      !!----------------------------------------------------------------------
[2715]615      !
[4147]616      READ  ( numnam_ref, namzdf_tke, IOSTAT = ios, ERR = 901)
[11536]617901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_tke in reference namelist' )
[4147]618
619      READ  ( numnam_cfg, namzdf_tke, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
[11536]620902   IF( ios >  0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_tke in configuration namelist' )
[4624]621      IF(lwm) WRITE ( numond, namzdf_tke )
[2715]622      !
[2528]623      ri_cri   = 2._wp    / ( 2._wp + rn_ediss / rn_ediff )   ! resulting critical Richardson number
[2715]624      !
[1492]625      IF(lwp) THEN                    !* Control print
[1239]626         WRITE(numout,*)
[2528]627         WRITE(numout,*) 'zdf_tke_init : tke turbulent closure scheme - initialisation'
628         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
[1601]629         WRITE(numout,*) '   Namelist namzdf_tke : set tke mixing parameters'
[1705]630         WRITE(numout,*) '      coef. to compute avt                        rn_ediff  = ', rn_ediff
631         WRITE(numout,*) '      Kolmogoroff dissipation coef.               rn_ediss  = ', rn_ediss
632         WRITE(numout,*) '      tke surface input coef.                     rn_ebb    = ', rn_ebb
633         WRITE(numout,*) '      minimum value of tke                        rn_emin   = ', rn_emin
634         WRITE(numout,*) '      surface minimum value of tke                rn_emin0  = ', rn_emin0
[9019]635         WRITE(numout,*) '      prandl number flag                          nn_pdl    = ', nn_pdl
[1705]636         WRITE(numout,*) '      background shear (>0)                       rn_bshear = ', rn_bshear
637         WRITE(numout,*) '      mixing length type                          nn_mxl    = ', nn_mxl
[9019]638         WRITE(numout,*) '         surface mixing length = F(stress) or not    ln_mxl0   = ', ln_mxl0
[13007]639         IF( ln_mxl0 ) THEN
640            WRITE(numout,*) '      type of scaling under sea-ice               nn_mxlice = ', nn_mxlice
641            IF( nn_mxlice == 1 ) &
642            WRITE(numout,*) '      ice thickness when scaling under sea-ice    rn_mxlice = ', rn_mxlice
643         ENDIF         
[9019]644         WRITE(numout,*) '         surface  mixing length minimum value        rn_mxl0   = ', rn_mxl0
645         WRITE(numout,*) '      top/bottom friction forcing flag            ln_drg    = ', ln_drg
646         WRITE(numout,*) '      Langmuir cells parametrization              ln_lc     = ', ln_lc
647         WRITE(numout,*) '         coef to compute vertical velocity of LC     rn_lc  = ', rn_lc
[1705]648         WRITE(numout,*) '      test param. to add tke induced by wind      nn_etau   = ', nn_etau
[9019]649         WRITE(numout,*) '          type of tke penetration profile            nn_htau   = ', nn_htau
650         WRITE(numout,*) '          fraction of TKE that penetrates            rn_efr    = ', rn_efr
[9546]651         WRITE(numout,*) '          below sea-ice:  =0 ON                      rn_eice   = ', rn_eice
652         WRITE(numout,*) '          =4 OFF when ice fraction > 1/4   '
[9019]653         IF( ln_drg ) THEN
[9169]654            WRITE(numout,*)
[9019]655            WRITE(numout,*) '   Namelist namdrg_top/_bot:   used values:'
656            WRITE(numout,*) '      top    ocean cavity roughness (m)          rn_z0(_top)= ', r_z0_top
657            WRITE(numout,*) '      Bottom seafloor     roughness (m)          rn_z0(_bot)= ', r_z0_bot
658         ENDIF
659         WRITE(numout,*)
[9190]660         WRITE(numout,*) '   ==>>>   critical Richardson nb with your parameters  ri_cri = ', ri_cri
[9019]661         WRITE(numout,*)
[1239]662      ENDIF
[2715]663      !
[9019]664      IF( ln_zdfiwm ) THEN          ! Internal wave-driven mixing
665         rn_emin  = 1.e-10_wp             ! specific values of rn_emin & rmxl_min are used
666         rmxl_min = 1.e-03_wp             ! associated avt minimum = molecular salt diffusivity (10^-9 m2/s)
[9190]667         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ==>>>   Internal wave-driven mixing case:   force   rn_emin = 1.e-10 and rmxl_min = 1.e-3'
[9019]668      ELSE                          ! standard case : associated avt minimum = molecular viscosity (10^-6 m2/s)
669         rmxl_min = 1.e-6_wp / ( rn_ediff * SQRT( rn_emin ) )    ! resulting minimum length to recover molecular viscosity
[9190]670         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ==>>>   minimum mixing length with your parameters rmxl_min = ', rmxl_min
[9019]671      ENDIF
672      !
[2715]673      !                              ! allocate tke arrays
674      IF( zdf_tke_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'zdf_tke_init : unable to allocate arrays' )
675      !
[1492]676      !                               !* Check of some namelist values
[4990]677      IF( nn_mxl  < 0   .OR.  nn_mxl  > 3 )   CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_mxl is  0, 1 or 2 ' )
678      IF( nn_pdl  < 0   .OR.  nn_pdl  > 1 )   CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_pdl is  0 or 1    ' )
679      IF( nn_htau < 0   .OR.  nn_htau > 1 )   CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_htau is 0, 1 or 2 ' )
[5407]680      IF( nn_etau == 3 .AND. .NOT. ln_cpl )   CALL ctl_stop( 'nn_etau == 3 : HF taum only known in coupled mode' )
[9019]681      !
[2528]682      IF( ln_mxl0 ) THEN
[9169]683         IF(lwp) WRITE(numout,*)
[9190]684         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ==>>>   use a surface mixing length = F(stress) :   set rn_mxl0 = rmxl_min'
[2528]685         rn_mxl0 = rmxl_min
686      ENDIF
687     
[12377]688      IF( nn_etau == 2  )   CALL zdf_mxl( nit000, Kmm )      ! Initialization of nmln
[1239]689
[1492]690      !                               !* depth of penetration of surface tke
691      IF( nn_etau /= 0 ) THEN     
[1601]692         SELECT CASE( nn_htau )             ! Choice of the depth of penetration
[2528]693         CASE( 0 )                                 ! constant depth penetration (here 10 meters)
[7753]694            htau(:,:) = 10._wp
[2528]695         CASE( 1 )                                 ! F(latitude) : 0.5m to 30m poleward of 40 degrees
[7753]696            htau(:,:) = MAX(  0.5_wp, MIN( 30._wp, 45._wp* ABS( SIN( rpi/180._wp * gphit(:,:) ) ) )   )           
[1492]697         END SELECT
698      ENDIF
[9019]699      !                                !* read or initialize all required files
700      CALL tke_rst( nit000, 'READ' )      ! (en, avt_k, avm_k, dissl)
[1239]701      !
[9367]702      IF( lwxios ) THEN
703         CALL iom_set_rstw_var_active('en')
704         CALL iom_set_rstw_var_active('avt_k')
705         CALL iom_set_rstw_var_active('avm_k')
706         CALL iom_set_rstw_var_active('dissl')
707      ENDIF
[2528]708   END SUBROUTINE zdf_tke_init
[1239]709
710
[1531]711   SUBROUTINE tke_rst( kt, cdrw )
[9019]712      !!---------------------------------------------------------------------
713      !!                   ***  ROUTINE tke_rst  ***
714      !!                     
715      !! ** Purpose :   Read or write TKE file (en) in restart file
716      !!
717      !! ** Method  :   use of IOM library
718      !!                if the restart does not contain TKE, en is either
719      !!                set to rn_emin or recomputed
720      !!----------------------------------------------------------------------
721      USE zdf_oce , ONLY : en, avt_k, avm_k   ! ocean vertical physics
722      !!
723      INTEGER         , INTENT(in) ::   kt     ! ocean time-step
724      CHARACTER(len=*), INTENT(in) ::   cdrw   ! "READ"/"WRITE" flag
725      !
726      INTEGER ::   jit, jk              ! dummy loop indices
727      INTEGER ::   id1, id2, id3, id4   ! local integers
728      !!----------------------------------------------------------------------
729      !
730      IF( TRIM(cdrw) == 'READ' ) THEN        ! Read/initialise
731         !                                   ! ---------------
732         IF( ln_rstart ) THEN                   !* Read the restart file
733            id1 = iom_varid( numror, 'en'   , ldstop = .FALSE. )
734            id2 = iom_varid( numror, 'avt_k', ldstop = .FALSE. )
735            id3 = iom_varid( numror, 'avm_k', ldstop = .FALSE. )
736            id4 = iom_varid( numror, 'dissl', ldstop = .FALSE. )
737            !
738            IF( MIN( id1, id2, id3, id4 ) > 0 ) THEN      ! fields exist
[13286]739               CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'en'   , en   , ldxios = lrxios )
740               CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'avt_k', avt_k, ldxios = lrxios )
741               CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'avm_k', avm_k, ldxios = lrxios )
742               CALL iom_get( numror, jpdom_auto, 'dissl', dissl, ldxios = lrxios )
[9019]743            ELSE                                          ! start TKE from rest
[9169]744               IF(lwp) WRITE(numout,*)
[9190]745               IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ==>>>   previous run without TKE scheme, set en to background values'
[9019]746               en   (:,:,:) = rn_emin * wmask(:,:,:)
747               dissl(:,:,:) = 1.e-12_wp
748               ! avt_k, avm_k already set to the background value in zdf_phy_init
749            ENDIF
750         ELSE                                   !* Start from rest
[9169]751            IF(lwp) WRITE(numout,*)
[9190]752            IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ==>>>   start from rest: set en to the background value'
[9019]753            en   (:,:,:) = rn_emin * wmask(:,:,:)
754            dissl(:,:,:) = 1.e-12_wp
755            ! avt_k, avm_k already set to the background value in zdf_phy_init
756         ENDIF
757         !
758      ELSEIF( TRIM(cdrw) == 'WRITE' ) THEN   ! Create restart file
759         !                                   ! -------------------
[9169]760         IF(lwp) WRITE(numout,*) '---- tke_rst ----'
[9367]761         IF( lwxios ) CALL iom_swap(      cwxios_context          ) 
762         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'en'   , en   , ldxios = lwxios )
763         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avt_k', avt_k, ldxios = lwxios )
764         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avm_k', avm_k, ldxios = lwxios )
765         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'dissl', dissl, ldxios = lwxios )
766         IF( lwxios ) CALL iom_swap(      cxios_context          )
[9019]767         !
768      ENDIF
769      !
[1531]770   END SUBROUTINE tke_rst
[1239]771
772   !!======================================================================
[1531]773END MODULE zdftke
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.