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dynspg.F90 in branches/2011/DEV_r2739_STFC_dCSE/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN – NEMO

source: branches/2011/DEV_r2739_STFC_dCSE/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynspg.F90 @ 4438

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Merge of finiss

  • Property svn:keywords set to Id
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Line 
1MODULE dynspg
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynspg  ***
4   !! Ocean dynamics:  surface pressure gradient control
5   !!======================================================================
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
8   !!----------------------------------------------------------------------
9
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   !!   dyn_spg     : update the dynamics trend with the lateral diffusion
12   !!   dyn_spg_ctl : initialization, namelist read, and parameters control
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   USE oce            ! ocean dynamics and tracers variables
15   USE dom_oce        ! ocean space and time domain variables
16   USE phycst         ! physical constants
17   USE obc_oce        ! ocean open boundary conditions
18   USE sbc_oce        ! surface boundary condition: ocean
19   USE sbcapr         ! surface boundary condition: atmospheric pressure
20   USE dynspg_oce     ! surface pressure gradient variables
21   USE dynspg_exp     ! surface pressure gradient     (dyn_spg_exp routine)
22   USE dynspg_ts      ! surface pressure gradient     (dyn_spg_ts  routine)
23   USE dynspg_flt     ! surface pressure gradient     (dyn_spg_flt routine)
24   USE dynadv         ! dynamics: vector invariant versus flux form
25   USE trdmod         ! ocean dynamics trends
26   USE trdmod_oce     ! ocean variables trends
27   USE prtctl         ! Print control                     (prt_ctl routine)
28   USE in_out_manager ! I/O manager
29   USE lib_mpp        ! MPP library
30   USE solver          ! solver initialization
31
32   IMPLICIT NONE
33   PRIVATE
34
35   PUBLIC   dyn_spg        ! routine called by step module
36   PUBLIC   dyn_spg_init   ! routine called by opa module
37
38   INTEGER ::   nspg = 0   ! type of surface pressure gradient scheme defined from lk_dynspg_...
39
40   !! * Control permutation of array indices
41#  include "oce_ftrans.h90"
42#  include "dom_oce_ftrans.h90"
43#  include "obc_oce_ftrans.h90"
44#  include "sbc_oce_ftrans.h90"
45
46   !! * Substitutions
47#  include "domzgr_substitute.h90"
48#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
49   !!----------------------------------------------------------------------
50   !! NEMO/OPA 3.2 , LODYC-IPSL  (2009)
51   !! $Id$
52   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
53   !!----------------------------------------------------------------------
54CONTAINS
55
56   SUBROUTINE dyn_spg( kt, kindic )
57      !!----------------------------------------------------------------------
58      !!                  ***  ROUTINE dyn_spg  ***
59      !!
60      !! ** Purpose :   achieve the momentum time stepping by computing the
61      !!              last trend, the surface pressure gradient including the
62      !!              atmospheric pressure forcing (ln_apr_dyn=T), and performing
63      !!              the Leap-Frog integration.
64      !!gm              In the current version only the filtered solution provide
65      !!gm            the after velocity, in the 2 other (ua,va) are still the trends
66      !!
67      !! ** Method  :   Three schemes:
68      !!              - explicit computation      : the spg is evaluated at now
69      !!              - filtered computation      : the Roulet & madec (2000) technique is used
70      !!              - split-explicit computation: a time splitting technique is used
71      !!
72      !!              ln_apr_dyn=T : the atmospheric pressure forcing is applied
73      !!             as the gradient of the inverse barometer ssh:
74      !!                apgu = - 1/rau0 di[apr] = 0.5*grav di[ssh_ib+ssh_ibb]
75      !!                apgv = - 1/rau0 dj[apr] = 0.5*grav dj[ssh_ib+ssh_ibb]
76      !!             Note that as all external forcing a time averaging over a two rdt
77      !!             period is used to prevent the divergence of odd and even time step.
78      !!
79      !! N.B. : When key_esopa is used all the scheme are tested, regardless
80      !!        of the physical meaning of the results.
81      !!----------------------------------------------------------------------
82      USE wrk_nemo, ONLY:   wrk_in_use, wrk_not_released
83      USE wrk_nemo, ONLY:   ztrdu => wrk_3d_4 , ztrdv => wrk_3d_5    ! 3D workspace
84      !! DCSE_NEMO: need additional directives for renamed module variables
85!FTRANS ztrdu :I :I :z
86!FTRANS ztrdv :I :I :z
87
88      !
89      INTEGER, INTENT(in   ) ::   kt       ! ocean time-step index
90      INTEGER, INTENT(  out) ::   kindic   ! solver flag
91      !
92      INTEGER  ::   ji, jj, jk                             ! dummy loop indices
93      REAL(wp) ::   z2dt, zg_2                             ! temporary scalar
94      !!----------------------------------------------------------------------
95
96      IF( wrk_in_use(3, 4,5) ) THEN
97         CALL ctl_stop('dyn_spg: requested workspace arrays unavailable')   ;   RETURN
98      ENDIF
99
100!!gm NOTA BENE : the dynspg_exp and dynspg_ts should be modified so that
101!!gm             they return the after velocity, not the trends (as in trazdf_imp...)
102!!gm             In this case, change/simplify dynnxt
103
104
105      IF( l_trddyn )   THEN                      ! temporary save of ta and sa trends
106         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
107         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
108      ENDIF
109
110      IF( ln_apr_dyn ) THEN                   !==  Atmospheric pressure gradient  ==!
111         zg_2 = grav * 0.5
112         DO jj = 2, jpjm1                          ! gradient of Patm using inverse barometer ssh
113            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
114               spgu(ji,jj) =  zg_2 * (  ssh_ib (ji+1,jj) - ssh_ib (ji,jj)    &
115                  &                   + ssh_ibb(ji+1,jj) - ssh_ibb(ji,jj)  ) /e1u(ji,jj)
116               spgv(ji,jj) =  zg_2 * (  ssh_ib (ji,jj+1) - ssh_ib (ji,jj)    &
117                  &                   + ssh_ibb(ji,jj+1) - ssh_ib (ji,jj)  ) /e2v(ji,jj)
118            END DO
119         END DO
120#if defined key_z_first
121         DO jj = 2, jpjm1                          ! Add the apg to the general trend
122            DO ji = 2, jpim1
123               DO jk = 1, jpkm1
124#else
125         DO jk = 1, jpkm1                          ! Add the apg to the general trend
126            DO jj = 2, jpjm1
127               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
128#endif
129                  ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + spgu(ji,jj)
130                  va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + spgv(ji,jj)
131               END DO
132            END DO
133         END DO
134      ENDIF
135
136      SELECT CASE ( nspg )                       ! compute surf. pressure gradient trend and add it to the general trend
137      !                                                     
138      CASE (  0 )   ;   CALL dyn_spg_exp( kt )              ! explicit
139      CASE (  1 )   ;   CALL dyn_spg_ts ( kt )              ! time-splitting
140      CASE (  2 )   ;   CALL dyn_spg_flt( kt, kindic )      ! filtered
141      !                                                   
142      CASE ( -1 )                                ! esopa: test all possibility with control print
143                        CALL dyn_spg_exp( kt )
144                        CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' spg0 - Ua: ', mask1=umask, &
145         &                            tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
146                        CALL dyn_spg_ts ( kt )
147                        CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' spg1 - Ua: ', mask1=umask, &
148         &                           tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
149                        CALL dyn_spg_flt( kt, kindic )
150                        CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' spg2 - Ua: ', mask1=umask, &
151         &                            tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
152      END SELECT
153      !                   
154      IF( l_trddyn )   THEN                      ! save the surface pressure gradient trends for further diagnostics
155         SELECT CASE ( nspg )
156         CASE ( 0, 1 )
157            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
158            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
159         CASE( 2 )
160            z2dt = 2. * rdt
161            IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 ) z2dt = rdt
162            ztrdu(:,:,:) = ( ua(:,:,:) - ub(:,:,:) ) / z2dt - ztrdu(:,:,:)
163            ztrdv(:,:,:) = ( va(:,:,:) - vb(:,:,:) ) / z2dt - ztrdv(:,:,:)
164         END SELECT
165         CALL trd_mod( ztrdu, ztrdv, jpdyn_trd_spg, 'DYN', kt )
166      ENDIF
167      !                                          ! print mean trends (used for debugging)
168      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' spg  - Ua: ', mask1=umask, &
169         &                       tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
170      !
171      IF( wrk_not_released(3, 4,5) )   CALL ctl_stop('dyn_spg: failed to release workspace arrays')
172      !
173   END SUBROUTINE dyn_spg
174
175
176   SUBROUTINE dyn_spg_init
177      !!---------------------------------------------------------------------
178      !!                  ***  ROUTINE dyn_spg_init  ***
179      !!               
180      !! ** Purpose :   Control the consistency between cpp options for
181      !!              surface pressure gradient schemes
182      !!----------------------------------------------------------------------
183      INTEGER ::   ioptio
184      !!----------------------------------------------------------------------
185
186      IF(lwp) THEN             ! Control print
187         WRITE(numout,*)
188         WRITE(numout,*) 'dyn_spg_init : choice of the surface pressure gradient scheme'
189         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
190         WRITE(numout,*) '     Explicit free surface                  lk_dynspg_exp = ', lk_dynspg_exp
191         WRITE(numout,*) '     Free surface with time splitting       lk_dynspg_ts  = ', lk_dynspg_ts
192         WRITE(numout,*) '     Filtered free surface cst volume       lk_dynspg_flt = ', lk_dynspg_flt
193      ENDIF
194
195      !                        ! allocate dyn_spg arrays
196      IF( lk_dynspg_ts ) THEN
197         IF( dynspg_oce_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop('STOP', 'dyn_spg_init: failed to allocate dynspg_oce arrays')
198         IF( dyn_spg_ts_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop('STOP', 'dyn_spg_init: failed to allocate dynspg_ts  arrays')
199      ENDIF
200
201      !                        ! Control of surface pressure gradient scheme options
202      ioptio = 0
203      IF(lk_dynspg_exp)   ioptio = ioptio + 1
204      IF(lk_dynspg_ts )   ioptio = ioptio + 1
205      IF(lk_dynspg_flt)   ioptio = ioptio + 1
206      !
207      IF( ( ioptio > 1 .AND. .NOT. lk_esopa ) .OR. ioptio == 0 )   &
208           &   CALL ctl_stop( ' Choose only one surface pressure gradient scheme with a key cpp' )
209      !
210      IF( lk_esopa     )   nspg = -1
211      IF( lk_dynspg_exp)   nspg =  0
212      IF( lk_dynspg_ts )   nspg =  1
213      IF( lk_dynspg_flt)   nspg =  2
214      !
215      IF( lk_esopa     )   nspg = -1
216      !
217      IF(lwp) THEN
218         WRITE(numout,*)
219         IF( nspg == -1 )   WRITE(numout,*) '     ESOPA test All scheme used'
220         IF( nspg ==  0 )   WRITE(numout,*) '     explicit free surface'
221         IF( nspg ==  1 )   WRITE(numout,*) '     free surface with time splitting scheme'
222         IF( nspg ==  2 )   WRITE(numout,*) '     filtered free surface'
223      ENDIF
224
225#if defined key_dynspg_flt || defined key_esopa
226      CALL solver_init( nit000 )   ! Elliptic solver initialisation
227#endif
228
229      !                        ! Control of timestep choice
230      IF( lk_dynspg_ts .OR. lk_dynspg_exp ) THEN
231         IF( nn_cla == 1 )   CALL ctl_stop( 'Crossland advection not implemented for this free surface formulation' )
232      ENDIF
233
234      !                        ! Control of momentum formulation
235      IF( lk_dynspg_ts .AND. lk_vvl ) THEN
236         IF( .NOT.ln_dynadv_vec )   CALL ctl_stop( 'Flux form not implemented for this free surface formulation' )
237      ENDIF
238
239#if defined key_obc
240      !                        ! Conservation of ocean volume (key_dynspg_flt)
241      IF( lk_dynspg_flt )   ln_vol_cst = .true.
242
243      !                        ! Application of Flather's algorithm at open boundaries
244      IF( lk_dynspg_flt )   ln_obc_fla = .false.
245      IF( lk_dynspg_exp )   ln_obc_fla = .true.
246      IF( lk_dynspg_ts  )   ln_obc_fla = .true.
247#endif
248      !
249   END SUBROUTINE dyn_spg_init
250
251  !!======================================================================
252END MODULE dynspg
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.