source: branches/2011/DEV_r2739_STFC_dCSE/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/TRA/traadv_muscl2.F90 @ 4409

Last change on this file since 4409 was 4409, checked in by trackstand2, 7 years ago

Changes to allow jpk to be modified to deepest level within a subdomain. jpkorig holds original value.

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 18.2 KB
Line 
1MODULE traadv_muscl2
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  traadv_muscl2  ***
4   !! Ocean  tracers:  horizontal & vertical advective trend
5   !!======================================================================
6   !! History :  1.0  !  2002-06  (G. Madec) from traadv_muscl
7   !!            3.2  !  2010-05  (C. Ethe, G. Madec)  merge TRC-TRA + switch from velocity to transport
8   !!----------------------------------------------------------------------
9
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   !!   tra_adv_muscl2 : update the tracer trend with the horizontal
12   !!                    and vertical advection trends using MUSCL2 scheme
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   USE oce             ! ocean dynamics and active tracers
15   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
16   USE trdmod_oce      ! tracers trends
17   USE trdtra          ! tracers trends
18   USE in_out_manager  ! I/O manager
19   USE dynspg_oce      ! choice/control of key cpp for surface pressure gradient
20   USE trabbl          ! tracers: bottom boundary layer
21   USE lib_mpp         ! distribued memory computing
22   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary condition (or mpp link)
23   USE diaptr          ! poleward transport diagnostics
24   USE trc_oce         ! share passive tracers/Ocean variables
25
26
27   IMPLICIT NONE
28   PRIVATE
29
30   PUBLIC   tra_adv_muscl2        ! routine called by step.F90
31
32   LOGICAL  :: l_trd       ! flag to compute trends
33
34   !! * Control permutation of array indices
35#  include "oce_ftrans.h90"
36#  include "dom_oce_ftrans.h90"
37#  include "trc_oce_ftrans.h90"
38
39   !! * Substitutions
40#  include "domzgr_substitute.h90"
41#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
42   !!----------------------------------------------------------------------
43   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
44   !! $Id$
45   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
46   !!----------------------------------------------------------------------
47CONTAINS
48
49   SUBROUTINE tra_adv_muscl2( kt, cdtype, p2dt, pun, pvn, pwn,      &
50      &                                         ptb, ptn, pta, kjpt )
51      !!----------------------------------------------------------------------
52      !!                   ***  ROUTINE tra_adv_muscl2  ***
53      !!
54      !! ** Purpose :   Compute the now trend due to total advection of T and
55      !!      S using a MUSCL scheme (Monotone Upstream-centered Scheme for
56      !!      Conservation Laws) and add it to the general tracer trend.
57      !!
58      !! ** Method  : MUSCL scheme plus centered scheme at ocean boundaries
59      !!
60      !! ** Action  : - update (pta) with the now advective tracer trends
61      !!              - save trends
62      !!
63      !! References : Estubier, A., and M. Levy, Notes Techn. Pole de Modelisation
64      !!              IPSL, Sept. 2000 (http://www.lodyc.jussieu.fr/opa)
65      !!----------------------------------------------------------------------
66      USE wrk_nemo, ONLY:   wrk_in_use, wrk_not_released
67      USE oce     , ONLY:   zwx   => ua       , zwy   => va         ! (ua,va) used as 3D workspace
68      USE wrk_nemo, ONLY:   zslpx => wrk_3d_1 , zslpy => wrk_3d_2   ! 3D workspace
69      !! DCSE_NEMO: need additional directives for renamed module variables
70!FTRANS zwx zwy zslpx zslpy :I :I :z
71
72      !!
73      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   kt              ! ocean time-step index
74      CHARACTER(len=3)                     , INTENT(in   ) ::   cdtype          ! =TRA or TRC (tracer indicator)
75      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   kjpt            ! number of tracers
76      REAL(wp), DIMENSION(      jpkorig   ), INTENT(in   ) ::   p2dt            ! vertical profile of tracer time-step
77
78      !! DCSE_NEMO: This style defeats ftrans
79!     REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk     ), INTENT(in   ) ::   pun, pvn, pwn   ! 3 ocean velocity components
80!     REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt), INTENT(in   ) ::   ptb, ptn        ! before & now tracer fields
81!     REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt), INTENT(inout) ::   pta             ! tracer trend
82
83!FTRANS pun pvn pwn :I :I :z
84!FTRANS ptb ptn :I :I :z :
85!FTRANS pta :I :I :z :
86      REAL(wp), INTENT(in   ) ::   pun(jpi,jpj,jpkorig)        ! ocean velocity component (u)
87      REAL(wp), INTENT(in   ) ::   pvn(jpi,jpj,jpkorig)        ! ocean velocity component (v)
88      REAL(wp), INTENT(in   ) ::   pwn(jpi,jpj,jpkorig)        ! ocean velocity component (w)
89      REAL(wp), INTENT(in   ) ::   ptb(jpi,jpj,jpkorig,kjpt)   ! tracer fields (before)
90      REAL(wp), INTENT(in   ) ::   ptn(jpi,jpj,jpkorig,kjpt)   ! tracer fields (now)
91      REAL(wp), INTENT(inout) ::   pta(jpi,jpj,jpkorig,kjpt)   ! tracer trend
92
93      !!
94      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn   ! dummy loop indices
95      REAL(wp) ::   zu, z0u, zzwx, zw         ! local scalars
96      REAL(wp) ::   zv, z0v, zzwy, z0w        !   -      -
97      REAL(wp) ::   ztra, zbtr, zdt, zalpha   !   -      -
98      !!----------------------------------------------------------------------
99
100      IF( wrk_in_use(3, 1,2) ) THEN
101         CALL ctl_stop('tra_adv_muscl2: requested workspace arrays are unavailable')   ;   RETURN
102      ENDIF
103
104      IF( kt == nit000 )  THEN
105         IF(lwp) WRITE(numout,*)
106         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'tra_adv_muscl2 : MUSCL2 advection scheme on ', cdtype
107         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~~~~'
108         !
109         l_trd = .FALSE.
110         IF( ( cdtype == 'TRA' .AND. l_trdtra ) .OR. ( cdtype == 'TRC' .AND. l_trdtrc ) )   l_trd = .TRUE.
111      ENDIF
112
113      !                                                          ! ===========
114      DO jn = 1, kjpt                                            ! tracer loop
115         !                                                       ! ===========
116         ! I. Horizontal advective fluxes
117         ! ------------------------------
118         ! first guess of the slopes
119         zwx(:,:,jpk) = 0.e0   ;   zwy(:,:,jpk) = 0.e0        ! bottom values
120         ! interior values
121#if defined key_z_first
122         DO jj = 1, jpjm1     
123            DO ji = 1, jpim1
124               DO jk = 1, jpkm1
125#else
126         DO jk = 1, jpkm1
127            DO jj = 1, jpjm1     
128               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
129#endif
130                  zwx(ji,jj,jk) = umask(ji,jj,jk) * ( ptb(ji+1,jj,jk,jn) - ptb(ji,jj,jk,jn) )
131                  zwy(ji,jj,jk) = vmask(ji,jj,jk) * ( ptb(ji,jj+1,jk,jn) - ptb(ji,jj,jk,jn) )
132               END DO
133           END DO
134         END DO
135         !
136         CALL lbc_lnk( zwx, 'U', -1. )                        ! lateral boundary conditions on zwx, zwy   (changed sign)
137         CALL lbc_lnk( zwy, 'V', -1. )
138         !                                             !-- Slopes of tracer
139         zslpx(:,:,jpk) = 0.e0   ;   zslpy(:,:,jpk) = 0.e0    ! bottom values
140#if defined key_z_first
141         DO jj = 2, jpj                                       ! interior values
142            DO ji = 2, jpi
143               DO jk = 1, jpkm1 
144#else
145         DO jk = 1, jpkm1                                     ! interior values
146            DO jj = 2, jpj
147               DO ji = fs_2, jpi   ! vector opt.
148#endif
149                  zslpx(ji,jj,jk) =                    ( zwx(ji,jj,jk) + zwx(ji-1,jj  ,jk) )   &
150                     &            * ( 0.25 + SIGN( 0.25, zwx(ji,jj,jk) * zwx(ji-1,jj  ,jk) ) )
151                  zslpy(ji,jj,jk) =                    ( zwy(ji,jj,jk) + zwy(ji  ,jj-1,jk) )   &
152                     &            * ( 0.25 + SIGN( 0.25, zwy(ji,jj,jk) * zwy(ji  ,jj-1,jk) ) )
153               END DO
154            END DO
155         END DO
156         !
157#if defined key_z_first
158         DO jj = 2, jpj                                       ! Slopes limitation
159            DO ji = 2, jpi
160               DO jk = 1, jpkm1
161#else
162         DO jk = 1, jpkm1                                     ! Slopes limitation
163            DO jj = 2, jpj
164               DO ji = fs_2, jpi   ! vector opt.
165#endif
166                  zslpx(ji,jj,jk) = SIGN( 1., zslpx(ji,jj,jk) ) * MIN(    ABS( zslpx(ji  ,jj,jk) ),   &
167                     &                                                 2.*ABS( zwx  (ji-1,jj,jk) ),   &
168                     &                                                 2.*ABS( zwx  (ji  ,jj,jk) ) )
169                  zslpy(ji,jj,jk) = SIGN( 1., zslpy(ji,jj,jk) ) * MIN(    ABS( zslpy(ji,jj  ,jk) ),   &
170                     &                                                 2.*ABS( zwy  (ji,jj-1,jk) ),   &
171                     &                                                 2.*ABS( zwy  (ji,jj  ,jk) ) )
172               END DO
173            END DO
174         END DO             ! interior values
175
176        !                                             !-- MUSCL horizontal advective fluxes
177#if defined key_z_first
178         DO jj = 2, jpjm1
179            DO ji = 2, jpim1
180               DO jk = 1, jpkm1                               ! interior values
181                  zdt  = p2dt(jk)
182#else
183         DO jk = 1, jpkm1                                     ! interior values
184            zdt  = p2dt(jk)
185            DO jj = 2, jpjm1
186               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
187#endif
188                  ! MUSCL fluxes
189                  z0u = SIGN( 0.5, pun(ji,jj,jk) )
190                  zalpha = 0.5 - z0u
191                  zu  = z0u - 0.5 * pun(ji,jj,jk) * zdt / ( e1u(ji,jj) * e2u(ji,jj) * fse3u(ji,jj,jk) )
192                  zzwx = ptb(ji+1,jj,jk,jn) + zu * zslpx(ji+1,jj,jk)
193                  zzwy = ptb(ji  ,jj,jk,jn) + zu * zslpx(ji  ,jj,jk)
194                  zwx(ji,jj,jk) = pun(ji,jj,jk) * ( zalpha * zzwx + (1.-zalpha) * zzwy )
195                  !
196                  z0v = SIGN( 0.5, pvn(ji,jj,jk) )
197                  zalpha = 0.5 - z0v
198                  zv  = z0v - 0.5 * pvn(ji,jj,jk) * zdt / ( e1v(ji,jj) * e2v(ji,jj) * fse3v(ji,jj,jk) )
199                  zzwx = ptb(ji,jj+1,jk,jn) + zv * zslpy(ji,jj+1,jk)
200                  zzwy = ptb(ji,jj  ,jk,jn) + zv * zslpy(ji,jj  ,jk)
201                  zwy(ji,jj,jk) = pvn(ji,jj,jk) * ( zalpha * zzwx + (1.-zalpha) * zzwy )
202               END DO
203            END DO
204         END DO
205
206         !!  centered scheme at lateral b.C. if off-shore velocity
207#if defined key_z_first
208         DO jj = 2, jpjm1
209            DO ji = 2, jpim1
210               DO jk = 1, jpkm1
211#else
212         DO jk = 1, jpkm1
213            DO jj = 2, jpjm1
214               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
215#endif
216                  IF( umask(ji,jj,jk) == 0. ) THEN
217                     IF( pun(ji+1,jj,jk) > 0. .AND. ji /= jpi ) THEN
218                        zwx(ji+1,jj,jk) = 0.5 * pun(ji+1,jj,jk) * ( ptn(ji+1,jj,jk,jn) + ptn(ji+2,jj,jk,jn) )
219                     ENDIF
220                     IF( pun(ji-1,jj,jk) < 0. ) THEN
221                        zwx(ji-1,jj,jk) = 0.5 * pun(ji-1,jj,jk) * ( ptn(ji-1,jj,jk,jn) + ptn(ji,jj,jk,jn) ) 
222                     ENDIF
223                  ENDIF
224                  IF( vmask(ji,jj,jk) == 0. ) THEN
225                     IF( pvn(ji,jj+1,jk) > 0. .AND. jj /= jpj ) THEN
226                        zwy(ji,jj+1,jk) = 0.5 * pvn(ji,jj+1,jk) * ( ptn(ji,jj+1,jk,jn) + ptn(ji,jj+2,jk,jn) )
227                     ENDIF
228                     IF( pvn(ji,jj-1,jk) < 0. ) THEN
229                        zwy(ji,jj-1,jk) = 0.5 * pvn(ji,jj-1,jk) * ( ptn(ji,jj-1,jk,jn) + ptn(ji,jj,jk,jn) ) 
230                     ENDIF
231                  ENDIF
232               END DO
233            END DO
234         END DO
235         CALL lbc_lnk( zwx, 'U', -1. )   ;   CALL lbc_lnk( zwy, 'V', -1. )   ! lateral boundary condition (changed sign)
236
237         ! Tracer flux divergence at t-point added to the general trend
238#if defined key_z_first
239         DO jj = 2, jpjm1
240            DO ji = 2, jpim1
241               DO jk = 1, jpkm1
242#else
243         DO jk = 1, jpkm1
244            DO jj = 2, jpjm1
245               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
246#endif
247                  zbtr = 1. / ( e1t(ji,jj) * e2t(ji,jj) * fse3t(ji,jj,jk) )
248                  ! horizontal advective trends
249                  ztra = - zbtr * ( zwx(ji,jj,jk) - zwx(ji-1,jj  ,jk  )   &
250                  &               + zwy(ji,jj,jk) - zwy(ji  ,jj-1,jk  ) )
251                  ! added to the general tracer trends
252                  pta(ji,jj,jk,jn) = pta(ji,jj,jk,jn) + ztra
253               END DO
254            END DO
255         END DO
256         !                                 ! trend diagnostics (contribution of upstream fluxes)
257         IF( l_trd ) THEN
258            CALL trd_tra( kt, cdtype, jn, jptra_trd_xad, zwx, pun, ptb(:,:,:,jn) )
259            CALL trd_tra( kt, cdtype, jn, jptra_trd_yad, zwy, pvn, ptb(:,:,:,jn) )
260         END IF
261
262         !                                 ! "Poleward" heat and salt transports (contribution of upstream fluxes)
263         IF( cdtype == 'TRA' .AND. ln_diaptr .AND. ( MOD( kt, nn_fptr ) == 0 ) ) THEN
264            IF( jn == jp_tem )  htr_adv(:) = ptr_vj( zwy(:,:,:) )
265            IF( jn == jp_sal )  str_adv(:) = ptr_vj( zwy(:,:,:) )
266         ENDIF
267
268         ! II. Vertical advective fluxes
269         ! -----------------------------
270         !                                             !-- first guess of the slopes
271#if defined key_z_first
272         DO jj = 1, jpj
273            DO ji = 1, jpi
274               zwx(ji,jj,1) = 0.e0                     ! surface boundary conditions
275               DO jk = 2, jpkm1                        ! interior values
276                  zwx(ji,jj,jk) = tmask(ji,jj,jk) * ( ptb(ji,jj,jk-1,jn) - ptb(ji,jj,jk,jn) )
277               END DO
278               zwx(ji,jj,jpk) = 0.e0                   ! bottom boundary conditions
279            END DO
280         END DO
281#else
282         zwx (:,:, 1 ) = 0.e0    ;    zwx (:,:,jpk) = 0.e0    ! surface & bottom boundary conditions
283         DO jk = 2, jpkm1                                     ! interior values
284            zwx(:,:,jk) = tmask(:,:,jk) * ( ptb(:,:,jk-1,jn) - ptb(:,:,jk,jn) )
285         END DO
286#endif
287
288         !                                             !-- Slopes of tracer
289#if defined key_z_first
290         DO jj = 1, jpj
291            DO ji = 1, jpi
292               zslpx(ji,jj,1) = 0.e0                          ! surface values
293               DO jk = 2, jpkm1                               ! interior value
294#else
295         zslpx(:,:,1) = 0.e0                                  ! surface values
296         DO jk = 2, jpkm1                                     ! interior value
297            DO jj = 1, jpj
298               DO ji = 1, jpi
299#endif
300                  zslpx(ji,jj,jk) =                    ( zwx(ji,jj,jk) + zwx(ji,jj,jk+1) )   &
301                     &            * ( 0.25 + SIGN( 0.25, zwx(ji,jj,jk) * zwx(ji,jj,jk+1) ) )
302               END DO
303            END DO
304         END DO
305         !                                             !-- Slopes limitation
306#if defined key_z_first
307         DO jj = 1, jpj
308            DO ji = 1, jpi
309               DO jk = 2, jpkm1                               ! interior values
310#else
311         DO jk = 2, jpkm1                                     ! interior values
312            DO jj = 1, jpj
313               DO ji = 1, jpi
314#endif
315                  zslpx(ji,jj,jk) = SIGN( 1., zslpx(ji,jj,jk) ) * MIN(    ABS( zslpx(ji,jj,jk  ) ),   &
316                     &                                                 2.*ABS( zwx  (ji,jj,jk+1) ),   &
317                     &                                                 2.*ABS( zwx  (ji,jj,jk  ) )  )
318               END DO
319            END DO
320         END DO
321         !                                             !-- vertical advective flux
322         !                                                    ! surface values  (bottom already set to zero)
323         IF( lk_vvl ) THEN    ;   zwx(:,:, 1 ) = 0.e0                      !  variable volume
324         ELSE                 ;   zwx(:,:, 1 ) = pwn(:,:,1) * ptb(:,:,1,jn)   ! linear free surface
325         ENDIF
326         !
327#if defined key_z_first
328         DO jj = 2, jpjm1                                     ! interior values
329            DO ji = 2, jpim1
330               DO jk = 1, jpkm1
331                  zdt  = p2dt(jk)
332#else
333         DO jk = 1, jpkm1                                     ! interior values
334            zdt  = p2dt(jk)
335            DO jj = 2, jpjm1
336               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
337#endif
338                  zbtr = 1. / ( e1t(ji,jj) * e2t(ji,jj) * fse3w(ji,jj,jk+1) )
339                  z0w = SIGN( 0.5, pwn(ji,jj,jk+1) )
340                  zalpha = 0.5 + z0w
341                  zw  = z0w - 0.5 * pwn(ji,jj,jk+1) * zdt * zbtr
342                  zzwx = ptb(ji,jj,jk+1,jn) + zw * zslpx(ji,jj,jk+1)
343                  zzwy = ptb(ji,jj,jk  ,jn) + zw * zslpx(ji,jj,jk  )
344                  zwx(ji,jj,jk+1) = pwn(ji,jj,jk+1) * ( zalpha * zzwx + (1.-zalpha) * zzwy )
345               END DO
346            END DO
347         END DO
348         !
349#if defined key_z_first
350         DO jj = 2, jpjm1
351            DO ji = 2, jpim1
352               DO jk = 2, jpkm1         ! centered near the bottom
353#else
354         DO jk = 2, jpkm1               ! centered near the bottom
355            DO jj = 2, jpjm1
356               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
357#endif
358                  IF( tmask(ji,jj,jk+1) == 0. ) THEN
359                     IF( pwn(ji,jj,jk) > 0. ) THEN
360                        zwx(ji,jj,jk) = 0.5 * pwn(ji,jj,jk) * ( ptn(ji,jj,jk-1,jn) + ptn(ji,jj,jk,jn) ) 
361                     ENDIF
362                  ENDIF
363               END DO
364            END DO
365         END DO
366         !
367#if defined key_z_first
368         DO jj = 2, jpjm1        ! Compute & add the vertical advective trend
369            DO ji = 2, jpim1
370               DO jk = 1, jpkm1
371#else
372         DO jk = 1, jpkm1        ! Compute & add the vertical advective trend
373            DO jj = 2, jpjm1     
374               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
375#endif
376                  zbtr = 1. / ( e1t(ji,jj) * e2t(ji,jj) * fse3t(ji,jj,jk) )
377                  ! vertical advective trends
378                  ztra = - zbtr * ( zwx(ji,jj,jk) - zwx(ji,jj,jk+1) )
379                  ! added to the general tracer trends
380                  pta(ji,jj,jk,jn) =  pta(ji,jj,jk,jn) + ztra
381               END DO
382            END DO
383         END DO
384         !                       ! trend diagnostics (contribution of upstream fluxes)
385         IF( l_trd )  CALL trd_tra( kt, cdtype, jn, jptra_trd_zad, zwx, pwn, ptb(:,:,:,jn) )
386         !
387      END DO
388      !
389      IF( wrk_not_released(3, 1,2) )   CALL ctl_stop('tra_adv_muscl2: failed to release workspace arrays')
390      !
391   END SUBROUTINE tra_adv_muscl2
392
393   !!======================================================================
394END MODULE traadv_muscl2
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.