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.
step.F90 in branches/2013/dev_r3867_MERCATOR1_DYN/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC – NEMO

source: branches/2013/dev_r3867_MERCATOR1_DYN/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/step.F90 @ 3970

Last change on this file since 3970 was 3970, checked in by cbricaud, 11 years ago

Time splitting update, see ticket #1079

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 17.6 KB
RevLine 
[3]1MODULE step
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE step  ***
4   !! Time-stepping    : manager of the ocean, tracer and ice time stepping
5   !!======================================================================
[1438]6   !! History :  OPA  !  1991-03  (G. Madec)  Original code
[1492]7   !!             -   !  1991-11  (G. Madec)
8   !!             -   !  1992-06  (M. Imbard)  add a first output record
9   !!             -   !  1996-04  (G. Madec)  introduction of dynspg
10   !!             -   !  1996-04  (M.A. Foujols)  introduction of passive tracer
[1438]11   !!            8.0  !  1997-06  (G. Madec)  new architecture of call
12   !!            8.2  !  1997-06  (G. Madec, M. Imbard, G. Roullet)  free surface
13   !!             -   !  1999-02  (G. Madec, N. Grima)  hpg implicit
14   !!             -   !  2000-07  (J-M Molines, M. Imbard)  Open Bondary Conditions
15   !!   NEMO     1.0  !  2002-06  (G. Madec)  free form, suppress macro-tasking
16   !!             -   !  2004-08  (C. Talandier) New trends organization
[1492]17   !!             -   !  2005-01  (C. Ethe) Add the KPP closure scheme
18   !!             -   !  2005-11  (G. Madec)  Reorganisation of tra and dyn calls
19   !!             -   !  2006-01  (L. Debreu, C. Mazauric)  Agrif implementation
20   !!             -   !  2006-07  (S. Masson)  restart using iom
[1438]21   !!            3.2  !  2009-02  (G. Madec, R. Benshila)  reintroduicing z*-coordinate
[1533]22   !!             -   !  2009-06  (S. Masson, G. Madec)  TKE restart compatible with key_cpl
[2528]23   !!            3.3  !  2010-05  (K. Mogensen, A. Weaver, M. Martin, D. Lea) Assimilation interface
24   !!             -   !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase + merge TRC-TRA
[3294]25   !!            3.4  !  2011-04  (G. Madec, C. Ethe) Merge of dtatem and dtasal
[3]26   !!----------------------------------------------------------------------
[888]27
28   !!----------------------------------------------------------------------
[2528]29   !!   stp             : OPA system time-stepping
[3]30   !!----------------------------------------------------------------------
[3764]31   USE step_oce         ! time stepping definition modules
[389]32
[3]33   IMPLICIT NONE
34   PRIVATE
35
[2528]36   PUBLIC   stp   ! called by opa.F90
[3]37
38   !! * Substitutions
39#  include "domzgr_substitute.h90"
40#  include "zdfddm_substitute.h90"
41   !!----------------------------------------------------------------------
[2528]42   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
[888]43   !! $Id$
[2528]44   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
[3]45   !!----------------------------------------------------------------------
46CONTAINS
47
[508]48#if defined key_agrif
49   SUBROUTINE stp( )
[1438]50      INTEGER             ::   kstp   ! ocean time-step index
[508]51#else
[467]52   SUBROUTINE stp( kstp )
[1438]53      INTEGER, INTENT(in) ::   kstp   ! ocean time-step index
[467]54#endif
55      !!----------------------------------------------------------------------
[3]56      !!                     ***  ROUTINE stp  ***
[3764]57      !!
[3]58      !! ** Purpose : - Time stepping of OPA (momentum and active tracer eqs.)
59      !!              - Time stepping of LIM (dynamic and thermodynamic eqs.)
60      !!              - Tme stepping  of TRC (passive tracer eqs.)
[3764]61      !!
62      !! ** Method  : -1- Update forcings and data
63      !!              -2- Update ocean physics
64      !!              -3- Compute the t and s trends
65      !!              -4- Update t and s
[3]66      !!              -5- Compute the momentum trends
67      !!              -6- Update the horizontal velocity
68      !!              -7- Compute the diagnostics variables (rd,N2, div,cur,w)
69      !!              -8- Outputs and diagnostics
70      !!----------------------------------------------------------------------
[888]71      INTEGER ::   jk       ! dummy loop indice
[3]72      INTEGER ::   indic    ! error indicator if < 0
73      !! ---------------------------------------------------------------------
74
[392]75#if defined key_agrif
[389]76      kstp = nit000 + Agrif_Nb_Step()
[2715]77!      IF ( Agrif_Root() .and. lwp) Write(*,*) '---'
78!      IF (lwp) Write(*,*) 'Grid Number',Agrif_Fixed(),' time step ',kstp
[1793]79# if defined key_iomput
[2528]80      IF( Agrif_Nbstepint() == 0 )   CALL iom_swap
[3764]81# endif
82#endif
[2528]83                             indic = 0                ! reset to no error condition
[3769]84      IF( kstp == nit000 )   CALL iom_init            ! iom_put initialization (must be done after nemo_init for AGRIF+XIOS+OASIS)
[1725]85      IF( kstp /= nit000 )   CALL day( kstp )         ! Calendar (day was already called at nit000 in day_init)
[3701]86                             CALL iom_setkt( kstp - nit000 + 1 )   ! say to iom that we are at time step kstp
[3]87
88      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
[888]89      ! Update data, open boundaries, surface boundary condition (including sea-ice)
[3]90      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[888]91                         CALL sbc    ( kstp )         ! Sea Boundary Condition (including sea-ice)
[3651]92      IF( lk_tide.AND.(kstp /= nit000 ))   CALL tide_init ( kstp )
[3294]93      IF( lk_tide    )   CALL sbc_tide( kstp )
[35]94      IF( lk_obc     )   CALL obc_dta( kstp )         ! update dynamic and tracer data at open boundaries
[3]95      IF( lk_obc     )   CALL obc_rad( kstp )         ! compute phase velocities at open boundaries
[3294]96      IF( lk_bdy     )   CALL bdy_dta( kstp, time_offset=+1 ) ! update dynamic and tracer data at open boundaries
[911]97
[1438]98      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
[1492]99      !  Ocean dynamics : ssh, wn, hdiv, rot                                 !
[1438]100      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[1492]101                         CALL ssh_wzv( kstp )         ! after ssh & vertical velocity
[3]102
103      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
[3294]104      ! Ocean physics update                (ua, va, tsa used as workspace)
[3]105      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[2528]106                         CALL bn2( tsb, rn2b )        ! before Brunt-Vaisala frequency
107                         CALL bn2( tsn, rn2  )        ! now    Brunt-Vaisala frequency
[1492]108      !
[3764]109      !  VERTICAL PHYSICS
[3970]110      ! bg jchanut tschanges
111      ! One need bottom friction parameter in ssh_wzv routine with time splitting.
112      ! The idea could be to move the call below before ssh_wzv. However, "now" scale factors
113      ! at U-V points (which are set thanks to sshu_n, sshv_n) are actually available in sshwzv.
114      ! These are needed for log bottom friction...
115#if ! defined key_dynspg_ts
[1662]116                         CALL zdf_bfr( kstp )         ! bottom friction
[3970]117#endif
118      ! end jchanut tschanges
[3764]119
[1492]120      !                                               ! Vertical eddy viscosity and diffusivity coefficients
[2528]121      IF( lk_zdfric  )   CALL zdf_ric( kstp )            ! Richardson number dependent Kz
122      IF( lk_zdftke  )   CALL zdf_tke( kstp )            ! TKE closure scheme for Kz
123      IF( lk_zdfgls  )   CALL zdf_gls( kstp )            ! GLS closure scheme for Kz
124      IF( lk_zdfkpp  )   CALL zdf_kpp( kstp )            ! KPP closure scheme for Kz
125      IF( lk_zdfcst  )   THEN                            ! Constant Kz (reset avt, avm[uv] to the background value)
[1537]126         avt (:,:,:) = rn_avt0 * tmask(:,:,:)
127         avmu(:,:,:) = rn_avm0 * umask(:,:,:)
128         avmv(:,:,:) = rn_avm0 * vmask(:,:,:)
[677]129      ENDIF
[1492]130      IF( ln_rnf_mouth ) THEN                         ! increase diffusivity at rivers mouths
[1246]131         DO jk = 2, nkrnf   ;   avt(:,:,jk) = avt(:,:,jk) + 2.e0 * rn_avt_rnf * rnfmsk(:,:) * tmask(:,:,jk)   ;   END DO
[3]132      ENDIF
[1492]133      IF( ln_zdfevd  )   CALL zdf_evd( kstp )         ! enhanced vertical eddy diffusivity
[3]134
[1492]135      IF( lk_zdftmx  )   CALL zdf_tmx( kstp )         ! tidal vertical mixing
[3]136
[888]137      IF( lk_zdfddm .AND. .NOT. lk_zdfkpp )   &
[1492]138         &               CALL zdf_ddm( kstp )         ! double diffusive mixing
[3764]139
[1492]140                         CALL zdf_mxl( kstp )         ! mixed layer depth
[3]141
[2528]142                                                      ! write TKE or GLS information in the restart file
[1531]143      IF( lrst_oce .AND. lk_zdftke )   CALL tke_rst( kstp, 'WRITE' )
[2528]144      IF( lrst_oce .AND. lk_zdfgls )   CALL gls_rst( kstp, 'WRITE' )
[1492]145      !
[3764]146      !  LATERAL  PHYSICS
[1492]147      !
148      IF( lk_ldfslp ) THEN                            ! slope of lateral mixing
[2528]149                         CALL eos( tsb, rhd )                ! before in situ density
150         IF( ln_zps )    CALL zps_hde( kstp, jpts, tsb, gtsu, gtsv,  &    ! Partial steps: before horizontal gradient
151            &                                      rhd, gru , grv  )      ! of t, s, rd at the last ocean level
152         IF( ln_traldf_grif ) THEN                           ! before slope for Griffies operator
153                         CALL ldf_slp_grif( kstp )
154         ELSE
155                         CALL ldf_slp( kstp, rhd, rn2b )     ! before slope for Madec operator
156         ENDIF
[1481]157      ENDIF
[3]158#if defined key_traldf_c2d
[1492]159      IF( lk_traldf_eiv )   CALL ldf_eiv( kstp )      ! eddy induced velocity coefficient
[2528]160#endif
[3634]161#if defined key_traldf_c3d && key_traldf_smag
162                          CALL ldf_tra_smag( kstp )      ! eddy induced velocity coefficient
163#  endif
164#if defined key_dynldf_c3d && key_dynldf_smag
165                          CALL ldf_dyn_smag( kstp )      ! eddy induced velocity coefficient
166#  endif
[3]167
[3634]168
[1482]169      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
[3294]170      ! diagnostics and outputs             (ua, va, tsa used as workspace)
[1482]171      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[1492]172      IF( lk_floats  )   CALL flo_stp( kstp )         ! drifting Floats
173      IF( lk_diahth  )   CALL dia_hth( kstp )         ! Thermocline depth (20 degres isotherm depth)
174      IF( lk_diafwb  )   CALL dia_fwb( kstp )         ! Fresh water budget diagnostics
175      IF( ln_diaptr  )   CALL dia_ptr( kstp )         ! Poleward TRansports diagnostics
[3294]176      IF( lk_diadct  )   CALL dia_dct( kstp )         ! Transports
[1756]177      IF( lk_diaar5  )   CALL dia_ar5( kstp )         ! ar5 diag
[3294]178      IF( lk_diaharm )   CALL dia_harm( kstp )        ! Tidal harmonic analysis
[1635]179                         CALL dia_wri( kstp )         ! ocean model: outputs
[1482]180
[923]181#if defined key_top
[3]182      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
183      ! Passive Tracer Model
184      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[1492]185                         CALL trc_stp( kstp )         ! time-stepping
[3]186#endif
187
188      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
[1492]189      ! Active tracers                              (ua, va used as workspace)
[3]190      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[2528]191                             tsa(:,:,:,:) = 0.e0            ! set tracer trends to zero
[3]192
[2528]193      IF(  ln_asmiau .AND. &
194         & ln_trainc     )   CALL tra_asm_inc( kstp )       ! apply tracer assimilation increment
[467]195                             CALL tra_sbc    ( kstp )       ! surface boundary condition
196      IF( ln_traqsr      )   CALL tra_qsr    ( kstp )       ! penetrative solar radiation qsr
[2528]197      IF( ln_trabbc      )   CALL tra_bbc    ( kstp )       ! bottom heat flux
198      IF( lk_trabbl      )   CALL tra_bbl    ( kstp )       ! advective (and/or diffusive) bottom boundary layer scheme
[3294]199      IF( ln_tradmp      )   CALL tra_dmp    ( kstp )       ! internal damping trends
[3651]200      IF( lk_bdy         )   CALL bdy_tra_dmp( kstp )       ! bdy damping trends
[467]201                             CALL tra_adv    ( kstp )       ! horizontal & vertical advection
[2528]202      IF( lk_zdfkpp      )   CALL tra_kpp    ( kstp )       ! KPP non-local tracer fluxes
[467]203                             CALL tra_ldf    ( kstp )       ! lateral mixing
[392]204#if defined key_agrif
[782]205      IF(.NOT. Agrif_Root()) CALL Agrif_Sponge_tra          ! tracers sponge
[389]206#endif
[1111]207                             CALL tra_zdf    ( kstp )       ! vertical mixing and after tracer fields
[1239]208
[1492]209      IF( ln_dynhpg_imp  ) THEN                             ! semi-implicit hpg (time stepping then eos)
[2528]210         IF( ln_zdfnpc   )   CALL tra_npc( kstp )                ! update after fields by non-penetrative convection
211                             CALL tra_nxt( kstp )                ! tracer fields at next time step
212                             CALL eos    ( tsa, rhd, rhop )      ! Time-filtered in situ density for hpg computation
213         IF( ln_zps      )   CALL zps_hde( kstp, jpts, tsa, gtsu, gtsv,  &    ! zps: time filtered hor. derivative
214            &                                          rhd, gru , grv  )      ! of t, s, rd at the last ocean level
[3764]215
[3970]216      ELSE   
217                                               ! centered hpg  (eos then time stepping)
218      ! bg jchanut tschanges
219#if ! defined key_dynspg_ts
220      ! eos already called
[2528]221                             CALL eos    ( tsn, rhd, rhop )      ! now in situ density for hpg computation
222         IF( ln_zps      )   CALL zps_hde( kstp, jpts, tsn, gtsu, gtsv,  &    ! zps: now hor. derivative
223            &                                          rhd, gru , grv  )      ! of t, s, rd at the last ocean level
[3970]224#endif
225      ! end jchanut tschanges
[2528]226         IF( ln_zdfnpc   )   CALL tra_npc( kstp )                ! update after fields by non-penetrative convection
227                             CALL tra_nxt( kstp )                ! tracer fields at next time step
[3764]228      ENDIF
[1481]229
[3]230      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
[3294]231      ! Dynamics                                    (tsa used as workspace)
[3]232      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[3970]233      ! bg jchanut tschanges
234#if defined key_dynspg_ts     
235! revert to previously computed tendencies:
236! (not using ua, va as temporary arrays during tracers' update could avoid that)
237                               ua(:,:,:) = ua_bak(:,:,:)           
238                               va(:,:,:) = va_bak(:,:,:)
239                               CALL dyn_bfr( kstp )         ! bottom friction
240                               CALL dyn_zdf( kstp )         ! vertical diffusion
241#else
242      ! end jchanut tschanges
[1492]243                               ua(:,:,:) = 0.e0             ! set dynamics trends to zero
[75]244                               va(:,:,:) = 0.e0
[3]245
[2528]246      IF(  ln_asmiau .AND. &
247         & ln_dyninc       )   CALL dyn_asm_inc( kstp )     ! apply dynamics assimilation increment
[3764]248      IF( ln_bkgwri )          CALL asm_bkg_wri( kstp )     ! output background fields
[3294]249      IF( ln_neptsimp )        CALL dyn_nept_cor( kstp )    ! subtract Neptune velocities (simplified)
[3651]250      IF( lk_bdy           )   CALL bdy_dyn3d_dmp(kstp )    ! bdy damping trends
[1492]251                               CALL dyn_adv( kstp )         ! advection (vector or flux form)
252                               CALL dyn_vor( kstp )         ! vorticity term including Coriolis
253                               CALL dyn_ldf( kstp )         ! lateral mixing
[3294]254      IF( ln_neptsimp )        CALL dyn_nept_cor( kstp )    ! add Neptune velocities (simplified)
[392]255#if defined key_agrif
[1492]256      IF(.NOT. Agrif_Root())   CALL Agrif_Sponge_dyn        ! momemtum sponge
[389]257#endif
[1492]258                               CALL dyn_hpg( kstp )         ! horizontal gradient of Hydrostatic pressure
[3764]259                               CALL dyn_bfr( kstp )         ! bottom friction
[1492]260                               CALL dyn_zdf( kstp )         ! vertical diffusion
261                               CALL dyn_spg( kstp, indic )  ! surface pressure gradient
[3970]262      ! bg jchanut tschanges
263#endif
264      ! end jchanut tschanges
[1492]265                               CALL dyn_nxt( kstp )         ! lateral velocity at next time step
[3]266
[1492]267                               CALL ssh_nxt( kstp )         ! sea surface height at next time step
[593]268
[2528]269      IF( ln_diahsb        )   CALL dia_hsb( kstp )         ! - ML - global conservation diagnostics
270      IF( lk_diaobs  )         CALL dia_obs( kstp )         ! obs-minus-model (assimilation) diagnostics (call after dynamics update)
271
[3]272      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
[888]273      ! Control and restarts
[3]274      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[1492]275                               CALL stp_ctl( kstp, indic )
276      IF( indic < 0        )   THEN
277                               CALL ctl_stop( 'step: indic < 0' )
278                               CALL dia_wri_state( 'output.abort', kstp )
[1482]279      ENDIF
[1492]280      IF( kstp == nit000   )   CALL iom_close( numror )     ! close input  ocean restart file
281      IF( lrst_oce         )   CALL rst_write    ( kstp )   ! write output ocean restart file
282      IF( lk_obc           )   CALL obc_rst_write( kstp )   ! write open boundary restart file
[3]283
[508]284      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
[3294]285      ! Trends                              (ua, va, tsa used as workspace)
[508]286      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[3764]287      IF( nstop == 0 ) THEN
288         IF( lk_trddyn     )   CALL trd_dwr( kstp )         ! trends: dynamics
[1492]289         IF( lk_trdtra     )   CALL trd_twr( kstp )         ! trends: active tracers
[3764]290         IF( lk_trdmld     )   CALL trd_mld( kstp )         ! trends: Mixed-layer
[1492]291         IF( lk_trdvor     )   CALL trd_vor( kstp )         ! trends: vorticity budget
[75]292      ENDIF
[3]293
[75]294      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
295      ! Coupled mode
296      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[1492]297      IF( lk_cpl           )   CALL sbc_cpl_snd( kstp )     ! coupled mode : field exchanges
[508]298      !
[3769]299#if defined key_iomput
300      IF( kstp == nitend   )   CALL xios_context_finalize() ! needed for XIOS+AGRIF
301#endif
302      !
[3294]303      IF( nn_timing == 1 .AND.  kstp == nit000  )   CALL timing_reset
[1481]304      !
[3]305   END SUBROUTINE stp
306
307   !!======================================================================
308END MODULE step
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.