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tranxt.F90 in branches/2014/dev_r4621_NOC4_BDY_VERT_INTERP/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/TRA – NEMO

source: branches/2014/dev_r4621_NOC4_BDY_VERT_INTERP/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/TRA/tranxt.F90 @ 6079

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RevLine 
[3]1MODULE tranxt
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  tranxt  ***
4   !! Ocean active tracers:  time stepping on temperature and salinity
5   !!======================================================================
[1110]6   !! History :  OPA  !  1991-11  (G. Madec)  Original code
7   !!            7.0  !  1993-03  (M. Guyon)  symetrical conditions
8   !!            8.0  !  1996-02  (G. Madec & M. Imbard)  opa release 8.0
9   !!             -   !  1996-04  (A. Weaver)  Euler forward step
10   !!            8.2  !  1999-02  (G. Madec, N. Grima)  semi-implicit pressure grad.
11   !!  NEMO      1.0  !  2002-08  (G. Madec)  F90: Free form and module
12   !!             -   !  2002-11  (C. Talandier, A-M Treguier) Open boundaries
13   !!             -   !  2005-04  (C. Deltel) Add Asselin trend in the ML budget
14   !!            2.0  !  2006-02  (L. Debreu, C. Mazauric) Agrif implementation
15   !!            3.0  !  2008-06  (G. Madec)  time stepping always done in trazdf
[1438]16   !!            3.1  !  2009-02  (G. Madec, R. Benshila)  re-introduce the vvl option
[2528]17   !!            3.3  !  2010-04  (M. Leclair, G. Madec)  semi-implicit hpg with asselin filter + modified LF-RA
18   !!             -   !  2010-05  (C. Ethe, G. Madec)  merge TRC-TRA
[3]19   !!----------------------------------------------------------------------
[503]20
21   !!----------------------------------------------------------------------
[2528]22   !!   tra_nxt       : time stepping on tracers
23   !!   tra_nxt_fix   : time stepping on tracers : fixed    volume case
24   !!   tra_nxt_vvl   : time stepping on tracers : variable volume case
[3]25   !!----------------------------------------------------------------------
26   USE oce             ! ocean dynamics and tracers variables
27   USE dom_oce         ! ocean space and time domain variables
[2528]28   USE sbc_oce         ! surface boundary condition: ocean
[5620]29   USE sbcrnf          ! river runoffs
[5901]30   USE sbcisf          ! ice shelf melting/freezing
[5038]31   USE zdf_oce         ! ocean vertical mixing
[1438]32   USE domvvl          ! variable volume
[5038]33   USE trd_oce         ! trends: ocean variables
34   USE trdtra          ! trends manager: tracers
35   USE traqsr          ! penetrative solar radiation (needed for nksr)
36   USE phycst          ! physical constant
[5901]37   USE ldftra          ! lateral physics on tracers
38   USE ldfslp
[5038]39   USE bdy_oce         ! BDY open boundary condition variables
[3294]40   USE bdytra          ! open boundary condition (bdy_tra routine)
[5038]41   !
[3]42   USE in_out_manager  ! I/O manager
43   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
[258]44   USE prtctl          ! Print control
[5038]45   USE wrk_nemo        ! Memory allocation
46   USE timing          ! Timing
[2528]47#if defined key_agrif
[389]48   USE agrif_opa_interp
[2528]49#endif
[3]50
51   IMPLICIT NONE
52   PRIVATE
53
[2528]54   PUBLIC   tra_nxt       ! routine called by step.F90
55   PUBLIC   tra_nxt_fix   ! to be used in trcnxt
56   PUBLIC   tra_nxt_vvl   ! to be used in trcnxt
[592]57
[1438]58
[592]59   !! * Substitutions
60#  include "domzgr_substitute.h90"
[3]61   !!----------------------------------------------------------------------
[2528]62   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO-Consortium (2010)
[2715]63   !! $Id$
64   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
[3]65   !!----------------------------------------------------------------------
66CONTAINS
67
68   SUBROUTINE tra_nxt( kt )
69      !!----------------------------------------------------------------------
70      !!                   ***  ROUTINE tranxt  ***
71      !!
[1110]72      !! ** Purpose :   Apply the boundary condition on the after temperature 
73      !!             and salinity fields, achieved the time stepping by adding
74      !!             the Asselin filter on now fields and swapping the fields.
[3]75      !!
[1110]76      !! ** Method  :   At this stage of the computation, ta and sa are the
77      !!             after temperature and salinity as the time stepping has
78      !!             been performed in trazdf_imp or trazdf_exp module.
[3]79      !!
[1110]80      !!              - Apply lateral boundary conditions on (ta,sa)
81      !!             at the local domain   boundaries through lbc_lnk call,
[4328]82      !!             at the one-way open boundaries (lk_bdy=T),
[5038]83      !!             at the AGRIF zoom   boundaries (lk_agrif=T)
[1110]84      !!
[1438]85      !!              - Update lateral boundary conditions on AGRIF children
86      !!             domains (lk_agrif=T)
[1110]87      !!
88      !! ** Action  : - (tb,sb) and (tn,sn) ready for the next time step
[6079]89      !!
[503]90      !!----------------------------------------------------------------------
91      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
92      !!
[2528]93      INTEGER  ::   jk, jn    ! dummy loop indices
94      REAL(wp) ::   zfact     ! local scalars
[3294]95      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  ztrdt, ztrds
[3]96      !!----------------------------------------------------------------------
[3294]97      !
98      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start( 'tra_nxt')
99      !
[1110]100      IF( kt == nit000 ) THEN
101         IF(lwp) WRITE(numout,*)
102         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'tra_nxt : achieve the time stepping by Asselin filter and array swap'
103         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
[592]104      ENDIF
105
[1110]106      ! Update after tracer on domain lateral boundaries
107      !
[6079]108      !
[5901]109#if defined key_agrif
110      CALL Agrif_tra                     ! AGRIF zoom boundaries
111#endif
112      !
[4230]113      CALL lbc_lnk( tsa(:,:,:,jp_tem), 'T', 1._wp )      ! local domain boundaries  (T-point, unchanged sign)
114      CALL lbc_lnk( tsa(:,:,:,jp_sal), 'T', 1._wp )
[1110]115      !
[2528]116#if defined key_bdy 
[3294]117      IF( lk_bdy )   CALL bdy_tra( kt )  ! BDY open boundaries
[1110]118#endif
[1438]119 
120      ! set time step size (Euler/Leapfrog)
[2715]121      IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 ) THEN   ;   r2dtra(:) =     rdttra(:)      ! at nit000             (Euler)
[4230]122      ELSEIF( kt <= nit000 + 1 )           THEN   ;   r2dtra(:) = 2._wp* rdttra(:)      ! at nit000 or nit000+1 (Leapfrog)
[1438]123      ENDIF
[3]124
[1110]125      ! trends computation initialisation
[2528]126      IF( l_trdtra )   THEN                    ! store now fields before applying the Asselin filter
[3294]127         CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, ztrdt, ztrds )
128         ztrdt(:,:,:) = tsn(:,:,:,jp_tem) 
129         ztrds(:,:,:) = tsn(:,:,:,jp_sal)
[5038]130         IF( ln_traldf_iso ) THEN              ! diagnose the "pure" Kz diffusive trend
131            CALL trd_tra( kt, 'TRA', jp_tem, jptra_zdfp, ztrdt )
132            CALL trd_tra( kt, 'TRA', jp_sal, jptra_zdfp, ztrds )
133         ENDIF
[1110]134      ENDIF
135
[2528]136      IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 ) THEN       ! Euler time-stepping at first time-step (only swap)
137         DO jn = 1, jpts
138            DO jk = 1, jpkm1
139               tsn(:,:,jk,jn) = tsa(:,:,jk,jn)   
140            END DO
141         END DO
142      ELSE                                            ! Leap-Frog + Asselin filter time stepping
143         !
[5620]144         IF( lk_vvl )  THEN   ;   CALL tra_nxt_vvl( kt, nit000, rdttra, 'TRA', tsb, tsn, tsa,   &
145           &                                                              sbc_tsc, sbc_tsc_b, jpts )  ! variable volume level (vvl)
146         ELSE                 ;   CALL tra_nxt_fix( kt, nit000,         'TRA', tsb, tsn, tsa, jpts )  ! fixed    volume level
[2528]147         ENDIF
[5901]148      ENDIF     
[2715]149      !
[1438]150      ! trends computation
[2528]151      IF( l_trdtra ) THEN      ! trend of the Asselin filter (tb filtered - tb)/dt     
[1110]152         DO jk = 1, jpkm1
[5038]153            zfact = 1._wp / r2dtra(jk)             
[2528]154            ztrdt(:,:,jk) = ( tsb(:,:,jk,jp_tem) - ztrdt(:,:,jk) ) * zfact
155            ztrds(:,:,jk) = ( tsb(:,:,jk,jp_sal) - ztrds(:,:,jk) ) * zfact
[1110]156         END DO
[5038]157         CALL trd_tra( kt, 'TRA', jp_tem, jptra_atf, ztrdt )
158         CALL trd_tra( kt, 'TRA', jp_sal, jptra_atf, ztrds )
[3294]159         CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, ztrdt, ztrds )
[1438]160      END IF
[2715]161      !
[1438]162      !                        ! control print
[2528]163      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=tsn(:,:,:,jp_tem), clinfo1=' nxt  - Tn: ', mask1=tmask,   &
164         &                       tab3d_2=tsn(:,:,:,jp_sal), clinfo2=       ' Sn: ', mask2=tmask )
[1438]165      !
[5038]166      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_stop('tra_nxt')
[3294]167      !
[1438]168   END SUBROUTINE tra_nxt
169
170
[3294]171   SUBROUTINE tra_nxt_fix( kt, kit000, cdtype, ptb, ptn, pta, kjpt )
[1438]172      !!----------------------------------------------------------------------
173      !!                   ***  ROUTINE tra_nxt_fix  ***
174      !!
175      !! ** Purpose :   fixed volume: apply the Asselin time filter and
176      !!                swap the tracer fields.
177      !!
178      !! ** Method  : - Apply a Asselin time filter on now fields.
179      !!              - swap tracer fields to prepare the next time_step.
180      !!
181      !! ** Action  : - (tb,sb) and (tn,sn) ready for the next time step
[6079]182      !!             
[1438]183      !!----------------------------------------------------------------------
[2715]184      INTEGER         , INTENT(in   )                               ::   kt       ! ocean time-step index
[3294]185      INTEGER         , INTENT(in   )                               ::   kit000   ! first time step index
[2715]186      CHARACTER(len=3), INTENT(in   )                               ::   cdtype   ! =TRA or TRC (tracer indicator)
187      INTEGER         , INTENT(in   )                               ::   kjpt     ! number of tracers
188      REAL(wp)        , INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt)  ::   ptb      ! before tracer fields
189      REAL(wp)        , INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt)  ::   ptn      ! now tracer fields
190      REAL(wp)        , INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt)  ::   pta      ! tracer trend
191      !
[2528]192      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn   ! dummy loop indices
193      REAL(wp) ::   ztn, ztd         ! local scalars
[1438]194      !!----------------------------------------------------------------------
195
[3294]196      IF( kt == kit000 )  THEN
[1438]197         IF(lwp) WRITE(numout,*)
[3294]198         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'tra_nxt_fix : time stepping', cdtype
[1438]199         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
200      ENDIF
201      !
[2528]202      !
203      DO jn = 1, kjpt
[1438]204         !
[2528]205         DO jk = 1, jpkm1
206            DO jj = 1, jpj
207               DO ji = 1, jpi
208                  ztn = ptn(ji,jj,jk,jn)                                   
209                  ztd = pta(ji,jj,jk,jn) - 2. * ztn + ptb(ji,jj,jk,jn)      !  time laplacian on tracers
210                  !
211                  ptb(ji,jj,jk,jn) = ztn + atfp * ztd                       ! ptb <-- filtered ptn
212                  ptn(ji,jj,jk,jn) = pta(ji,jj,jk,jn)                       ! ptn <-- pta
213                  !
[3]214               END DO
[2528]215           END DO
216         END DO
[1110]217         !
[2528]218      END DO
[1438]219      !
220   END SUBROUTINE tra_nxt_fix
[3]221
[1110]222
[5620]223   SUBROUTINE tra_nxt_vvl( kt, kit000, p2dt, cdtype, ptb, ptn, pta, psbc_tc, psbc_tc_b, kjpt )
[1438]224      !!----------------------------------------------------------------------
225      !!                   ***  ROUTINE tra_nxt_vvl  ***
226      !!
227      !! ** Purpose :   Time varying volume: apply the Asselin time filter 
228      !!                and swap the tracer fields.
229      !!
230      !! ** Method  : - Apply a thickness weighted Asselin time filter on now fields.
231      !!              - swap tracer fields to prepare the next time_step.
232      !!                This can be summurized for tempearture as:
233      !!
234      !! ** Action  : - (tb,sb) and (tn,sn) ready for the next time step
[6079]235      !!
[1438]236      !!----------------------------------------------------------------------
[5620]237      INTEGER         , INTENT(in   )                               ::  kt       ! ocean time-step index
238      INTEGER         , INTENT(in   )                               ::  kit000   ! first time step index
239      REAL(wp)        , INTENT(in   ), DIMENSION(jpk)               ::  p2dt     ! time-step
240      CHARACTER(len=3), INTENT(in   )                               ::  cdtype   ! =TRA or TRC (tracer indicator)
241      INTEGER         , INTENT(in   )                               ::  kjpt     ! number of tracers
242      REAL(wp)        , INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt)  ::  ptb      ! before tracer fields
243      REAL(wp)        , INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt)  ::  ptn      ! now tracer fields
244      REAL(wp)        , INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt)  ::  pta      ! tracer trend
245      REAL(wp)        , INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj,kjpt)      ::  psbc_tc   ! surface tracer content
246      REAL(wp)        , INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj,kjpt)      ::  psbc_tc_b ! before surface tracer content
247
[1438]248      !!     
[6079]249      LOGICAL  ::   ll_traqsr, ll_rnf, ll_isf   ! local logical
[2528]250      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn              ! dummy loop indices
[2715]251      REAL(wp) ::   zfact1, ztc_a , ztc_n , ztc_b , ztc_f , ztc_d    ! local scalar
252      REAL(wp) ::   zfact2, ze3t_b, ze3t_n, ze3t_a, ze3t_f, ze3t_d   !   -      -
[1438]253      !!----------------------------------------------------------------------
[3294]254      !
255      IF( kt == kit000 )  THEN
[1438]256         IF(lwp) WRITE(numout,*)
[3294]257         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'tra_nxt_vvl : time stepping', cdtype
[1438]258         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
259      ENDIF
[2528]260      !
261      IF( cdtype == 'TRA' )  THEN   
262         ll_traqsr  = ln_traqsr        ! active  tracers case  and  solar penetration
[5620]263         ll_rnf     = ln_rnf           ! active  tracers case  and  river runoffs
[5901]264         IF (nn_isf .GE. 1) THEN
265            ll_isf = .TRUE.            ! active  tracers case  and  ice shelf melting/freezing
266         ELSE
267            ll_isf = .FALSE.
268         END IF
[2528]269      ELSE                         
270         ll_traqsr  = .FALSE.          ! active  tracers case and NO solar penetration
[5620]271         ll_rnf     = .FALSE.          ! passive tracers or NO river runoffs
[5901]272         ll_isf     = .FALSE.          ! passive tracers or NO ice shelf melting/freezing
[2528]273      ENDIF
274      !
275      DO jn = 1, kjpt     
276         DO jk = 1, jpkm1
[5620]277            zfact1 = atfp * p2dt(jk)
[2528]278            zfact2 = zfact1 / rau0
279            DO jj = 1, jpj
280               DO ji = 1, jpi
281                  ze3t_b = fse3t_b(ji,jj,jk)
282                  ze3t_n = fse3t_n(ji,jj,jk)
283                  ze3t_a = fse3t_a(ji,jj,jk)
284                  !                                         ! tracer content at Before, now and after
285                  ztc_b  = ptb(ji,jj,jk,jn) * ze3t_b
286                  ztc_n  = ptn(ji,jj,jk,jn) * ze3t_n
287                  ztc_a  = pta(ji,jj,jk,jn) * ze3t_a
288                  !
289                  ze3t_d = ze3t_a - 2. * ze3t_n + ze3t_b
290                  ztc_d  = ztc_a  - 2. * ztc_n  + ztc_b
291                  !
292                  ze3t_f = ze3t_n + atfp * ze3t_d
293                  ztc_f  = ztc_n  + atfp * ztc_d
294                  !
[5901]295                  IF( jk == mikt(ji,jj) ) THEN           ! first level
296                     ze3t_f = ze3t_f - zfact2 * ( (emp_b(ji,jj)    - emp(ji,jj)   )  &
297                            &                   - (rnf_b(ji,jj)    - rnf(ji,jj)   )  &
298                            &                   + (fwfisf_b(ji,jj) - fwfisf(ji,jj))  )
[5620]299                     ztc_f  = ztc_f  - zfact1 * ( psbc_tc(ji,jj,jn) - psbc_tc_b(ji,jj,jn) )
[2528]300                  ENDIF
[5620]301
[5901]302                  ! solar penetration (temperature only)
303                  IF( ll_traqsr .AND. jn == jp_tem .AND. jk <= nksr )                            & 
[2528]304                     &     ztc_f  = ztc_f  - zfact1 * ( qsr_hc(ji,jj,jk) - qsr_hc_b(ji,jj,jk) ) 
[1438]305
[5901]306                  ! river runoff
307                  IF( ll_rnf .AND. jk <= nk_rnf(ji,jj) )                                          &
[5620]308                     &     ztc_f  = ztc_f  - zfact1 * ( rnf_tsc(ji,jj,jn) - rnf_tsc_b(ji,jj,jn) ) & 
309                     &                              * fse3t_n(ji,jj,jk) / h_rnf(ji,jj)
310
[5901]311                  ! ice shelf
312                  IF( ll_isf ) THEN
313                     ! level fully include in the Losch_2008 ice shelf boundary layer
314                     IF ( jk >= misfkt(ji,jj) .AND. jk < misfkb(ji,jj) )                          &
315                        ztc_f  = ztc_f  - zfact1 * ( risf_tsc(ji,jj,jn) - risf_tsc_b(ji,jj,jn) )  &
316                               &                 * fse3t_n(ji,jj,jk) * r1_hisf_tbl (ji,jj)
317                     ! level partially include in Losch_2008 ice shelf boundary layer
318                     IF ( jk == misfkb(ji,jj) )                                                   &
319                        ztc_f  = ztc_f  - zfact1 * ( risf_tsc(ji,jj,jn) - risf_tsc_b(ji,jj,jn) )  &
320                               &                 * fse3t_n(ji,jj,jk) * r1_hisf_tbl (ji,jj) * ralpha(ji,jj)
321                  END IF
322
[5620]323                  ze3t_f = 1.e0 / ze3t_f
324                  ptb(ji,jj,jk,jn) = ztc_f * ze3t_f       ! ptb <-- ptn filtered
325                  ptn(ji,jj,jk,jn) = pta(ji,jj,jk,jn)     ! ptn <-- pta
326                  !
[1438]327               END DO
328            END DO
[2528]329         END DO
330         !
331      END DO
[503]332      !
[1438]333   END SUBROUTINE tra_nxt_vvl
[3]334
335   !!======================================================================
336END MODULE tranxt
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.