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.
dynvor.F90 in branches/2016/dev_CNRS_2016/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN – NEMO

source: branches/2016/dev_CNRS_2016/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynvor.F90 @ 7280

Last change on this file since 7280 was 7280, checked in by flavoni, 7 years ago

merge CNRS2016 with aerobulk branch

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 36.5 KB
RevLine 
[3]1MODULE dynvor
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynvor  ***
4   !! Ocean dynamics: Update the momentum trend with the relative and
5   !!                 planetary vorticity trends
6   !!======================================================================
[2715]7   !! History :  OPA  ! 1989-12  (P. Andrich)  vor_ens: Original code
8   !!            5.0  ! 1991-11  (G. Madec) vor_ene, vor_mix: Original code
9   !!            6.0  ! 1996-01  (G. Madec)  s-coord, suppress work arrays
10   !!   NEMO     0.5  ! 2002-08  (G. Madec)  F90: Free form and module
11   !!            1.0  ! 2004-02  (G. Madec)  vor_een: Original code
12   !!             -   ! 2003-08  (G. Madec)  add vor_ctl
13   !!             -   ! 2005-11  (G. Madec)  add dyn_vor (new step architecture)
14   !!            2.0  ! 2006-11  (G. Madec)  flux form advection: add metric term
15   !!            3.2  ! 2009-04  (R. Benshila)  vvl: correction of een scheme
16   !!            3.3  ! 2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
[4990]17   !!            3.7  ! 2014-04  (G. Madec) trend simplification: suppress jpdyn_trd_dat vorticity
[5836]18   !!             -   ! 2014-06  (G. Madec) suppression of velocity curl from in-core memory
[503]19   !!----------------------------------------------------------------------
[3]20
21   !!----------------------------------------------------------------------
[2528]22   !!   dyn_vor      : Update the momentum trend with the vorticity trend
23   !!       vor_ens  : enstrophy conserving scheme       (ln_dynvor_ens=T)
24   !!       vor_ene  : energy conserving scheme          (ln_dynvor_ene=T)
25   !!       vor_een  : energy and enstrophy conserving   (ln_dynvor_een=T)
26   !!   dyn_vor_init : set and control of the different vorticity option
[3]27   !!----------------------------------------------------------------------
[503]28   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
29   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
[3294]30   USE dommsk         ! ocean mask
[643]31   USE dynadv         ! momentum advection (use ln_dynadv_vec value)
[4990]32   USE trd_oce        ! trends: ocean variables
33   USE trddyn         ! trend manager: dynamics
[5836]34   !
[503]35   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
36   USE prtctl         ! Print control
37   USE in_out_manager ! I/O manager
[3294]38   USE lib_mpp        ! MPP library
39   USE wrk_nemo       ! Memory Allocation
40   USE timing         ! Timing
[3]41
[3294]42
[3]43   IMPLICIT NONE
44   PRIVATE
45
[2528]46   PUBLIC   dyn_vor        ! routine called by step.F90
[5836]47   PUBLIC   dyn_vor_init   ! routine called by nemogcm.F90
[3]48
[4147]49   !                                   !!* Namelist namdyn_vor: vorticity term
[5836]50   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_dynvor_ene   !: energy conserving scheme    (ENE)
51   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_dynvor_ens   !: enstrophy conserving scheme (ENS)
52   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_dynvor_mix   !: mixed scheme                (MIX)
53   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_dynvor_een   !: energy and enstrophy conserving scheme (EEN)
54   INTEGER, PUBLIC ::      nn_een_e3f      !: e3f=masked averaging of e3t divided by 4 (=0) or by the sum of mask (=1)
55   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_dynvor_msk   !: vorticity multiplied by fmask (=T) or not (=F) (all vorticity schemes)
[3]56
[5836]57   INTEGER ::   nvor_scheme        ! choice of the type of advection scheme
58   !                               ! associated indices:
59   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   np_ENE = 1   ! ENE scheme
60   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   np_ENS = 2   ! ENS scheme
61   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   np_MIX = 3   ! MIX scheme
62   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   np_EEN = 4   ! EEN scheme
[455]63
[5836]64   INTEGER ::   ncor, nrvm, ntot   ! choice of calculated vorticity
65   !                               ! associated indices:
66   INTEGER, PARAMETER ::   np_COR = 1         ! Coriolis (planetary)
67   INTEGER, PARAMETER ::   np_RVO = 2         ! relative vorticity
68   INTEGER, PARAMETER ::   np_MET = 3         ! metric term
69   INTEGER, PARAMETER ::   np_CRV = 4         ! relative + planetary (total vorticity)
70   INTEGER, PARAMETER ::   np_CME = 5         ! Coriolis + metric term
71   
72   REAL(wp) ::   r1_4  = 0.250_wp         ! =1/4
73   REAL(wp) ::   r1_8  = 0.125_wp         ! =1/8
74   REAL(wp) ::   r1_12 = 1._wp / 12._wp   ! 1/12
75   
[3]76   !! * Substitutions
77#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
78   !!----------------------------------------------------------------------
[5836]79   !! NEMO/OPA 3.7 , NEMO Consortium (2014)
[1152]80   !! $Id$
[2715]81   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
[3]82   !!----------------------------------------------------------------------
83CONTAINS
84
[455]85   SUBROUTINE dyn_vor( kt )
[3]86      !!----------------------------------------------------------------------
87      !!
[455]88      !! ** Purpose :   compute the lateral ocean tracer physics.
89      !!
90      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now vorticity term trend
[503]91      !!             - save the trends in (ztrdu,ztrdv) in 2 parts (relative
[4990]92      !!               and planetary vorticity trends) and send them to trd_dyn
93      !!               for futher diagnostics (l_trddyn=T)
[503]94      !!----------------------------------------------------------------------
[3294]95      INTEGER, INTENT( in ) ::   kt   ! ocean time-step index
[2715]96      !
[3294]97      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  ztrdu, ztrdv
[455]98      !!----------------------------------------------------------------------
[2715]99      !
[3294]100      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dyn_vor')
101      !
102      IF( l_trddyn )   CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
103      !
[5836]104      SELECT CASE ( nvor_scheme )               !==  vorticity trend added to the general trend  ==!
[643]105      !
[5836]106      CASE ( np_ENE )                                 !* energy conserving scheme
107         IF( l_trddyn ) THEN                                ! trend diagnostics: split the trend in two
[455]108            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
109            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]110            CALL vor_ene( kt, nrvm, ua, va )                      ! relative vorticity or metric trend
[455]111            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
112            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]113            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_rvo, kt )
[455]114            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
115            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]116            CALL vor_ene( kt, ncor, ua, va )                      ! planetary vorticity trend
[455]117            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
118            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]119            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_pvo, kt )
[455]120         ELSE
[5836]121            CALL vor_ene( kt, ntot, ua, va )                ! total vorticity trend
[455]122         ENDIF
[643]123         !
[5836]124      CASE ( np_ENS )                                 !* enstrophy conserving scheme
125         IF( l_trddyn ) THEN                                ! trend diagnostics: splitthe trend in two   
[455]126            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
127            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]128            CALL vor_ens( kt, nrvm, ua, va )                      ! relative vorticity or metric trend
[455]129            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
130            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]131            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_rvo, kt )
[455]132            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
133            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]134            CALL vor_ens( kt, ncor, ua, va )                      ! planetary vorticity trend
[455]135            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
136            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]137            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_pvo, kt )
[455]138         ELSE
[5836]139            CALL vor_ens( kt, ntot, ua, va )                ! total vorticity trend
[455]140         ENDIF
[643]141         !
[5836]142      CASE ( np_MIX )                                 !* mixed ene-ens scheme
143         IF( l_trddyn ) THEN                                ! trend diagnostics: split the trend in two
[455]144            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
145            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]146            CALL vor_ens( kt, nrvm, ua, va )                      ! relative vorticity or metric trend (ens)
[455]147            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
148            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]149            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_rvo, kt )
[455]150            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
151            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]152            CALL vor_ene( kt, ncor, ua, va )                      ! planetary vorticity trend (ene)
[455]153            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
154            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]155            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_pvo, kt )
[455]156         ELSE
[5836]157            CALL vor_ens( kt, nrvm, ua, va )                ! relative vorticity or metric trend (ens)
158            CALL vor_ene( kt, ncor, ua, va )                ! planetary vorticity trend (ene)
159        ENDIF
[643]160         !
[5836]161      CASE ( np_EEN )                                 !* energy and enstrophy conserving scheme
162         IF( l_trddyn ) THEN                                ! trend diagnostics: split the trend in two
[455]163            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
164            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]165            CALL vor_een( kt, nrvm, ua, va )                      ! relative vorticity or metric trend
[455]166            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
167            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]168            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_rvo, kt )
[455]169            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
170            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]171            CALL vor_een( kt, ncor, ua, va )                      ! planetary vorticity trend
[455]172            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
173            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]174            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_pvo, kt )
[455]175         ELSE
[5836]176            CALL vor_een( kt, ntot, ua, va )                ! total vorticity trend
[455]177         ENDIF
[643]178         !
[455]179      END SELECT
[2715]180      !
[455]181      !                       ! print sum trends (used for debugging)
[2715]182      IF(ln_ctl) CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' vor  - Ua: ', mask1=umask,               &
[455]183         &                     tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
[1438]184      !
[3294]185      IF( l_trddyn )   CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
186      !
187      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dyn_vor')
188      !
[455]189   END SUBROUTINE dyn_vor
190
191
[643]192   SUBROUTINE vor_ene( kt, kvor, pua, pva )
[455]193      !!----------------------------------------------------------------------
194      !!                  ***  ROUTINE vor_ene  ***
195      !!
[3]196      !! ** Purpose :   Compute the now total vorticity trend and add it to
197      !!      the general trend of the momentum equation.
198      !!
199      !! ** Method  :   Trend evaluated using now fields (centered in time)
[5836]200      !!       and the Sadourny (1975) flux form formulation : conserves the
201      !!       horizontal kinetic energy.
202      !!         The general trend of momentum is increased due to the vorticity
203      !!       term which is given by:
204      !!          voru = 1/e1u  mj-1[ (rvor+f)/e3f  mi(e1v*e3v vn) ]
205      !!          vorv = 1/e2v  mi-1[ (rvor+f)/e3f  mj(e2u*e3u un) ]
206      !!       where rvor is the relative vorticity
[3]207      !!
208      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now vorticity term trend
209      !!
[503]210      !! References : Sadourny, r., 1975, j. atmos. sciences, 32, 680-689.
[3]211      !!----------------------------------------------------------------------
[643]212      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kt     ! ocean time-step index
213      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kvor   ! =ncor (planetary) ; =ntot (total) ;
[1438]214      !                                                           ! =nrvm (relative vorticity or metric)
[643]215      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pua    ! total u-trend
216      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pva    ! total v-trend
[2715]217      !
[5836]218      INTEGER  ::   ji, jj, jk           ! dummy loop indices
219      REAL(wp) ::   zx1, zy1, zx2, zy2   ! local scalars
220      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zwx, zwy, zwz   ! 2D workspace
[3]221      !!----------------------------------------------------------------------
[3294]222      !
223      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('vor_ene')
224      !
225      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, zwx, zwy, zwz ) 
226      !
[52]227      IF( kt == nit000 ) THEN
228         IF(lwp) WRITE(numout,*)
[455]229         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:vor_ene : vorticity term: energy conserving scheme'
230         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
[52]231      ENDIF
[5836]232      !
[3]233      !                                                ! ===============
234      DO jk = 1, jpkm1                                 ! Horizontal slab
235         !                                             ! ===============
[1438]236         !
[5836]237         SELECT CASE( kvor )                 !==  vorticity considered  ==!
238         CASE ( np_COR )                           !* Coriolis (planetary vorticity)
[7277]239            zwz(:,:) = ff_f(:,:) 
[5836]240         CASE ( np_RVO )                           !* relative vorticity
[643]241            DO jj = 1, jpjm1
242               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[5836]243                  zwz(ji,jj) = (  e2v(ji+1,jj  ) * vn(ji+1,jj  ,jk) - e2v(ji,jj) * vn(ji,jj,jk)    &
244                     &          - e1u(ji  ,jj+1) * un(ji  ,jj+1,jk) + e1u(ji,jj) * un(ji,jj,jk)  ) * r1_e1e2f(ji,jj)
245               END DO
246            END DO
247         CASE ( np_MET )                           !* metric term
248            DO jj = 1, jpjm1
249               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[643]250                  zwz(ji,jj) = (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
251                       &         - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
[5836]252                       &     * 0.5 * r1_e1e2f(ji,jj)
[643]253               END DO
254            END DO
[5836]255         CASE ( np_CRV )                           !* Coriolis + relative vorticity
[643]256            DO jj = 1, jpjm1
257               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[7277]258                  zwz(ji,jj) = ff_f(ji,jj) + (  e2v(ji+1,jj  ) * vn(ji+1,jj  ,jk) - e2v(ji,jj) * vn(ji,jj,jk)    &
259                     &                        - e1u(ji  ,jj+1) * un(ji  ,jj+1,jk) + e1u(ji,jj) * un(ji,jj,jk)  ) &
260                     &                     * r1_e1e2f(ji,jj)
[643]261               END DO
262            END DO
[5836]263         CASE ( np_CME )                           !* Coriolis + metric
264            DO jj = 1, jpjm1
265               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[7277]266                  zwz(ji,jj) = ff_f(ji,jj)                                                                      &
[5836]267                       &     + (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
268                       &         - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
269                       &     * 0.5 * r1_e1e2f(ji,jj)
270               END DO
271            END DO
272         CASE DEFAULT                                             ! error
273            CALL ctl_stop('STOP','dyn_vor: wrong value for kvor'  )
[455]274         END SELECT
[5836]275         !
276         IF( ln_dynvor_msk ) THEN          !==  mask/unmask vorticity ==!
277            DO jj = 1, jpjm1
278               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
279                  zwz(ji,jj) = zwz(ji,jj) * fmask(ji,jj,jk)
280               END DO
281            END DO
282         ENDIF
[455]283
284         IF( ln_sco ) THEN
[6140]285            zwz(:,:) = zwz(:,:) / e3f_n(:,:,jk)
286            zwx(:,:) = e2u(:,:) * e3u_n(:,:,jk) * un(:,:,jk)
287            zwy(:,:) = e1v(:,:) * e3v_n(:,:,jk) * vn(:,:,jk)
[3]288         ELSE
289            zwx(:,:) = e2u(:,:) * un(:,:,jk)
290            zwy(:,:) = e1v(:,:) * vn(:,:,jk)
291         ENDIF
[5836]292         !                                   !==  compute and add the vorticity term trend  =!
[3]293         DO jj = 2, jpjm1
294            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
295               zy1 = zwy(ji,jj-1) + zwy(ji+1,jj-1)
296               zy2 = zwy(ji,jj  ) + zwy(ji+1,jj  )
297               zx1 = zwx(ji-1,jj) + zwx(ji-1,jj+1)
298               zx2 = zwx(ji  ,jj) + zwx(ji  ,jj+1)
[5836]299               pua(ji,jj,jk) = pua(ji,jj,jk) + r1_4 * r1_e1u(ji,jj) * ( zwz(ji  ,jj-1) * zy1 + zwz(ji,jj) * zy2 )
300               pva(ji,jj,jk) = pva(ji,jj,jk) - r1_4 * r1_e2v(ji,jj) * ( zwz(ji-1,jj  ) * zx1 + zwz(ji,jj) * zx2 ) 
[3]301            END DO 
302         END DO 
303         !                                             ! ===============
304      END DO                                           !   End of slab
305      !                                                ! ===============
[3294]306      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, zwx, zwy, zwz ) 
[2715]307      !
[3294]308      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('vor_ene')
309      !
[455]310   END SUBROUTINE vor_ene
[216]311
312
[643]313   SUBROUTINE vor_ens( kt, kvor, pua, pva )
[3]314      !!----------------------------------------------------------------------
[455]315      !!                ***  ROUTINE vor_ens  ***
[3]316      !!
317      !! ** Purpose :   Compute the now total vorticity trend and add it to
318      !!      the general trend of the momentum equation.
319      !!
320      !! ** Method  :   Trend evaluated using now fields (centered in time)
321      !!      and the Sadourny (1975) flux FORM formulation : conserves the
322      !!      potential enstrophy of a horizontally non-divergent flow. the
323      !!      trend of the vorticity term is given by:
[5836]324      !!          voru = 1/e1u  mj-1[ (rvor+f)/e3f ]  mj-1[ mi(e1v*e3v vn) ]
325      !!          vorv = 1/e2v  mi-1[ (rvor+f)/e3f ]  mi-1[ mj(e2u*e3u un) ]
[3]326      !!      Add this trend to the general momentum trend (ua,va):
327      !!          (ua,va) = (ua,va) + ( voru , vorv )
328      !!
329      !! ** Action : - Update (ua,va) arrays with the now vorticity term trend
330      !!
[503]331      !! References : Sadourny, r., 1975, j. atmos. sciences, 32, 680-689.
[3]332      !!----------------------------------------------------------------------
[643]333      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kt     ! ocean time-step index
334      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kvor   ! =ncor (planetary) ; =ntot (total) ;
335         !                                                        ! =nrvm (relative vorticity or metric)
336      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pua    ! total u-trend
337      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pva    ! total v-trend
[2715]338      !
[5836]339      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
340      REAL(wp) ::   zuav, zvau   ! local scalars
341      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zwx, zwy, zwz, zww   ! 2D workspace
[3]342      !!----------------------------------------------------------------------
[3294]343      !
344      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('vor_ens')
345      !
346      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, zwx, zwy, zwz ) 
347      !
[52]348      IF( kt == nit000 ) THEN
349         IF(lwp) WRITE(numout,*)
[455]350         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:vor_ens : vorticity term: enstrophy conserving scheme'
351         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
[52]352      ENDIF
[3]353      !                                                ! ===============
354      DO jk = 1, jpkm1                                 ! Horizontal slab
355         !                                             ! ===============
[1438]356         !
[5836]357         SELECT CASE( kvor )                 !==  vorticity considered  ==!
358         CASE ( np_COR )                           !* Coriolis (planetary vorticity)
[7277]359            zwz(:,:) = ff_f(:,:) 
[5836]360         CASE ( np_RVO )                           !* relative vorticity
[643]361            DO jj = 1, jpjm1
362               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[5836]363                  zwz(ji,jj) = (  e2v(ji+1,jj  ) * vn(ji+1,jj  ,jk) - e2v(ji,jj) * vn(ji,jj,jk)    &
364                     &          - e1u(ji  ,jj+1) * un(ji  ,jj+1,jk) + e1u(ji,jj) * un(ji,jj,jk)  ) * r1_e1e2f(ji,jj)
365               END DO
366            END DO
367         CASE ( np_MET )                           !* metric term
368            DO jj = 1, jpjm1
369               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[643]370                  zwz(ji,jj) = (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
371                       &         - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
[5836]372                       &     * 0.5 * r1_e1e2f(ji,jj)
[643]373               END DO
374            END DO
[5836]375         CASE ( np_CRV )                           !* Coriolis + relative vorticity
[643]376            DO jj = 1, jpjm1
377               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[7277]378                  zwz(ji,jj) = ff_f(ji,jj) + (  e2v(ji+1,jj  ) * vn(ji+1,jj  ,jk) - e2v(ji,jj) * vn(ji,jj,jk)    &
379                     &                        - e1u(ji  ,jj+1) * un(ji  ,jj+1,jk) + e1u(ji,jj) * un(ji,jj,jk)  ) &
380                     &                     * r1_e1e2f(ji,jj)
[643]381               END DO
382            END DO
[5836]383         CASE ( np_CME )                           !* Coriolis + metric
384            DO jj = 1, jpjm1
385               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[7277]386                  zwz(ji,jj) = ff_f(ji,jj)                                                                      &
[5836]387                       &     + (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
388                       &         - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
389                       &     * 0.5 * r1_e1e2f(ji,jj)
390               END DO
391            END DO
392         CASE DEFAULT                                             ! error
393            CALL ctl_stop('STOP','dyn_vor: wrong value for kvor'  )
[455]394         END SELECT
[1438]395         !
[5836]396         IF( ln_dynvor_msk ) THEN           !==  mask/unmask vorticity ==!
397            DO jj = 1, jpjm1
398               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
399                  zwz(ji,jj) = zwz(ji,jj) * fmask(ji,jj,jk)
[3]400               END DO
401            END DO
[5836]402         ENDIF
403         !
404         IF( ln_sco ) THEN                   !==  horizontal fluxes  ==!
[6140]405            zwz(:,:) = zwz(:,:) / e3f_n(:,:,jk)
406            zwx(:,:) = e2u(:,:) * e3u_n(:,:,jk) * un(:,:,jk)
407            zwy(:,:) = e1v(:,:) * e3v_n(:,:,jk) * vn(:,:,jk)
[3]408         ELSE
[5836]409            zwx(:,:) = e2u(:,:) * un(:,:,jk)
410            zwy(:,:) = e1v(:,:) * vn(:,:,jk)
[3]411         ENDIF
[5836]412         !                                   !==  compute and add the vorticity term trend  =!
[3]413         DO jj = 2, jpjm1
414            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]415               zuav = r1_8 * r1_e1u(ji,jj) * (  zwy(ji  ,jj-1) + zwy(ji+1,jj-1)  &
416                  &                           + zwy(ji  ,jj  ) + zwy(ji+1,jj  )  )
417               zvau =-r1_8 * r1_e2v(ji,jj) * (  zwx(ji-1,jj  ) + zwx(ji-1,jj+1)  &
418                  &                           + zwx(ji  ,jj  ) + zwx(ji  ,jj+1)  )
[455]419               pua(ji,jj,jk) = pua(ji,jj,jk) + zuav * ( zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji,jj) )
420               pva(ji,jj,jk) = pva(ji,jj,jk) + zvau * ( zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji,jj) )
[3]421            END DO 
422         END DO 
423         !                                             ! ===============
424      END DO                                           !   End of slab
425      !                                                ! ===============
[3294]426      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, zwx, zwy, zwz ) 
[2715]427      !
[3294]428      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('vor_ens')
429      !
[455]430   END SUBROUTINE vor_ens
[216]431
432
[643]433   SUBROUTINE vor_een( kt, kvor, pua, pva )
[108]434      !!----------------------------------------------------------------------
[455]435      !!                ***  ROUTINE vor_een  ***
[108]436      !!
437      !! ** Purpose :   Compute the now total vorticity trend and add it to
438      !!      the general trend of the momentum equation.
439      !!
440      !! ** Method  :   Trend evaluated using now fields (centered in time)
[1438]441      !!      and the Arakawa and Lamb (1980) flux form formulation : conserves
[108]442      !!      both the horizontal kinetic energy and the potential enstrophy
[1438]443      !!      when horizontal divergence is zero (see the NEMO documentation)
444      !!      Add this trend to the general momentum trend (ua,va).
[108]445      !!
446      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now vorticity term trend
447      !!
[503]448      !! References : Arakawa and Lamb 1980, Mon. Wea. Rev., 109, 18-36
449      !!----------------------------------------------------------------------
[643]450      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kt     ! ocean time-step index
[5836]451      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kvor   ! =ncor (planetary) ; =ntot (total) ; =nrvm (relative or metric)
[643]452      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pua    ! total u-trend
453      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pva    ! total v-trend
[5836]454      !
455      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
456      INTEGER  ::   ierr         ! local integer
457      REAL(wp) ::   zua, zva     ! local scalars
458      REAL(wp) ::   zmsk, ze3    ! local scalars
459      !
460      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   :: zwx, zwy, zwz, z1_e3f
461      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   :: ztnw, ztne, ztsw, ztse
[108]462      !!----------------------------------------------------------------------
[3294]463      !
464      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('vor_een')
465      !
[5836]466      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,   zwx , zwy , zwz , z1_e3f ) 
467      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,   ztnw, ztne, ztsw, ztse   ) 
[3294]468      !
[108]469      IF( kt == nit000 ) THEN
470         IF(lwp) WRITE(numout,*)
[455]471         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:vor_een : vorticity term: energy and enstrophy conserving scheme'
472         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
[1438]473      ENDIF
[5836]474      !
475      !                                                ! ===============
476      DO jk = 1, jpkm1                                 ! Horizontal slab
477         !                                             ! ===============
478         !
479         SELECT CASE( nn_een_e3f )           ! == reciprocal of e3 at F-point
480         CASE ( 0 )                                   ! original formulation  (masked averaging of e3t divided by 4)
481            DO jj = 1, jpjm1
482               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]483                  ze3  = (  e3t_n(ji,jj+1,jk)*tmask(ji,jj+1,jk) + e3t_n(ji+1,jj+1,jk)*tmask(ji+1,jj+1,jk)   &
484                     &    + e3t_n(ji,jj  ,jk)*tmask(ji,jj  ,jk) + e3t_n(ji+1,jj  ,jk)*tmask(ji+1,jj  ,jk)  )
485                  IF( ze3 /= 0._wp ) THEN   ;   z1_e3f(ji,jj) = 4._wp / ze3
486                  ELSE                      ;   z1_e3f(ji,jj) = 0._wp
[5836]487                  ENDIF
[108]488               END DO
489            END DO
[5836]490         CASE ( 1 )                                   ! new formulation  (masked averaging of e3t divided by the sum of mask)
491            DO jj = 1, jpjm1
492               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]493                  ze3  = (  e3t_n(ji,jj+1,jk)*tmask(ji,jj+1,jk) + e3t_n(ji+1,jj+1,jk)*tmask(ji+1,jj+1,jk)   &
494                     &    + e3t_n(ji,jj  ,jk)*tmask(ji,jj  ,jk) + e3t_n(ji+1,jj  ,jk)*tmask(ji+1,jj  ,jk)  )
495                  zmsk = (                    tmask(ji,jj+1,jk) +                     tmask(ji+1,jj+1,jk)   &
496                     &                      + tmask(ji,jj  ,jk) +                     tmask(ji+1,jj  ,jk)  )
[5836]497                  IF( ze3 /= 0._wp ) THEN   ;   z1_e3f(ji,jj) = zmsk / ze3
[6140]498                  ELSE                      ;   z1_e3f(ji,jj) = 0._wp
[5836]499                  ENDIF
[5029]500               END DO
501            END DO
[5836]502         END SELECT
503         !
504         SELECT CASE( kvor )                 !==  vorticity considered  ==!
505         CASE ( np_COR )                           !* Coriolis (planetary vorticity)
[643]506            DO jj = 1, jpjm1
507               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[7277]508                  zwz(ji,jj) = ff_f(ji,jj) * z1_e3f(ji,jj)
[5836]509               END DO
510            END DO
511         CASE ( np_RVO )                           !* relative vorticity
512            DO jj = 1, jpjm1
513               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
514                  zwz(ji,jj) = (  e2v(ji+1,jj  ) * vn(ji+1,jj  ,jk) - e2v(ji,jj) * vn(ji,jj,jk)    &
515                     &          - e1u(ji  ,jj+1) * un(ji  ,jj+1,jk) + e1u(ji,jj) * un(ji,jj,jk)  ) &
516                     &       * r1_e1e2f(ji,jj) * z1_e3f(ji,jj)
517               END DO
518            END DO
519         CASE ( np_MET )                           !* metric term
520            DO jj = 1, jpjm1
521               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[643]522                  zwz(ji,jj) = (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
523                       &         - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
[5836]524                       &     * 0.5 * r1_e1e2f(ji,jj) * z1_e3f(ji,jj)
[643]525               END DO
526            END DO
[5836]527         CASE ( np_CRV )                           !* Coriolis + relative vorticity
[643]528            DO jj = 1, jpjm1
529               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[7277]530                  zwz(ji,jj) = (  ff_f(ji,jj) + (  e2v(ji+1,jj  ) * vn(ji+1,jj  ,jk) - e2v(ji,jj) * vn(ji,jj,jk)    &
531                     &                           - e1u(ji  ,jj+1) * un(ji  ,jj+1,jk) + e1u(ji,jj) * un(ji,jj,jk)  ) &
532                     &                        * r1_e1e2f(ji,jj)    ) * z1_e3f(ji,jj)
[643]533               END DO
534            END DO
[5836]535         CASE ( np_CME )                           !* Coriolis + metric
536            DO jj = 1, jpjm1
537               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[7277]538                  zwz(ji,jj) = (  ff_f(ji,jj)                                                                      &
[5836]539                       &        + (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
540                       &            - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
541                       &        * 0.5 * r1_e1e2f(ji,jj)   ) * z1_e3f(ji,jj)
542               END DO
543            END DO
544         CASE DEFAULT                                             ! error
545            CALL ctl_stop('STOP','dyn_vor: wrong value for kvor'  )
[455]546         END SELECT
[5836]547         !
548         IF( ln_dynvor_msk ) THEN          !==  mask/unmask vorticity ==!
549            DO jj = 1, jpjm1
550               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
551                  zwz(ji,jj) = zwz(ji,jj) * fmask(ji,jj,jk)
552               END DO
553            END DO
554         ENDIF
555         !
[5907]556         CALL lbc_lnk( zwz, 'F', 1. )
557         !
[5836]558         !                                   !==  horizontal fluxes  ==!
[6140]559         zwx(:,:) = e2u(:,:) * e3u_n(:,:,jk) * un(:,:,jk)
560         zwy(:,:) = e1v(:,:) * e3v_n(:,:,jk) * vn(:,:,jk)
[108]561
[5836]562         !                                   !==  compute and add the vorticity term trend  =!
[1438]563         jj = 2
564         ztne(1,:) = 0   ;   ztnw(1,:) = 0   ;   ztse(1,:) = 0   ;   ztsw(1,:) = 0
[5836]565         DO ji = 2, jpi          ! split in 2 parts due to vector opt.
[108]566               ztne(ji,jj) = zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji  ,jj  ) + zwz(ji  ,jj-1)
567               ztnw(ji,jj) = zwz(ji-1,jj-1) + zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji  ,jj  )
568               ztse(ji,jj) = zwz(ji  ,jj  ) + zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji-1,jj-1)
569               ztsw(ji,jj) = zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji-1,jj-1) + zwz(ji-1,jj  )
570         END DO
571         DO jj = 3, jpj
[1694]572            DO ji = fs_2, jpi   ! vector opt. ok because we start at jj = 3
[108]573               ztne(ji,jj) = zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji  ,jj  ) + zwz(ji  ,jj-1)
574               ztnw(ji,jj) = zwz(ji-1,jj-1) + zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji  ,jj  )
575               ztse(ji,jj) = zwz(ji  ,jj  ) + zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji-1,jj-1)
576               ztsw(ji,jj) = zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji-1,jj-1) + zwz(ji-1,jj  )
577            END DO
578         END DO
579         DO jj = 2, jpjm1
580            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[5836]581               zua = + r1_12 * r1_e1u(ji,jj) * (  ztne(ji,jj  ) * zwy(ji  ,jj  ) + ztnw(ji+1,jj) * zwy(ji+1,jj  )   &
582                  &                             + ztse(ji,jj  ) * zwy(ji  ,jj-1) + ztsw(ji+1,jj) * zwy(ji+1,jj-1) )
583               zva = - r1_12 * r1_e2v(ji,jj) * (  ztsw(ji,jj+1) * zwx(ji-1,jj+1) + ztse(ji,jj+1) * zwx(ji  ,jj+1)   &
584                  &                             + ztnw(ji,jj  ) * zwx(ji-1,jj  ) + ztne(ji,jj  ) * zwx(ji  ,jj  ) )
[455]585               pua(ji,jj,jk) = pua(ji,jj,jk) + zua
586               pva(ji,jj,jk) = pva(ji,jj,jk) + zva
[108]587            END DO 
588         END DO 
589         !                                             ! ===============
590      END DO                                           !   End of slab
591      !                                                ! ===============
[2715]592      !
[5836]593      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,   zwx , zwy , zwz , z1_e3f ) 
594      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,   ztnw, ztne, ztsw, ztse   ) 
595      !
[3294]596      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('vor_een')
597      !
[455]598   END SUBROUTINE vor_een
[216]599
600
[2528]601   SUBROUTINE dyn_vor_init
[3]602      !!---------------------------------------------------------------------
[2528]603      !!                  ***  ROUTINE dyn_vor_init  ***
[3]604      !!
605      !! ** Purpose :   Control the consistency between cpp options for
[1438]606      !!              tracer advection schemes
[3]607      !!----------------------------------------------------------------------
[2715]608      INTEGER ::   ioptio          ! local integer
[3294]609      INTEGER ::   ji, jj, jk      ! dummy loop indices
[4147]610      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
[2715]611      !!
[5836]612      NAMELIST/namdyn_vor/ ln_dynvor_ens, ln_dynvor_ene, ln_dynvor_mix, ln_dynvor_een, nn_een_e3f, ln_dynvor_msk
[3]613      !!----------------------------------------------------------------------
614
[4147]615      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namdyn_vor in reference namelist : Vorticity scheme options
616      READ  ( numnam_ref, namdyn_vor, IOSTAT = ios, ERR = 901)
617901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_vor in reference namelist', lwp )
[3]618
[4147]619      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namdyn_vor in configuration namelist : Vorticity scheme options
620      READ  ( numnam_cfg, namdyn_vor, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
621902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_vor in configuration namelist', lwp )
[4624]622      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_vor )
[4147]623
[503]624      IF(lwp) THEN                    ! Namelist print
[3]625         WRITE(numout,*)
[2528]626         WRITE(numout,*) 'dyn_vor_init : vorticity term : read namelist and control the consistency'
627         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
[7280]628         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_vor : choice of the vorticity term scheme'
629         WRITE(numout,*) '      energy    conserving scheme                    ln_dynvor_ene = ', ln_dynvor_ene
630         WRITE(numout,*) '      enstrophy conserving scheme                    ln_dynvor_ens = ', ln_dynvor_ens
631         WRITE(numout,*) '      mixed enstrophy/energy conserving scheme       ln_dynvor_mix = ', ln_dynvor_mix
632         WRITE(numout,*) '      enstrophy and energy conserving scheme         ln_dynvor_een = ', ln_dynvor_een
633         WRITE(numout,*) '         e3f = averaging /4 (=0) or /sum(tmask) (=1)    nn_een_e3f = ', nn_een_e3f
634         WRITE(numout,*) '      masked (=T) or unmasked(=F) vorticity          ln_dynvor_msk = ', ln_dynvor_msk
[52]635      ENDIF
636
[5836]637!!gm  this should be removed when choosing a unique strategy for fmask at the coast
[3294]638      ! If energy, enstrophy or mixed advection of momentum in vector form change the value for masks
639      ! at angles with three ocean points and one land point
[5836]640      IF(lwp) WRITE(numout,*)
[7280]641      IF(lwp) WRITE(numout,*) '      change fmask value in the angles (T)           ln_vorlat = ', ln_vorlat
[3294]642      IF( ln_vorlat .AND. ( ln_dynvor_ene .OR. ln_dynvor_ens .OR. ln_dynvor_mix ) ) THEN
643         DO jk = 1, jpk
644            DO jj = 2, jpjm1
645               DO ji = 2, jpim1
646                  IF( tmask(ji,jj,jk)+tmask(ji+1,jj,jk)+tmask(ji,jj+1,jk)+tmask(ji+1,jj+1,jk) == 3._wp ) &
647                      fmask(ji,jj,jk) = 1._wp
648               END DO
649            END DO
650         END DO
651          !
652          CALL lbc_lnk( fmask, 'F', 1._wp )      ! Lateral boundary conditions on fmask
653          !
654      ENDIF
[5836]655!!gm end
[3294]656
[5836]657      ioptio = 0                     ! type of scheme for vorticity (set nvor_scheme)
658      IF( ln_dynvor_ene ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;    nvor_scheme = np_ENE   ;   ENDIF
659      IF( ln_dynvor_ens ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;    nvor_scheme = np_ENS   ;   ENDIF
660      IF( ln_dynvor_mix ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;    nvor_scheme = np_MIX   ;   ENDIF
661      IF( ln_dynvor_een ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;    nvor_scheme = np_EEN   ;   ENDIF
662      !
[6140]663      IF( ioptio /= 1 ) CALL ctl_stop( ' use ONE and ONLY one vorticity scheme' )
[5836]664      !                     
665      IF(lwp) WRITE(numout,*)        ! type of calculated vorticity (set ncor, nrvm, ntot)
666      ncor = np_COR
[643]667      IF( ln_dynadv_vec ) THEN     
[7280]668         IF(lwp) WRITE(numout,*) '      ===>>   Vector form advection : vorticity = Coriolis + relative vorticity'
[5836]669         nrvm = np_RVO        ! relative vorticity
670         ntot = np_CRV        ! relative + planetary vorticity
[643]671      ELSE                       
[7280]672         IF(lwp) WRITE(numout,*) '      ===>>   Flux form advection   : vorticity = Coriolis + metric term'
[5836]673         nrvm = np_MET        ! metric term
674         ntot = np_CME        ! Coriolis + metric term
[643]675      ENDIF
676     
[503]677      IF(lwp) THEN                   ! Print the choice
678         WRITE(numout,*)
[7280]679         IF( nvor_scheme ==  np_ENE )   WRITE(numout,*) '      ===>>   energy conserving scheme'
680         IF( nvor_scheme ==  np_ENS )   WRITE(numout,*) '      ===>>   enstrophy conserving scheme'
681         IF( nvor_scheme ==  np_MIX )   WRITE(numout,*) '      ===>>   mixed enstrophy/energy conserving scheme'
682         IF( nvor_scheme ==  np_EEN )   WRITE(numout,*) '      ===>>   energy and enstrophy conserving scheme'
[3]683      ENDIF
[503]684      !
[2528]685   END SUBROUTINE dyn_vor_init
[3]686
[503]687   !!==============================================================================
[3]688END MODULE dynvor
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.