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.
ldfslp.F90 in branches/2016/dev_r6519_HPC_4/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/LDF – NEMO

source: branches/2016/dev_r6519_HPC_4/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/LDF/ldfslp.F90 @ 7037

Last change on this file since 7037 was 7037, checked in by mocavero, 8 years ago

ORCA2_LIM_PISCES hybrid version update

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 51.4 KB
Line 
1MODULE ldfslp
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  ldfslp  ***
4   !! Ocean physics: slopes of neutral surfaces
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  ! 1994-12  (G. Madec, M. Imbard)  Original code
7   !!            8.0  ! 1997-06  (G. Madec)  optimization, lbc
8   !!            8.1  ! 1999-10  (A. Jouzeau)  NEW profile in the mixed layer
9   !!   NEMO     1.0  ! 2002-10  (G. Madec)  Free form, F90
10   !!             -   ! 2005-10  (A. Beckmann)  correction for s-coordinates
11   !!            3.3  ! 2010-10  (G. Nurser, C. Harris, G. Madec)  add Griffies operator
12   !!             -   ! 2010-11  (F. Dupond, G. Madec)  bug correction in slopes just below the ML
13   !!            3.7  ! 2013-12  (F. Lemarie, G. Madec)  add limiter on triad slopes
14   !!----------------------------------------------------------------------
15
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   !!   ldf_slp       : calculates the slopes of neutral surface   (Madec operator)
18   !!   ldf_slp_triad : calculates the triads of isoneutral slopes (Griffies operator)
19   !!   ldf_slp_mxl   : calculates the slopes at the base of the mixed layer (Madec operator)
20   !!   ldf_slp_init  : initialization of the slopes computation
21   !!----------------------------------------------------------------------
22   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
23   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
24   USE ldfdyn         ! lateral diffusion: eddy viscosity coef.
25   USE phycst         ! physical constants
26   USE zdfmxl         ! mixed layer depth
27   USE eosbn2         ! equation of states
28   !
29   USE in_out_manager ! I/O manager
30   USE prtctl         ! Print control
31   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
32   USE lib_mpp        ! distribued memory computing library
33   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined)
34   USE wrk_nemo       ! work arrays
35   USE timing         ! Timing
36
37   IMPLICIT NONE
38   PRIVATE
39
40   PUBLIC   ldf_slp         ! routine called by step.F90
41   PUBLIC   ldf_slp_triad   ! routine called by step.F90
42   PUBLIC   ldf_slp_init    ! routine called by nemogcm.F90
43
44   LOGICAL , PUBLIC ::   l_ldfslp = .FALSE.     !: slopes flag
45
46   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_traldf_iso   = .TRUE.       !: iso-neutral direction
47   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_traldf_triad = .FALSE.      !: griffies triad scheme
48
49   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_triad_iso    = .FALSE.      !: pure horizontal mixing in ML
50   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_botmix_triad = .FALSE.      !: mixing on bottom
51   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_sw_triad     = 1._wp        !: =1 switching triads ; =0 all four triads used
52   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_slpmax       = 0.01_wp      !: slope limit
53
54   LOGICAL , PUBLIC ::   l_grad_zps = .FALSE.           !: special treatment for Horz Tgradients w partial steps (triad operator)
55   
56   !                                                     !! Classic operator (Madec)
57   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)     ::   uslp, wslpi          !: i_slope at U- and W-points
58   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)     ::   vslp, wslpj          !: j-slope at V- and W-points
59   !                                                     !! triad operator (Griffies)
60   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)     ::   wslp2                !: wslp**2 from Griffies quarter cells
61   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:,:) ::   triadi_g, triadj_g   !: skew flux  slopes relative to geopotentials
62   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:,:) ::   triadi  , triadj     !: isoneutral slopes relative to model-coordinate
63   !                                                     !! both operators
64   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)     ::   ah_wslp2             !: ah * slope^2 at w-point
65   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)     ::   akz                  !: stabilizing vertical diffusivity
66   
67   !                                                     !! Madec operator
68   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   omlmask           ! mask of the surface mixed layer at T-pt
69   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   uslpml, wslpiml   ! i_slope at U- and W-points just below the mixed layer
70   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   vslpml, wslpjml   ! j_slope at V- and W-points just below the mixed layer
71
72   REAL(wp) ::   repsln = 1.e-25_wp       ! tiny value used as minium of di(rho), dj(rho) and dk(rho)
73
74   !! * Substitutions
75#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
76   !!----------------------------------------------------------------------
77   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2014)
78   !! $Id$
79   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
80   !!----------------------------------------------------------------------
81CONTAINS
82
83   SUBROUTINE ldf_slp( kt, prd, pn2 )
84      !!----------------------------------------------------------------------
85      !!                 ***  ROUTINE ldf_slp  ***
86      !!
87      !! ** Purpose :   Compute the slopes of neutral surface (slope of isopycnal
88      !!              surfaces referenced locally) (ln_traldf_iso=T).
89      !!
90      !! ** Method  :   The slope in the i-direction is computed at U- and
91      !!      W-points (uslp, wslpi) and the slope in the j-direction is
92      !!      computed at V- and W-points (vslp, wslpj).
93      !!      They are bounded by 1/100 over the whole ocean, and within the
94      !!      surface layer they are bounded by the distance to the surface
95      !!      ( slope<= depth/l  where l is the length scale of horizontal
96      !!      diffusion (here, aht=2000m2/s ==> l=20km with a typical velocity
97      !!      of 10cm/s)
98      !!        A horizontal shapiro filter is applied to the slopes
99      !!        ln_sco=T, s-coordinate, add to the previously computed slopes
100      !!      the slope of the model level surface.
101      !!        macro-tasked on horizontal slab (jk-loop)  (2, jpk-1)
102      !!      [slopes already set to zero at level 1, and to zero or the ocean
103      !!      bottom slope (ln_sco=T) at level jpk in inildf]
104      !!
105      !! ** Action : - uslp, wslpi, and vslp, wslpj, the i- and  j-slopes
106      !!               of now neutral surfaces at u-, w- and v- w-points, resp.
107      !!----------------------------------------------------------------------
108      INTEGER , INTENT(in)                   ::   kt    ! ocean time-step index
109      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:,:) ::   prd   ! in situ density
110      REAL(wp), INTENT(in), DIMENSION(:,:,:) ::   pn2   ! Brunt-Vaisala frequency (locally ref.)
111      !!
112      INTEGER  ::   ji , jj , jk    ! dummy loop indices
113      INTEGER  ::   ii0, ii1        ! temporary integer
114      INTEGER  ::   ij0, ij1        ! temporary integer
115      REAL(wp) ::   zeps, zm1_g, zm1_2g, z1_16, zcofw, z1_slpmax ! local scalars
116      REAL(wp) ::   zci, zfi, zau, zbu, zai, zbi   !   -      -
117      REAL(wp) ::   zcj, zfj, zav, zbv, zaj, zbj   !   -      -
118      REAL(wp) ::   zck, zfk,      zbw             !   -      -
119      REAL(wp) ::   zdepu, zdepv                   !   -      -
120      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) ::  zslpml_hmlpu, zslpml_hmlpv
121      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zwz, zww
122      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zdzr
123      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zgru, zgrv
124      !!----------------------------------------------------------------------
125      !
126      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('ldf_slp')
127      !
128      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zwz, zww, zdzr, zgru, zgrv )
129      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zslpml_hmlpu, zslpml_hmlpv )
130
131      zeps   =  1.e-20_wp        !==   Local constant initialization   ==!
132      z1_16  =  1.0_wp / 16._wp
133      zm1_g  = -1.0_wp / grav
134      zm1_2g = -0.5_wp / grav
135      z1_slpmax = 1._wp / rn_slpmax
136      !
137!$OMP PARALLEL
138!$OMP WORKSHARE
139
140      zww(:,:,:) = 0._wp
141      zwz(:,:,:) = 0._wp
142!$OMP END WORKSHARE NOWAIT
143      !
144!$OMP DO schedule(static) private(jk, jj, ji)
145      DO jk = 1, jpk             !==   i- & j-gradient of density   ==!
146         DO jj = 1, jpjm1
147            DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
148               zgru(ji,jj,jk) = umask(ji,jj,jk) * ( prd(ji+1,jj  ,jk) - prd(ji,jj,jk) )
149               zgrv(ji,jj,jk) = vmask(ji,jj,jk) * ( prd(ji  ,jj+1,jk) - prd(ji,jj,jk) )
150            END DO
151         END DO
152      END DO
153!$OMP END DO NOWAIT
154!$OMP END PARALLEL
155      IF( ln_zps ) THEN                           ! partial steps correction at the bottom ocean level
156!$OMP PARALLEL DO schedule(static) private(jj, ji)
157         DO jj = 1, jpjm1
158            DO ji = 1, jpim1
159               zgru(ji,jj,mbku(ji,jj)) = gru(ji,jj)
160               zgrv(ji,jj,mbkv(ji,jj)) = grv(ji,jj)
161            END DO
162         END DO
163      ENDIF
164      IF( ln_zps .AND. ln_isfcav ) THEN           ! partial steps correction at the bottom ocean level
165!$OMP PARALLEL DO schedule(static) private(jj, ji)
166         DO jj = 1, jpjm1
167            DO ji = 1, jpim1
168               IF ( miku(ji,jj) > 1 ) zgru(ji,jj,miku(ji,jj)) = grui(ji,jj) 
169               IF ( mikv(ji,jj) > 1 ) zgrv(ji,jj,mikv(ji,jj)) = grvi(ji,jj)
170            END DO
171         END DO
172      ENDIF
173      !
174!$OMP PARALLEL
175!$OMP WORKSHARE
176      zdzr(:,:,1) = 0._wp        !==   Local vertical density gradient at T-point   == !   (evaluated from N^2)
177!$OMP END WORKSHARE
178!$OMP DO schedule(static) private(jk)
179      DO jk = 2, jpkm1
180         !                                ! zdzr = d/dz(prd)= - ( prd ) / grav * mk(pn2) -- at t point
181         !                                !   trick: tmask(ik  )  = 0   =>   all pn2   = 0   =>   zdzr = 0
182         !                                !    else  tmask(ik+1)  = 0   =>   pn2(ik+1) = 0   =>   zdzr divides by 1
183         !                                !          umask(ik+1) /= 0   =>   all pn2  /= 0   =>   zdzr divides by 2
184         !                                ! NB: 1/(tmask+1) = (1-.5*tmask)  substitute a / by a *  ==> faster
185         zdzr(:,:,jk) = zm1_g * ( prd(:,:,jk) + 1._wp )              &
186            &                 * ( pn2(:,:,jk) + pn2(:,:,jk+1) ) * ( 1._wp - 0.5_wp * tmask(:,:,jk+1) )
187      END DO
188!$OMP END DO NOWAIT
189!$OMP END PARALLEL
190      !
191      !                          !==   Slopes just below the mixed layer   ==!
192      CALL ldf_slp_mxl( prd, pn2, zgru, zgrv, zdzr )        ! output: uslpml, vslpml, wslpiml, wslpjml
193
194
195      ! I.  slopes at u and v point      | uslp = d/di( prd ) / d/dz( prd )
196      ! ===========================      | vslp = d/dj( prd ) / d/dz( prd )
197      !
198      IF ( ln_isfcav ) THEN
199!$OMP PARALLEL DO schedule(static) private(jj,ji)
200         DO jj = 2, jpjm1
201            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
202               zslpml_hmlpu(ji,jj) = uslpml(ji,jj) / ( MAX(hmlpt  (ji,jj), hmlpt  (ji+1,jj  ), 5._wp) &
203                  &                                  - MAX(risfdep(ji,jj), risfdep(ji+1,jj  )       ) ) 
204               zslpml_hmlpv(ji,jj) = vslpml(ji,jj) / ( MAX(hmlpt  (ji,jj), hmlpt  (ji  ,jj+1), 5._wp) &
205                  &                                  - MAX(risfdep(ji,jj), risfdep(ji  ,jj+1)       ) )
206            END DO
207         END DO
208      ELSE
209!$OMP PARALLEL DO schedule(static) private(jj,ji)
210         DO jj = 2, jpjm1
211            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
212               zslpml_hmlpu(ji,jj) = uslpml(ji,jj) / MAX(hmlpt(ji,jj), hmlpt(ji+1,jj  ), 5._wp)
213               zslpml_hmlpv(ji,jj) = vslpml(ji,jj) / MAX(hmlpt(ji,jj), hmlpt(ji  ,jj+1), 5._wp)
214            END DO
215         END DO
216      END IF
217!$OMP PARALLEL DO schedule(static) private(jk, jj, ji, zau, zav, zbu, zbv, zfj, zfi, zdepu, zdepv)
218      DO jk = 2, jpkm1                            !* Slopes at u and v points
219         DO jj = 2, jpjm1
220            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
221               !                                      ! horizontal and vertical density gradient at u- and v-points
222               zau = zgru(ji,jj,jk) * r1_e1u(ji,jj)
223               zav = zgrv(ji,jj,jk) * r1_e2v(ji,jj)
224               zbu = 0.5_wp * ( zdzr(ji,jj,jk) + zdzr(ji+1,jj  ,jk) )
225               zbv = 0.5_wp * ( zdzr(ji,jj,jk) + zdzr(ji  ,jj+1,jk) )
226               !                                      ! bound the slopes: abs(zw.)<= 1/100 and zb..<0
227               !                                      ! + kxz max= ah slope max =< e1 e3 /(pi**2 2 dt)
228               zbu = MIN(  zbu, - z1_slpmax * ABS( zau ) , -7.e+3_wp/e3u_n(ji,jj,jk)* ABS( zau )  )
229               zbv = MIN(  zbv, - z1_slpmax * ABS( zav ) , -7.e+3_wp/e3v_n(ji,jj,jk)* ABS( zav )  )
230               !                                      ! uslp and vslp output in zwz and zww, resp.
231               zfi = MAX( omlmask(ji,jj,jk), omlmask(ji+1,jj,jk) )
232               zfj = MAX( omlmask(ji,jj,jk), omlmask(ji,jj+1,jk) )
233               ! thickness of water column between surface and level k at u/v point
234               zdepu = 0.5_wp * ( ( gdept_n (ji,jj,jk) + gdept_n (ji+1,jj,jk) )                            &
235                                - 2 * MAX( risfdep(ji,jj), risfdep(ji+1,jj) ) - e3u_n(ji,jj,miku(ji,jj))   )
236               zdepv = 0.5_wp * ( ( gdept_n (ji,jj,jk) + gdept_n (ji,jj+1,jk) )                            &
237                                - 2 * MAX( risfdep(ji,jj), risfdep(ji,jj+1) ) - e3v_n(ji,jj,mikv(ji,jj))   )
238               !
239               zwz(ji,jj,jk) = ( ( 1._wp - zfi) * zau / ( zbu - zeps )                                     &
240                  &                      + zfi  * zdepu * zslpml_hmlpu(ji,jj) ) * umask(ji,jj,jk)
241               zww(ji,jj,jk) = ( ( 1._wp - zfj) * zav / ( zbv - zeps )                                     &
242                  &                      + zfj  * zdepv * zslpml_hmlpv(ji,jj) ) * vmask(ji,jj,jk)
243!!gm  modif to suppress omlmask.... (as in Griffies case)
244!               !                                         ! jk must be >= ML level for zf=1. otherwise  zf=0.
245!               zfi = REAL( 1 - 1/(1 + jk / MAX( nmln(ji+1,jj), nmln(ji,jj) ) ), wp )
246!               zfj = REAL( 1 - 1/(1 + jk / MAX( nmln(ji,jj+1), nmln(ji,jj) ) ), wp )
247!               zci = 0.5 * ( gdept_n(ji+1,jj,jk)+gdept_n(ji,jj,jk) ) / MAX( hmlpt(ji,jj), hmlpt(ji+1,jj), 10. ) )
248!               zcj = 0.5 * ( gdept_n(ji,jj+1,jk)+gdept_n(ji,jj,jk) ) / MAX( hmlpt(ji,jj), hmlpt(ji,jj+1), 10. ) )
249!               zwz(ji,jj,jk) = ( zfi * zai / ( zbi - zeps ) + ( 1._wp - zfi ) * wslpiml(ji,jj) * zci ) * tmask(ji,jj,jk)
250!               zww(ji,jj,jk) = ( zfj * zaj / ( zbj - zeps ) + ( 1._wp - zfj ) * wslpjml(ji,jj) * zcj ) * tmask(ji,jj,jk)
251!!gm end modif
252            END DO
253         END DO
254      END DO
255      CALL lbc_lnk( zwz, 'U', -1. )   ;   CALL lbc_lnk( zww, 'V', -1. )      ! lateral boundary conditions
256      !
257      !                                            !* horizontal Shapiro filter
258!$OMP PARALLEL
259!$OMP DO schedule(static) private(jk, jj, ji)
260      DO jk = 2, jpkm1
261         DO jj = 2, jpjm1, MAX(1, jpj-3)                        ! rows jj=2 and =jpjm1 only
262            DO ji = 2, jpim1
263               uslp(ji,jj,jk) = z1_16 * (        zwz(ji-1,jj-1,jk) + zwz(ji+1,jj-1,jk)      &
264                  &                       +      zwz(ji-1,jj+1,jk) + zwz(ji+1,jj+1,jk)      &
265                  &                       + 2.*( zwz(ji  ,jj-1,jk) + zwz(ji-1,jj  ,jk)      &
266                  &                       +      zwz(ji+1,jj  ,jk) + zwz(ji  ,jj+1,jk) )    &
267                  &                       + 4.*  zwz(ji  ,jj  ,jk)                       )
268               vslp(ji,jj,jk) = z1_16 * (        zww(ji-1,jj-1,jk) + zww(ji+1,jj-1,jk)      &
269                  &                       +      zww(ji-1,jj+1,jk) + zww(ji+1,jj+1,jk)      &
270                  &                       + 2.*( zww(ji  ,jj-1,jk) + zww(ji-1,jj  ,jk)      &
271                  &                       +      zww(ji+1,jj  ,jk) + zww(ji  ,jj+1,jk) )    &
272                  &                       + 4.*  zww(ji,jj    ,jk)                       )
273            END DO
274         END DO
275         DO jj = 3, jpj-2                               ! other rows
276            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
277               uslp(ji,jj,jk) = z1_16 * (        zwz(ji-1,jj-1,jk) + zwz(ji+1,jj-1,jk)      &
278                  &                       +      zwz(ji-1,jj+1,jk) + zwz(ji+1,jj+1,jk)      &
279                  &                       + 2.*( zwz(ji  ,jj-1,jk) + zwz(ji-1,jj  ,jk)      &
280                  &                       +      zwz(ji+1,jj  ,jk) + zwz(ji  ,jj+1,jk) )    &
281                  &                       + 4.*  zwz(ji  ,jj  ,jk)                       )
282               vslp(ji,jj,jk) = z1_16 * (        zww(ji-1,jj-1,jk) + zww(ji+1,jj-1,jk)      &
283                  &                       +      zww(ji-1,jj+1,jk) + zww(ji+1,jj+1,jk)      &
284                  &                       + 2.*( zww(ji  ,jj-1,jk) + zww(ji-1,jj  ,jk)      &
285                  &                       +      zww(ji+1,jj  ,jk) + zww(ji  ,jj+1,jk) )    &
286                  &                       + 4.*  zww(ji,jj    ,jk)                       )
287            END DO
288         END DO
289         !                                        !* decrease along coastal boundaries
290         DO jj = 2, jpjm1
291            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
292               uslp(ji,jj,jk) = uslp(ji,jj,jk) * ( umask(ji,jj+1,jk) + umask(ji,jj-1,jk  ) ) * 0.5_wp   &
293                  &                            * ( umask(ji,jj  ,jk) + umask(ji,jj  ,jk+1) ) * 0.5_wp
294               vslp(ji,jj,jk) = vslp(ji,jj,jk) * ( vmask(ji+1,jj,jk) + vmask(ji-1,jj,jk  ) ) * 0.5_wp   &
295                  &                            * ( vmask(ji  ,jj,jk) + vmask(ji  ,jj,jk+1) ) * 0.5_wp
296            END DO
297         END DO
298      END DO
299!$OMP END DO
300
301
302      ! II.  slopes at w point           | wslpi = mij( d/di( prd ) / d/dz( prd )
303      ! ===========================      | wslpj = mij( d/dj( prd ) / d/dz( prd )
304      !
305!$OMP DO schedule(static) private(jk, jj, ji, zbw, zfk, zck, zbi, zbj, zai, zaj, zci, zcj)
306      DO jk = 2, jpkm1
307         DO jj = 2, jpjm1
308            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
309               !                                  !* Local vertical density gradient evaluated from N^2
310               zbw = zm1_2g * pn2 (ji,jj,jk) * ( prd (ji,jj,jk) + prd (ji,jj,jk-1) + 2. )
311               !                                  !* Slopes at w point
312               !                                        ! i- & j-gradient of density at w-points
313               zci = MAX(  umask(ji-1,jj,jk  ) + umask(ji,jj,jk  )           &
314                  &      + umask(ji-1,jj,jk-1) + umask(ji,jj,jk-1) , zeps  ) * e1t(ji,jj)
315               zcj = MAX(  vmask(ji,jj-1,jk  ) + vmask(ji,jj,jk-1)           &
316                  &      + vmask(ji,jj-1,jk-1) + vmask(ji,jj,jk  ) , zeps  ) * e2t(ji,jj)
317               zai =    (  zgru (ji-1,jj,jk  ) + zgru (ji,jj,jk-1)           &
318                  &      + zgru (ji-1,jj,jk-1) + zgru (ji,jj,jk  )   ) / zci * wmask (ji,jj,jk)
319               zaj =    (  zgrv (ji,jj-1,jk  ) + zgrv (ji,jj,jk-1)           &
320                  &      + zgrv (ji,jj-1,jk-1) + zgrv (ji,jj,jk  )   ) / zcj * wmask (ji,jj,jk)
321               !                                        ! bound the slopes: abs(zw.)<= 1/100 and zb..<0.
322               !                                        ! + kxz max= ah slope max =< e1 e3 /(pi**2 2 dt)
323               zbi = MIN( zbw ,- 100._wp* ABS( zai ) , -7.e+3_wp/e3w_n(ji,jj,jk)* ABS( zai )  )
324               zbj = MIN( zbw , -100._wp* ABS( zaj ) , -7.e+3_wp/e3w_n(ji,jj,jk)* ABS( zaj )  )
325               !                                        ! wslpi and wslpj with ML flattening (output in zwz and zww, resp.)
326               zfk = MAX( omlmask(ji,jj,jk), omlmask(ji,jj,jk-1) )   ! zfk=1 in the ML otherwise zfk=0
327               zck = ( gdepw_n(ji,jj,jk) - gdepw_n(ji,jj,mikt(ji,jj) ) ) / MAX( hmlp(ji,jj) - gdepw_n(ji,jj,mikt(ji,jj)), 10._wp )
328               zwz(ji,jj,jk) = (  zai / ( zbi - zeps ) * ( 1._wp - zfk ) + zck * wslpiml(ji,jj) * zfk  ) * wmask(ji,jj,jk)
329               zww(ji,jj,jk) = (  zaj / ( zbj - zeps ) * ( 1._wp - zfk ) + zck * wslpjml(ji,jj) * zfk  ) * wmask(ji,jj,jk)
330
331!!gm  modif to suppress omlmask....  (as in Griffies operator)
332!               !                                         ! jk must be >= ML level for zfk=1. otherwise  zfk=0.
333!               zfk = REAL( 1 - 1/(1 + jk / nmln(ji+1,jj)), wp )
334!               zck = gdepw(ji,jj,jk)    / MAX( hmlp(ji,jj), 10. )
335!               zwz(ji,jj,jk) = ( zfk * zai / ( zbi - zeps ) + ( 1._wp - zfk ) * wslpiml(ji,jj) * zck ) * tmask(ji,jj,jk)
336!               zww(ji,jj,jk) = ( zfk * zaj / ( zbj - zeps ) + ( 1._wp - zfk ) * wslpjml(ji,jj) * zck ) * tmask(ji,jj,jk)
337!!gm end modif
338            END DO
339         END DO
340      END DO
341!$OMP END DO NOWAIT
342!$OMP END PARALLEL
343      CALL lbc_lnk( zwz, 'T', -1. )   ;    CALL lbc_lnk( zww, 'T', -1. )      ! lateral boundary conditions
344      !
345      !                                           !* horizontal Shapiro filter
346!$OMP PARALLEL DO schedule(static) private(jk, jj, ji, zcofw, zck)
347      DO jk = 2, jpkm1
348         DO jj = 2, jpjm1, MAX(1, jpj-3)                        ! rows jj=2 and =jpjm1 only
349            DO ji = 2, jpim1
350               zcofw = wmask(ji,jj,jk) * z1_16
351               wslpi(ji,jj,jk) = (         zwz(ji-1,jj-1,jk) + zwz(ji+1,jj-1,jk)     &
352                    &               +      zwz(ji-1,jj+1,jk) + zwz(ji+1,jj+1,jk)     &
353                    &               + 2.*( zwz(ji  ,jj-1,jk) + zwz(ji-1,jj  ,jk)     &
354                    &               +      zwz(ji+1,jj  ,jk) + zwz(ji  ,jj+1,jk) )   &
355                    &               + 4.*  zwz(ji  ,jj  ,jk)                         ) * zcofw
356
357               wslpj(ji,jj,jk) = (         zww(ji-1,jj-1,jk) + zww(ji+1,jj-1,jk)     &
358                    &               +      zww(ji-1,jj+1,jk) + zww(ji+1,jj+1,jk)     &
359                    &               + 2.*( zww(ji  ,jj-1,jk) + zww(ji-1,jj  ,jk)     &
360                    &               +      zww(ji+1,jj  ,jk) + zww(ji  ,jj+1,jk) )   &
361                    &               + 4.*  zww(ji  ,jj  ,jk)                         ) * zcofw
362            END DO
363         END DO
364         DO jj = 3, jpj-2                               ! other rows
365            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
366               zcofw = wmask(ji,jj,jk) * z1_16
367               wslpi(ji,jj,jk) = (         zwz(ji-1,jj-1,jk) + zwz(ji+1,jj-1,jk)     &
368                    &               +      zwz(ji-1,jj+1,jk) + zwz(ji+1,jj+1,jk)     &
369                    &               + 2.*( zwz(ji  ,jj-1,jk) + zwz(ji-1,jj  ,jk)     &
370                    &               +      zwz(ji+1,jj  ,jk) + zwz(ji  ,jj+1,jk) )   &
371                    &               + 4.*  zwz(ji  ,jj  ,jk)                         ) * zcofw
372
373               wslpj(ji,jj,jk) = (         zww(ji-1,jj-1,jk) + zww(ji+1,jj-1,jk)     &
374                    &               +      zww(ji-1,jj+1,jk) + zww(ji+1,jj+1,jk)     &
375                    &               + 2.*( zww(ji  ,jj-1,jk) + zww(ji-1,jj  ,jk)     &
376                    &               +      zww(ji+1,jj  ,jk) + zww(ji  ,jj+1,jk) )   &
377                    &               + 4.*  zww(ji  ,jj  ,jk)                         ) * zcofw
378            END DO
379         END DO
380         !                                        !* decrease in vicinity of topography
381         DO jj = 2, jpjm1
382            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
383               zck =   ( umask(ji,jj,jk) + umask(ji-1,jj,jk) )   &
384                  &  * ( vmask(ji,jj,jk) + vmask(ji,jj-1,jk) ) * 0.25
385               wslpi(ji,jj,jk) = wslpi(ji,jj,jk) * zck
386               wslpj(ji,jj,jk) = wslpj(ji,jj,jk) * zck
387            END DO
388         END DO
389      END DO
390
391      ! IV. Lateral boundary conditions
392      ! ===============================
393      CALL lbc_lnk( uslp , 'U', -1. )      ;      CALL lbc_lnk( vslp , 'V', -1. )
394      CALL lbc_lnk( wslpi, 'W', -1. )      ;      CALL lbc_lnk( wslpj, 'W', -1. )
395
396      IF(ln_ctl) THEN
397         CALL prt_ctl(tab3d_1=uslp , clinfo1=' slp  - u : ', tab3d_2=vslp,  clinfo2=' v : ', kdim=jpk)
398         CALL prt_ctl(tab3d_1=wslpi, clinfo1=' slp  - wi: ', tab3d_2=wslpj, clinfo2=' wj: ', kdim=jpk)
399      ENDIF
400      !
401      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zwz, zww, zdzr, zgru, zgrv )
402      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zslpml_hmlpu, zslpml_hmlpv )
403      !
404      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('ldf_slp')
405      !
406   END SUBROUTINE ldf_slp
407
408
409   SUBROUTINE ldf_slp_triad ( kt )
410      !!----------------------------------------------------------------------
411      !!                 ***  ROUTINE ldf_slp_triad  ***
412      !!
413      !! ** Purpose :   Compute the squared slopes of neutral surfaces (slope
414      !!      of iso-pycnal surfaces referenced locally) (ln_traldf_triad=T)
415      !!      at W-points using the Griffies quarter-cells.
416      !!
417      !! ** Method  :   calculates alpha and beta at T-points
418      !!
419      !! ** Action : - triadi_g, triadj_g   T-pts i- and j-slope triads relative to geopot. (used for eiv)
420      !!             - triadi , triadj    T-pts i- and j-slope triads relative to model-coordinate
421      !!             - wslp2              squared slope of neutral surfaces at w-points.
422      !!----------------------------------------------------------------------
423      INTEGER, INTENT( in ) ::   kt             ! ocean time-step index
424      !!
425      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jl, ip, jp, kp  ! dummy loop indices
426      INTEGER  ::   iku, ikv                    ! local integer
427      REAL(wp) ::   zfacti, zfactj              ! local scalars
428      REAL(wp) ::   znot_thru_surface           ! local scalars
429      REAL(wp) ::   zdit, zdis, zdkt, zbu, zbti, zisw
430      REAL(wp) ::   zdjt, zdjs, zdks, zbv, zbtj, zjsw
431      REAL(wp) ::   zdxrho_raw, zti_coord, zti_raw, zti_lim, zti_g_raw, zti_g_lim
432      REAL(wp) ::   zdyrho_raw, ztj_coord, ztj_raw, ztj_lim, ztj_g_raw, ztj_g_lim
433      REAL(wp) ::   zdzrho_raw
434      REAL(wp) ::   zbeta0, ze3_e1, ze3_e2
435      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)     ::   z1_mlbw
436      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::   zalbet
437      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:,:) ::   zdxrho , zdyrho, zdzrho     ! Horizontal and vertical density gradients
438      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:,:) ::   zti_mlb, ztj_mlb            ! for Griffies operator only
439      !!----------------------------------------------------------------------
440      !
441      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('ldf_slp_triad')
442      !
443      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, z1_mlbw )
444      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zalbet )
445      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,2, zdxrho , zdyrho, zdzrho,              klstart = 0  )
446      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,  2,2, zti_mlb, ztj_mlb,        kkstart = 0, klstart = 0  )
447      !
448      !--------------------------------!
449      !  Some preliminary calculation  !
450      !--------------------------------!
451      !
452      DO jl = 0, 1                            !==  unmasked before density i- j-, k-gradients  ==!
453         !
454         ip = jl   ;   jp = jl                ! guaranteed nonzero gradients ( absolute value larger than repsln)
455         DO jk = 1, jpkm1                     ! done each pair of triad
456            DO jj = 1, jpjm1                  ! NB: not masked ==>  a minimum value is set
457               DO ji = 1, fs_jpim1            ! vector opt.
458                  zdit = ( tsb(ji+1,jj,jk,jp_tem) - tsb(ji,jj,jk,jp_tem) )    ! i-gradient of T & S at u-point
459                  zdis = ( tsb(ji+1,jj,jk,jp_sal) - tsb(ji,jj,jk,jp_sal) )
460                  zdjt = ( tsb(ji,jj+1,jk,jp_tem) - tsb(ji,jj,jk,jp_tem) )    ! j-gradient of T & S at v-point
461                  zdjs = ( tsb(ji,jj+1,jk,jp_sal) - tsb(ji,jj,jk,jp_sal) )
462                  zdxrho_raw = ( - rab_b(ji+ip,jj   ,jk,jp_tem) * zdit + rab_b(ji+ip,jj   ,jk,jp_sal) * zdis ) * r1_e1u(ji,jj)
463                  zdyrho_raw = ( - rab_b(ji   ,jj+jp,jk,jp_tem) * zdjt + rab_b(ji   ,jj+jp,jk,jp_sal) * zdjs ) * r1_e2v(ji,jj)
464                  zdxrho(ji+ip,jj   ,jk,1-ip) = SIGN(  MAX( repsln, ABS( zdxrho_raw ) ), zdxrho_raw  )   ! keep the sign
465                  zdyrho(ji   ,jj+jp,jk,1-jp) = SIGN(  MAX( repsln, ABS( zdyrho_raw ) ), zdyrho_raw  )
466               END DO
467            END DO
468         END DO
469         !
470         IF( ln_zps .AND. l_grad_zps ) THEN     ! partial steps: correction of i- & j-grad on bottom
471            DO jj = 1, jpjm1
472               DO ji = 1, jpim1
473                  iku  = mbku(ji,jj)          ;   ikv  = mbkv(ji,jj)             ! last ocean level (u- & v-points)
474                  zdit = gtsu(ji,jj,jp_tem)   ;   zdjt = gtsv(ji,jj,jp_tem)      ! i- & j-gradient of Temperature
475                  zdis = gtsu(ji,jj,jp_sal)   ;   zdjs = gtsv(ji,jj,jp_sal)      ! i- & j-gradient of Salinity
476                  zdxrho_raw = ( - rab_b(ji+ip,jj   ,iku,jp_tem) * zdit + rab_b(ji+ip,jj   ,iku,jp_sal) * zdis ) * r1_e1u(ji,jj)
477                  zdyrho_raw = ( - rab_b(ji   ,jj+jp,ikv,jp_tem) * zdjt + rab_b(ji   ,jj+jp,ikv,jp_sal) * zdjs ) * r1_e2v(ji,jj)
478                  zdxrho(ji+ip,jj   ,iku,1-ip) = SIGN( MAX( repsln, ABS( zdxrho_raw ) ), zdxrho_raw )   ! keep the sign
479                  zdyrho(ji   ,jj+jp,ikv,1-jp) = SIGN( MAX( repsln, ABS( zdyrho_raw ) ), zdyrho_raw )
480               END DO
481            END DO
482         ENDIF
483         !
484      END DO
485
486      DO kp = 0, 1                            !==  unmasked before density i- j-, k-gradients  ==!
487         DO jk = 1, jpkm1                     ! done each pair of triad
488            DO jj = 1, jpj                    ! NB: not masked ==>  a minimum value is set
489               DO ji = 1, jpi                 ! vector opt.
490                  IF( jk+kp > 1 ) THEN        ! k-gradient of T & S a jk+kp
491                     zdkt = ( tsb(ji,jj,jk+kp-1,jp_tem) - tsb(ji,jj,jk+kp,jp_tem) )
492                     zdks = ( tsb(ji,jj,jk+kp-1,jp_sal) - tsb(ji,jj,jk+kp,jp_sal) )
493                  ELSE
494                     zdkt = 0._wp                                             ! 1st level gradient set to zero
495                     zdks = 0._wp
496                  ENDIF
497                  zdzrho_raw = ( - zalbet(ji,jj,jk) * zdkt + zbeta0*zdks ) / e3w_n(ji,jj,jk+kp)
498                  zdzrho(ji,jj,jk,kp) = - MIN( - repsln , zdzrho_raw )    ! force zdzrho >= repsln
499                 END DO
500            END DO
501         END DO
502      END DO
503      !
504      DO jj = 1, jpj                          !==  Reciprocal depth of the w-point below ML base  ==!
505         DO ji = 1, jpi
506            jk = MIN( nmln(ji,jj), mbkt(ji,jj) ) + 1     ! MIN in case ML depth is the ocean depth
507            z1_mlbw(ji,jj) = 1._wp / gdepw_n(ji,jj,jk)
508         END DO
509      END DO
510      !
511      !                                       !==  intialisations to zero  ==!
512      !
513      wslp2  (:,:,:)     = 0._wp              ! wslp2 will be cumulated 3D field set to zero
514      triadi_g(:,:,1,:,:) = 0._wp   ;   triadi_g(:,:,jpk,:,:) = 0._wp   ! set surface and bottom slope to zero
515      triadj_g(:,:,1,:,:) = 0._wp   ;   triadj_g(:,:,jpk,:,:) = 0._wp
516      !!gm _iso set to zero missing
517      triadi  (:,:,1,:,:) = 0._wp   ;   triadj  (:,:,jpk,:,:) = 0._wp   ! set surface and bottom slope to zero
518      triadj  (:,:,1,:,:) = 0._wp   ;   triadj  (:,:,jpk,:,:) = 0._wp
519
520      !-------------------------------------!
521      !  Triads just below the Mixed Layer  !
522      !-------------------------------------!
523      !
524      DO jl = 0, 1                            ! calculate slope of the 4 triads immediately ONE level below mixed-layer base
525         DO kp = 0, 1                         ! with only the slope-max limit   and   MASKED
526            DO jj = 1, jpjm1
527               DO ji = 1, fs_jpim1
528                  ip = jl   ;   jp = jl
529                  !
530                  jk = nmln(ji+ip,jj) + 1
531                  IF( jk > mbkt(ji+ip,jj) ) THEN   ! ML reaches bottom
532                     zti_mlb(ji+ip,jj   ,1-ip,kp) = 0.0_wp
533                  ELSE                             
534                     ! Add s-coordinate slope at t-points (do this by *subtracting* gradient of depth)
535                     zti_g_raw = (  zdxrho(ji+ip,jj,jk-kp,1-ip) / zdzrho(ji+ip,jj,jk-kp,kp)      &
536                        &          - ( gdept_n(ji+1,jj,jk-kp) - gdept_n(ji,jj,jk-kp) ) * r1_e1u(ji,jj)  ) * umask(ji,jj,jk)
537                     ze3_e1    =  e3w_n(ji+ip,jj,jk-kp) * r1_e1u(ji,jj) 
538                     zti_mlb(ji+ip,jj   ,1-ip,kp) = SIGN( MIN( rn_slpmax, 5.0_wp * ze3_e1  , ABS( zti_g_raw ) ), zti_g_raw )
539                  ENDIF
540                  !
541                  jk = nmln(ji,jj+jp) + 1
542                  IF( jk >  mbkt(ji,jj+jp) ) THEN  !ML reaches bottom
543                     ztj_mlb(ji   ,jj+jp,1-jp,kp) = 0.0_wp
544                  ELSE
545                     ztj_g_raw = (  zdyrho(ji,jj+jp,jk-kp,1-jp) / zdzrho(ji,jj+jp,jk-kp,kp)      &
546                        &      - ( gdept_n(ji,jj+1,jk-kp) - gdept_n(ji,jj,jk-kp) ) / e2v(ji,jj)  ) * vmask(ji,jj,jk)
547                     ze3_e2    =  e3w_n(ji,jj+jp,jk-kp) / e2v(ji,jj)
548                     ztj_mlb(ji   ,jj+jp,1-jp,kp) = SIGN( MIN( rn_slpmax, 5.0_wp * ze3_e2  , ABS( ztj_g_raw ) ), ztj_g_raw )
549                  ENDIF
550               END DO
551            END DO
552         END DO
553      END DO
554
555      !-------------------------------------!
556      !  Triads with surface limits         !
557      !-------------------------------------!
558      !
559      DO kp = 0, 1                            ! k-index of triads
560         DO jl = 0, 1
561            ip = jl   ;   jp = jl             ! i- and j-indices of triads (i-k and j-k planes)
562            DO jk = 1, jpkm1
563               ! Must mask contribution to slope from dz/dx at constant s for triads jk=1,kp=0 that poke up though ocean surface
564               znot_thru_surface = REAL( 1-1/(jk+kp), wp )  !jk+kp=1,=0.; otherwise=1.0
565               DO jj = 1, jpjm1
566                  DO ji = 1, fs_jpim1         ! vector opt.
567                     !
568                     ! Calculate slope relative to geopotentials used for GM skew fluxes
569                     ! Add s-coordinate slope at t-points (do this by *subtracting* gradient of depth)
570                     ! Limit by slope *relative to geopotentials* by rn_slpmax, and mask by psi-point
571                     ! masked by umask taken at the level of dz(rho)
572                     !
573                     ! raw slopes: unmasked unbounded slopes (relative to geopotential (zti_g) and model surface (zti)
574                     !
575                     zti_raw   = zdxrho(ji+ip,jj   ,jk,1-ip) / zdzrho(ji+ip,jj   ,jk,kp)                   ! unmasked
576                     ztj_raw   = zdyrho(ji   ,jj+jp,jk,1-jp) / zdzrho(ji   ,jj+jp,jk,kp)
577                     !
578                     ! Must mask contribution to slope for triad jk=1,kp=0 that poke up though ocean surface
579                     zti_coord = znot_thru_surface * ( gdept_n(ji+1,jj  ,jk) - gdept_n(ji,jj,jk) ) * r1_e1u(ji,jj)
580                     ztj_coord = znot_thru_surface * ( gdept_n(ji  ,jj+1,jk) - gdept_n(ji,jj,jk) ) * r1_e2v(ji,jj)     ! unmasked
581                     zti_g_raw = zti_raw - zti_coord      ! ref to geopot surfaces
582                     ztj_g_raw = ztj_raw - ztj_coord
583                     ! additional limit required in bilaplacian case
584                     ze3_e1    = e3w_n(ji+ip,jj   ,jk+kp) * r1_e1u(ji,jj)
585                     ze3_e2    = e3w_n(ji   ,jj+jp,jk+kp) * r1_e2v(ji,jj)
586                     ! NB: hard coded factor 5 (can be a namelist parameter...)
587                     zti_g_lim = SIGN( MIN( rn_slpmax, 5.0_wp * ze3_e1, ABS( zti_g_raw ) ), zti_g_raw )
588                     ztj_g_lim = SIGN( MIN( rn_slpmax, 5.0_wp * ze3_e2, ABS( ztj_g_raw ) ), ztj_g_raw )
589                     !
590                     ! Below  ML use limited zti_g as is & mask
591                     ! Inside ML replace by linearly reducing sx_mlb towards surface & mask
592                     !
593                     zfacti = REAL( 1 - 1/(1 + (jk+kp-1)/nmln(ji+ip,jj)), wp )  ! k index of uppermost point(s) of triad is jk+kp-1
594                     zfactj = REAL( 1 - 1/(1 + (jk+kp-1)/nmln(ji,jj+jp)), wp )  ! must be .ge. nmln(ji,jj) for zfact=1
595                     !                                                          !                   otherwise  zfact=0
596                     zti_g_lim =          ( zfacti   * zti_g_lim                       &
597                        &      + ( 1._wp - zfacti ) * zti_mlb(ji+ip,jj,1-ip,kp)   &
598                        &                           * gdepw_n(ji+ip,jj,jk+kp) * z1_mlbw(ji+ip,jj) ) * umask(ji,jj,jk+kp)
599                     ztj_g_lim =          ( zfactj   * ztj_g_lim                       &
600                        &      + ( 1._wp - zfactj ) * ztj_mlb(ji,jj+jp,1-jp,kp)   &
601                        &                           * gdepw_n(ji,jj+jp,jk+kp) * z1_mlbw(ji,jj+jp) ) * vmask(ji,jj,jk+kp)
602                     !
603                     triadi_g(ji+ip,jj   ,jk,1-ip,kp) = zti_g_lim
604                     triadj_g(ji   ,jj+jp,jk,1-jp,kp) = ztj_g_lim
605                     !
606                     ! Get coefficients of isoneutral diffusion tensor
607                     ! 1. Utilise gradients *relative* to s-coordinate, so add t-point slopes (*subtract* depth gradients)
608                     ! 2. We require that isoneutral diffusion  gives no vertical buoyancy flux
609                     !     i.e. 33 term = (real slope* 31, 13 terms)
610                     ! To do this, retain limited sx**2  in vertical flux, but divide by real slope for 13/31 terms
611                     ! Equivalent to tapering A_iso = sx_limited**2/(real slope)**2
612                     !
613                     zti_lim  = ( zti_g_lim + zti_coord ) * umask(ji,jj,jk+kp)    ! remove coordinate slope => relative to coordinate surfaces
614                     ztj_lim  = ( ztj_g_lim + ztj_coord ) * vmask(ji,jj,jk+kp)
615                     !
616                     IF( ln_triad_iso ) THEN
617                        zti_raw = zti_lim*zti_lim / zti_raw
618                        ztj_raw = ztj_lim*ztj_lim / ztj_raw
619                        zti_raw = SIGN( MIN( ABS(zti_lim), ABS( zti_raw ) ), zti_raw )
620                        ztj_raw = SIGN( MIN( ABS(ztj_lim), ABS( ztj_raw ) ), ztj_raw )
621                        zti_lim = zfacti * zti_lim + ( 1._wp - zfacti ) * zti_raw
622                        ztj_lim = zfactj * ztj_lim + ( 1._wp - zfactj ) * ztj_raw
623                     ENDIF
624                     !                                      ! switching triad scheme
625                     zisw = (rn_sw_triad - 1._wp ) + rn_sw_triad    &
626                        &            * 2._wp * ABS( 0.5_wp - kp - ( 0.5_wp - ip ) * SIGN( 1._wp , zdxrho(ji+ip,jj,jk,1-ip) )  )
627                     zjsw = (rn_sw_triad - 1._wp ) + rn_sw_triad    &
628                        &            * 2._wp * ABS( 0.5_wp - kp - ( 0.5_wp - jp ) * SIGN( 1._wp , zdyrho(ji,jj+jp,jk,1-jp) )  )
629                     !
630                     triadi(ji+ip,jj   ,jk,1-ip,kp) = zti_lim * zisw
631                     triadj(ji   ,jj+jp,jk,1-jp,kp) = ztj_lim * zjsw
632                     !
633                     zbu  = e1e2u(ji   ,jj   ) * e3u_n(ji   ,jj   ,jk   )
634                     zbv  = e1e2v(ji   ,jj   ) * e3v_n(ji   ,jj   ,jk   )
635                     zbti = e1e2t(ji+ip,jj   ) * e3w_n(ji+ip,jj   ,jk+kp)
636                     zbtj = e1e2t(ji   ,jj+jp) * e3w_n(ji   ,jj+jp,jk+kp)
637                     !
638                     wslp2(ji+ip,jj,jk+kp) = wslp2(ji+ip,jj,jk+kp) + 0.25_wp * zbu / zbti * zti_g_lim*zti_g_lim      ! masked
639                     wslp2(ji,jj+jp,jk+kp) = wslp2(ji,jj+jp,jk+kp) + 0.25_wp * zbv / zbtj * ztj_g_lim*ztj_g_lim
640                  END DO
641               END DO
642            END DO
643         END DO
644      END DO
645      !
646      wslp2(:,:,1) = 0._wp                ! force the surface wslp to zero
647
648      CALL lbc_lnk( wslp2, 'W', 1. )      ! lateral boundary confition on wslp2 only   ==>>> gm : necessary ? to be checked
649      !
650      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, z1_mlbw )
651      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zalbet )
652      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,2, zdxrho , zdyrho, zdzrho,              klstart = 0  )
653      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,  2,2, zti_mlb, ztj_mlb,        kkstart = 0, klstart = 0  )
654      !
655      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('ldf_slp_triad')
656      !
657   END SUBROUTINE ldf_slp_triad
658
659
660   SUBROUTINE ldf_slp_mxl( prd, pn2, p_gru, p_grv, p_dzr )
661      !!----------------------------------------------------------------------
662      !!                  ***  ROUTINE ldf_slp_mxl  ***
663      !!
664      !! ** Purpose :   Compute the slopes of iso-neutral surface just below
665      !!              the mixed layer.
666      !!
667      !! ** Method  :   The slope in the i-direction is computed at u- & w-points
668      !!              (uslpml, wslpiml) and the slope in the j-direction is computed
669      !!              at v- and w-points (vslpml, wslpjml) with the same bounds as
670      !!              in ldf_slp.
671      !!
672      !! ** Action  :   uslpml, wslpiml :  i- &  j-slopes of neutral surfaces
673      !!                vslpml, wslpjml    just below the mixed layer
674      !!                omlmask         :  mixed layer mask
675      !!----------------------------------------------------------------------
676      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in) ::   prd            ! in situ density
677      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in) ::   pn2            ! Brunt-Vaisala frequency (locally ref.)
678      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in) ::   p_gru, p_grv   ! i- & j-gradient of density (u- & v-pts)
679      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in) ::   p_dzr          ! z-gradient of density      (T-point)
680      !!
681      INTEGER  ::   ji , jj , jk                   ! dummy loop indices
682      INTEGER  ::   iku, ikv, ik, ikm1             ! local integers
683      REAL(wp) ::   zeps, zm1_g, zm1_2g, z1_slpmax ! local scalars
684      REAL(wp) ::   zci, zfi, zau, zbu, zai, zbi   !   -      -
685      REAL(wp) ::   zcj, zfj, zav, zbv, zaj, zbj   !   -      -
686      REAL(wp) ::   zck, zfk,      zbw             !   -      -
687      !!----------------------------------------------------------------------
688      !
689      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('ldf_slp_mxl')
690      !
691      zeps   =  1.e-20_wp        !==   Local constant initialization   ==!
692      zm1_g  = -1.0_wp / grav
693      zm1_2g = -0.5_wp / grav
694      z1_slpmax = 1._wp / rn_slpmax
695      !
696      uslpml (1,:) = 0._wp      ;      uslpml (jpi,:) = 0._wp
697      vslpml (1,:) = 0._wp      ;      vslpml (jpi,:) = 0._wp
698      wslpiml(1,:) = 0._wp      ;      wslpiml(jpi,:) = 0._wp
699      wslpjml(1,:) = 0._wp      ;      wslpjml(jpi,:) = 0._wp
700      !
701      !                                            !==   surface mixed layer mask   !
702!$OMP PARALLEL
703!$OMP DO schedule(static) private(jk, jj, ji, ik)
704      DO jk = 1, jpk                               ! =1 inside the mixed layer, =0 otherwise
705         DO jj = 1, jpj
706            DO ji = 1, jpi
707               ik = nmln(ji,jj) - 1
708               IF( jk <= ik ) THEN   ;   omlmask(ji,jj,jk) = 1._wp
709               ELSE                  ;   omlmask(ji,jj,jk) = 0._wp
710               ENDIF
711            END DO
712         END DO
713      END DO
714!$OMP END DO NOWAIT
715
716
717      ! Slopes of isopycnal surfaces just before bottom of mixed layer
718      ! --------------------------------------------------------------
719      ! The slope are computed as in the 3D case.
720      ! A key point here is the definition of the mixed layer at u- and v-points.
721      ! It is assumed to be the maximum of the two neighbouring T-point mixed layer depth.
722      ! Otherwise, a n2 value inside the mixed layer can be involved in the computation
723      ! of the slope, resulting in a too steep diagnosed slope and thus a spurious eddy
724      ! induce velocity field near the base of the mixed layer.
725      !-----------------------------------------------------------------------
726      !
727!$OMP DO schedule(static) private(jj, ji, iku, ikv, zbu, zbv, zau, zav, ik, ikm1, zbw, zci, zcj, zai, zaj, zbi, zbj)
728      DO jj = 2, jpjm1
729         DO ji = 2, jpim1
730            !                        !==   Slope at u- & v-points just below the Mixed Layer   ==!
731            !
732            !                        !- vertical density gradient for u- and v-slopes (from dzr at T-point)
733            iku = MIN(  MAX( 1, nmln(ji,jj) , nmln(ji+1,jj) ) , jpkm1  )   ! ML (MAX of T-pts, bound by jpkm1)
734            ikv = MIN(  MAX( 1, nmln(ji,jj) , nmln(ji,jj+1) ) , jpkm1  )   !
735            zbu = 0.5_wp * ( p_dzr(ji,jj,iku) + p_dzr(ji+1,jj  ,iku) )
736            zbv = 0.5_wp * ( p_dzr(ji,jj,ikv) + p_dzr(ji  ,jj+1,ikv) )
737            !                        !- horizontal density gradient at u- & v-points
738            zau = p_gru(ji,jj,iku) * r1_e1u(ji,jj)
739            zav = p_grv(ji,jj,ikv) * r1_e2v(ji,jj)
740            !                        !- bound the slopes: abs(zw.)<= 1/100 and zb..<0
741            !                           kxz max= ah slope max =< e1 e3 /(pi**2 2 dt)
742            zbu = MIN(  zbu , - z1_slpmax * ABS( zau ) , -7.e+3_wp/e3u_n(ji,jj,iku)* ABS( zau )  )
743            zbv = MIN(  zbv , - z1_slpmax * ABS( zav ) , -7.e+3_wp/e3v_n(ji,jj,ikv)* ABS( zav )  )
744            !                        !- Slope at u- & v-points (uslpml, vslpml)
745            uslpml(ji,jj) = zau / ( zbu - zeps ) * umask(ji,jj,iku)
746            vslpml(ji,jj) = zav / ( zbv - zeps ) * vmask(ji,jj,ikv)
747            !
748            !                        !==   i- & j-slopes at w-points just below the Mixed Layer   ==!
749            !
750            ik   = MIN( nmln(ji,jj) + 1, jpk )
751            ikm1 = MAX( 1, ik-1 )
752            !                        !- vertical density gradient for w-slope (from N^2)
753            zbw = zm1_2g * pn2 (ji,jj,ik) * ( prd (ji,jj,ik) + prd (ji,jj,ikm1) + 2. )
754            !                        !- horizontal density i- & j-gradient at w-points
755            zci = MAX(   umask(ji-1,jj,ik  ) + umask(ji,jj,ik  )           &
756               &       + umask(ji-1,jj,ikm1) + umask(ji,jj,ikm1) , zeps  ) * e1t(ji,jj)
757            zcj = MAX(   vmask(ji,jj-1,ik  ) + vmask(ji,jj,ik  )           &
758               &       + vmask(ji,jj-1,ikm1) + vmask(ji,jj,ikm1) , zeps  ) * e2t(ji,jj)
759            zai =    (   p_gru(ji-1,jj,ik  ) + p_gru(ji,jj,ik)             &
760               &       + p_gru(ji-1,jj,ikm1) + p_gru(ji,jj,ikm1  )  ) / zci  * tmask(ji,jj,ik)
761            zaj =    (   p_grv(ji,jj-1,ik  ) + p_grv(ji,jj,ik  )           &
762               &       + p_grv(ji,jj-1,ikm1) + p_grv(ji,jj,ikm1)  ) / zcj  * tmask(ji,jj,ik)
763            !                        !- bound the slopes: abs(zw.)<= 1/100 and zb..<0.
764            !                           kxz max= ah slope max =< e1 e3 /(pi**2 2 dt)
765            zbi = MIN(  zbw , -100._wp* ABS( zai ) , -7.e+3_wp/e3w_n(ji,jj,ik)* ABS( zai )  )
766            zbj = MIN(  zbw , -100._wp* ABS( zaj ) , -7.e+3_wp/e3w_n(ji,jj,ik)* ABS( zaj )  )
767            !                        !- i- & j-slope at w-points (wslpiml, wslpjml)
768            wslpiml(ji,jj) = zai / ( zbi - zeps ) * tmask (ji,jj,ik)
769            wslpjml(ji,jj) = zaj / ( zbj - zeps ) * tmask (ji,jj,ik)
770         END DO
771      END DO
772!$OMP END DO NOWAIT
773!$OMP END PARALLEL
774      !!gm this lbc_lnk should be useless....
775      CALL lbc_lnk( uslpml , 'U', -1. )   ;   CALL lbc_lnk( vslpml , 'V', -1. )   ! lateral boundary cond. (sign change)
776      CALL lbc_lnk( wslpiml, 'W', -1. )   ;   CALL lbc_lnk( wslpjml, 'W', -1. )   ! lateral boundary conditions
777      !
778      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('ldf_slp_mxl')
779      !
780   END SUBROUTINE ldf_slp_mxl
781
782
783   SUBROUTINE ldf_slp_init
784      !!----------------------------------------------------------------------
785      !!                  ***  ROUTINE ldf_slp_init  ***
786      !!
787      !! ** Purpose :   Initialization for the isopycnal slopes computation
788      !!
789      !! ** Method  :   
790      !!----------------------------------------------------------------------
791      INTEGER ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
792      INTEGER ::   ierr         ! local integer
793      !!----------------------------------------------------------------------
794      !
795      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('ldf_slp_init')
796      !
797      IF(lwp) THEN
798         WRITE(numout,*)
799         WRITE(numout,*) 'ldf_slp_init : direction of lateral mixing'
800         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
801      ENDIF
802      !
803      ALLOCATE( ah_wslp2(jpi,jpj,jpk) , akz(jpi,jpj,jpk) , STAT=ierr )
804      IF( ierr > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'ldf_slp_init : unable to allocate ah_slp2 or akz' )
805      !
806      IF( ln_traldf_triad ) THEN        ! Griffies operator : triad of slopes
807         IF(lwp) WRITE(numout,*) '              Griffies (triad) operator initialisation'
808         ALLOCATE( triadi_g(jpi,jpj,jpk,0:1,0:1) , triadj_g(jpi,jpj,jpk,0:1,0:1) ,     &
809            &      triadi  (jpi,jpj,jpk,0:1,0:1) , triadj  (jpi,jpj,jpk,0:1,0:1) ,     &
810            &      wslp2   (jpi,jpj,jpk)                                         , STAT=ierr )
811         IF( ierr > 0      )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'ldf_slp_init : unable to allocate Griffies operator slope' )
812         IF( ln_dynldf_iso )   CALL ctl_stop( 'ldf_slp_init: Griffies operator on momentum not supported' )
813         !
814      ELSE                             ! Madec operator : slopes at u-, v-, and w-points
815         IF(lwp) WRITE(numout,*) '              Madec operator initialisation'
816         ALLOCATE( omlmask(jpi,jpj,jpk) ,                                                                        &
817            &      uslp(jpi,jpj,jpk) , uslpml(jpi,jpj) , wslpi(jpi,jpj,jpk) , wslpiml(jpi,jpj) ,     &
818            &      vslp(jpi,jpj,jpk) , vslpml(jpi,jpj) , wslpj(jpi,jpj,jpk) , wslpjml(jpi,jpj) , STAT=ierr )
819         IF( ierr > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'ldf_slp_init : unable to allocate Madec operator slope ' )
820
821         ! Direction of lateral diffusion (tracers and/or momentum)
822         ! ------------------------------
823
824!$OMP PARALLEL
825!$OMP DO schedule(static) private(jk, jj, ji)   
826        DO jk = 1, jpk
827           DO jj = 1, jpj
828              DO ji = 1, jpi
829                 uslp (ji,jj,jk) = 0._wp
830                 vslp (ji,jj,jk) = 0._wp
831                 wslpi(ji,jj,jk) = 0._wp
832                 wslpj(ji,jj,jk) = 0._wp
833              END DO
834           END DO
835        END DO
836!$OMP END DO NOWAIT
837!$OMP DO schedule(static) private(jj, ji)       
838        DO jj = 1, jpj
839            DO ji = 1, jpi
840               uslpml (ji,jj) = 0._wp
841               vslpml (ji,jj) = 0._wp
842               wslpiml(ji,jj) = 0._wp
843               wslpjml(ji,jj) = 0._wp
844             END DO
845        END DO
846!$OMP END DO NOWAIT
847!$OMP END PARALLEL
848         
849         !!gm I no longer understand this.....
850!!gm         IF( (ln_traldf_hor .OR. ln_dynldf_hor) .AND. .NOT. (.NOT.ln_linssh .AND. ln_rstart) ) THEN
851!            IF(lwp)   WRITE(numout,*) '          Horizontal mixing in s-coordinate: slope = slope of s-surfaces'
852!
853!            ! geopotential diffusion in s-coordinates on tracers and/or momentum
854!            ! The slopes of s-surfaces are computed once (no call to ldfslp in step)
855!            ! The slopes for momentum diffusion are i- or j- averaged of those on tracers
856!
857!            ! set the slope of diffusion to the slope of s-surfaces
858!            !      ( c a u t i o n : minus sign as dep has positive value )
859!            DO jk = 1, jpk
860!               DO jj = 2, jpjm1
861!                  DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
862!                     uslp (ji,jj,jk) = - ( gdept_n(ji+1,jj,jk) - gdept_n(ji ,jj ,jk) ) * r1_e1u(ji,jj) * umask(ji,jj,jk)
863!                     vslp (ji,jj,jk) = - ( gdept_n(ji,jj+1,jk) - gdept_n(ji ,jj ,jk) ) * r1_e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,jk)
864!                     wslpi(ji,jj,jk) = - ( gdepw_n(ji+1,jj,jk) - gdepw_n(ji-1,jj,jk) ) * r1_e1t(ji,jj) * wmask(ji,jj,jk) * 0.5
865!                     wslpj(ji,jj,jk) = - ( gdepw_n(ji,jj+1,jk) - gdepw_n(ji,jj-1,jk) ) * r1_e2t(ji,jj) * wmask(ji,jj,jk) * 0.5
866!                  END DO
867!               END DO
868!            END DO
869!            CALL lbc_lnk( uslp , 'U', -1. )   ;   CALL lbc_lnk( vslp , 'V', -1. )      ! Lateral boundary conditions
870!            CALL lbc_lnk( wslpi, 'W', -1. )   ;   CALL lbc_lnk( wslpj, 'W', -1. )
871!!gm         ENDIF
872      ENDIF
873      !
874      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('ldf_slp_init')
875      !
876   END SUBROUTINE ldf_slp_init
877
878   !!======================================================================
879END MODULE ldfslp
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.