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.
traadv_fct.F90 in branches/2017/dev_CNRS_2017/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/TRA – NEMO

source: branches/2017/dev_CNRS_2017/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/TRA/traadv_fct.F90 @ 8882

Last change on this file since 8882 was 8882, checked in by flavoni, 6 years ago

dev_CNRS_2017 branch: merged dev_r7881_ENHANCE09_RK3 with trunk r8864

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 33.4 KB
Line 
1MODULE traadv_fct
2   !!==============================================================================
3   !!                       ***  MODULE  traadv_fct  ***
4   !! Ocean  tracers:  horizontal & vertical advective trend (2nd/4th order Flux Corrected Transport method)
5   !!==============================================================================
6   !! History :  3.7  !  2015-09  (L. Debreu, G. Madec)  original code (inspired from traadv_tvd.F90)
7   !!----------------------------------------------------------------------
8
9   !!----------------------------------------------------------------------
10   !!  tra_adv_fct    : update the tracer trend with a 3D advective trends using a 2nd or 4th order FCT scheme
11   !!                   with sub-time-stepping in the vertical direction
12   !!  nonosc         : compute monotonic tracer fluxes by a non-oscillatory algorithm
13   !!  interp_4th_cpt : 4th order compact scheme for the vertical component of the advection
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   USE oce            ! ocean dynamics and active tracers
16   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
17   USE trc_oce        ! share passive tracers/Ocean variables
18   USE trd_oce        ! trends: ocean variables
19   USE trdtra         ! tracers trends
20   USE diaptr         ! poleward transport diagnostics
21   USE diaar5         ! AR5 diagnostics
22   USE phycst  , ONLY : rau0_rcp
23   !
24   USE in_out_manager ! I/O manager
25   USE iom            !
26   USE lib_mpp        ! MPP library
27   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary condition (or mpp link)
28   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
29   USE timing         ! Timing
30
31   IMPLICIT NONE
32   PRIVATE
33
34   PUBLIC   tra_adv_fct        ! called by traadv.F90
35   PUBLIC   interp_4th_cpt     ! called by traadv_cen.F90
36
37   LOGICAL  ::   l_trd   ! flag to compute trends
38   LOGICAL  ::   l_ptr   ! flag to compute poleward transport
39   LOGICAL  ::   l_hst   ! flag to compute heat/salt transport
40   REAL(wp) ::   r1_6 = 1._wp / 6._wp   ! =1/6
41
42   !                                        ! tridiag solver associated indices:
43   INTEGER, PARAMETER ::   np_NH   = 0   ! Neumann homogeneous boundary condition
44   INTEGER, PARAMETER ::   np_CEN2 = 1   ! 2nd order centered  boundary condition
45
46   !! * Substitutions
47#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
48   !!----------------------------------------------------------------------
49   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2017)
50   !! $Id$
51   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
52   !!----------------------------------------------------------------------
53CONTAINS
54
55   SUBROUTINE tra_adv_fct( kt, kit000, cdtype, p2dt, pun, pvn, pwn,       &
56      &                                              ptb, ptn, pta, kjpt, kn_fct_h, kn_fct_v )
57      !!----------------------------------------------------------------------
58      !!                  ***  ROUTINE tra_adv_fct  ***
59      !!
60      !! **  Purpose :   Compute the now trend due to total advection of tracers
61      !!               and add it to the general trend of tracer equations
62      !!
63      !! **  Method  : - 2nd or 4th FCT scheme on the horizontal direction
64      !!               (choice through the value of kn_fct)
65      !!               - on the vertical the 4th order is a compact scheme
66      !!               - corrected flux (monotonic correction)
67      !!
68      !! ** Action : - update pta  with the now advective tracer trends
69      !!             - send trends to trdtra module for further diagnostics (l_trdtra=T)
70      !!             - htr_adv, str_adv : poleward advective heat and salt transport (ln_diaptr=T)
71      !!----------------------------------------------------------------------
72      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   kt              ! ocean time-step index
73      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   kit000          ! first time step index
74      CHARACTER(len=3)                     , INTENT(in   ) ::   cdtype          ! =TRA or TRC (tracer indicator)
75      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   kjpt            ! number of tracers
76      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   kn_fct_h        ! order of the FCT scheme (=2 or 4)
77      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   kn_fct_v        ! order of the FCT scheme (=2 or 4)
78      REAL(wp)                             , INTENT(in   ) ::   p2dt            ! tracer time-step
79      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk     ), INTENT(in   ) ::   pun, pvn, pwn   ! 3 ocean velocity components
80      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt), INTENT(in   ) ::   ptb, ptn        ! before and now tracer fields
81      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt), INTENT(inout) ::   pta             ! tracer trend
82      !
83      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn                           ! dummy loop indices 
84      REAL(wp) ::   ztra                                     ! local scalar
85      REAL(wp) ::   zfp_ui, zfp_vj, zfp_wk, zC2t_u, zC4t_u   !   -      -
86      REAL(wp) ::   zfm_ui, zfm_vj, zfm_wk, zC2t_v, zC4t_v   !   -      -
87      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk)        ::   zwi, zwx, zwy, zwz, ztu, ztv, zltu, zltv, ztw
88      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::   ztrdx, ztrdy, ztrdz, zptry
89      !!----------------------------------------------------------------------
90      !
91      IF( ln_timing )   CALL timing_start('tra_adv_fct')
92      !
93      IF( kt == kit000 )  THEN
94         IF(lwp) WRITE(numout,*)
95         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'tra_adv_fct : FCT advection scheme on ', cdtype
96         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
97      ENDIF
98      !
99      l_trd = .FALSE.            ! set local switches
100      l_hst = .FALSE.
101      l_ptr = .FALSE.
102      IF( ( cdtype =='TRA' .AND. l_trdtra  ) .OR. ( cdtype =='TRC' .AND. l_trdtrc ) )       l_trd = .TRUE.
103      IF(   cdtype =='TRA' .AND. ln_diaptr )                                                l_ptr = .TRUE. 
104      IF(   cdtype =='TRA' .AND. ( iom_use("uadv_heattr") .OR. iom_use("vadv_heattr") .OR.  &
105         &                         iom_use("uadv_salttr") .OR. iom_use("vadv_salttr")  ) )  l_hst = .TRUE.
106      !
107      IF( l_trd .OR. l_hst )  THEN
108         ALLOCATE( ztrdx(jpi,jpj,jpk), ztrdy(jpi,jpj,jpk), ztrdz(jpi,jpj,jpk) )
109         ztrdx(:,:,:) = 0._wp   ;    ztrdy(:,:,:) = 0._wp   ;   ztrdz(:,:,:) = 0._wp
110      ENDIF
111      !
112      IF( l_ptr ) THEN 
113         ALLOCATE( zptry(jpi,jpj,jpk) )
114         zptry(:,:,:) = 0._wp
115      ENDIF
116      !                          ! surface & bottom value : flux set to zero one for all
117      zwz(:,:, 1 ) = 0._wp           
118      zwx(:,:,jpk) = 0._wp   ;   zwy(:,:,jpk) = 0._wp    ;    zwz(:,:,jpk) = 0._wp
119      !
120      zwi(:,:,:) = 0._wp       
121      !
122      DO jn = 1, kjpt            !==  loop over the tracers  ==!
123         !
124         !        !==  upstream advection with initial mass fluxes & intermediate update  ==!
125         !                    !* upstream tracer flux in the i and j direction
126         DO jk = 1, jpkm1
127            DO jj = 1, jpjm1
128               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
129                  ! upstream scheme
130                  zfp_ui = pun(ji,jj,jk) + ABS( pun(ji,jj,jk) )
131                  zfm_ui = pun(ji,jj,jk) - ABS( pun(ji,jj,jk) )
132                  zfp_vj = pvn(ji,jj,jk) + ABS( pvn(ji,jj,jk) )
133                  zfm_vj = pvn(ji,jj,jk) - ABS( pvn(ji,jj,jk) )
134                  zwx(ji,jj,jk) = 0.5 * ( zfp_ui * ptb(ji,jj,jk,jn) + zfm_ui * ptb(ji+1,jj  ,jk,jn) )
135                  zwy(ji,jj,jk) = 0.5 * ( zfp_vj * ptb(ji,jj,jk,jn) + zfm_vj * ptb(ji  ,jj+1,jk,jn) )
136               END DO
137            END DO
138         END DO
139         !                    !* upstream tracer flux in the k direction *!
140         DO jk = 2, jpkm1        ! Interior value ( multiplied by wmask)
141            DO jj = 1, jpj
142               DO ji = 1, jpi
143                  zfp_wk = pwn(ji,jj,jk) + ABS( pwn(ji,jj,jk) )
144                  zfm_wk = pwn(ji,jj,jk) - ABS( pwn(ji,jj,jk) )
145                  zwz(ji,jj,jk) = 0.5 * ( zfp_wk * ptb(ji,jj,jk,jn) + zfm_wk * ptb(ji,jj,jk-1,jn) ) * wmask(ji,jj,jk)
146               END DO
147            END DO
148         END DO
149         IF( ln_linssh ) THEN    ! top ocean value (only in linear free surface as zwz has been w-masked)
150            IF( ln_isfcav ) THEN             ! top of the ice-shelf cavities and at the ocean surface
151               DO jj = 1, jpj
152                  DO ji = 1, jpi
153                     zwz(ji,jj, mikt(ji,jj) ) = pwn(ji,jj,mikt(ji,jj)) * ptb(ji,jj,mikt(ji,jj),jn)   ! linear free surface
154                  END DO
155               END DO   
156            ELSE                             ! no cavities: only at the ocean surface
157               zwz(:,:,1) = pwn(:,:,1) * ptb(:,:,1,jn)
158            ENDIF
159         ENDIF
160         !               
161         DO jk = 1, jpkm1     !* trend and after field with monotonic scheme
162            DO jj = 2, jpjm1
163               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
164                  !                             ! total intermediate advective trends
165                  ztra = - (  zwx(ji,jj,jk) - zwx(ji-1,jj  ,jk  )   &
166                     &      + zwy(ji,jj,jk) - zwy(ji  ,jj-1,jk  )   &
167                     &      + zwz(ji,jj,jk) - zwz(ji  ,jj  ,jk+1) ) * r1_e1e2t(ji,jj)
168                  !                             ! update and guess with monotonic sheme
169                  pta(ji,jj,jk,jn) =                     pta(ji,jj,jk,jn) +        ztra   / e3t_n(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk)
170                  zwi(ji,jj,jk)    = ( e3t_b(ji,jj,jk) * ptb(ji,jj,jk,jn) + p2dt * ztra ) / e3t_a(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk)
171               END DO
172            END DO
173         END DO
174         CALL lbc_lnk( zwi, 'T', 1. )  ! Lateral boundary conditions on zwi  (unchanged sign)
175         !               
176         IF( l_trd .OR. l_hst )  THEN             ! trend diagnostics (contribution of upstream fluxes)
177            ztrdx(:,:,:) = zwx(:,:,:)   ;   ztrdy(:,:,:) = zwy(:,:,:)   ;   ztrdz(:,:,:) = zwz(:,:,:)
178         END IF
179         !                             ! "Poleward" heat and salt transports (contribution of upstream fluxes)
180         IF( l_ptr )   zptry(:,:,:) = zwy(:,:,:) 
181         !
182         !        !==  anti-diffusive flux : high order minus low order  ==!
183         !
184         SELECT CASE( kn_fct_h )    !* horizontal anti-diffusive fluxes
185         !
186         CASE(  2  )                   !- 2nd order centered
187            DO jk = 1, jpkm1
188               DO jj = 1, jpjm1
189                  DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
190                     zwx(ji,jj,jk) = 0.5_wp * pun(ji,jj,jk) * ( ptn(ji,jj,jk,jn) + ptn(ji+1,jj,jk,jn) ) - zwx(ji,jj,jk)
191                     zwy(ji,jj,jk) = 0.5_wp * pvn(ji,jj,jk) * ( ptn(ji,jj,jk,jn) + ptn(ji,jj+1,jk,jn) ) - zwy(ji,jj,jk)
192                  END DO
193               END DO
194            END DO
195            !
196         CASE(  4  )                   !- 4th order centered
197            zltu(:,:,jpk) = 0._wp            ! Bottom value : flux set to zero
198            zltv(:,:,jpk) = 0._wp
199            DO jk = 1, jpkm1                 ! Laplacian
200               DO jj = 1, jpjm1                    ! 1st derivative (gradient)
201                  DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
202                     ztu(ji,jj,jk) = ( ptn(ji+1,jj  ,jk,jn) - ptn(ji,jj,jk,jn) ) * umask(ji,jj,jk)
203                     ztv(ji,jj,jk) = ( ptn(ji  ,jj+1,jk,jn) - ptn(ji,jj,jk,jn) ) * vmask(ji,jj,jk)
204                  END DO
205               END DO
206               DO jj = 2, jpjm1                    ! 2nd derivative * 1/ 6
207                  DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
208                     zltu(ji,jj,jk) = (  ztu(ji,jj,jk) + ztu(ji-1,jj,jk)  ) * r1_6
209                     zltv(ji,jj,jk) = (  ztv(ji,jj,jk) + ztv(ji,jj-1,jk)  ) * r1_6
210                  END DO
211               END DO
212            END DO
213            CALL lbc_lnk( zltu, 'T', 1. )   ;    CALL lbc_lnk( zltv, 'T', 1. )   ! Lateral boundary cond. (unchanged sgn)
214            !
215            DO jk = 1, jpkm1                 ! Horizontal advective fluxes
216               DO jj = 1, jpjm1
217                  DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
218                     zC2t_u = ptn(ji,jj,jk,jn) + ptn(ji+1,jj  ,jk,jn)   ! 2 x C2 interpolation of T at u- & v-points
219                     zC2t_v = ptn(ji,jj,jk,jn) + ptn(ji  ,jj+1,jk,jn)
220                     !                                                  ! C4 minus upstream advective fluxes
221                     zwx(ji,jj,jk) =  0.5_wp * pun(ji,jj,jk) * ( zC2t_u + zltu(ji,jj,jk) - zltu(ji+1,jj,jk) ) - zwx(ji,jj,jk)
222                     zwy(ji,jj,jk) =  0.5_wp * pvn(ji,jj,jk) * ( zC2t_v + zltv(ji,jj,jk) - zltv(ji,jj+1,jk) ) - zwy(ji,jj,jk)
223                  END DO
224               END DO
225            END DO         
226            !
227         CASE(  41 )                   !- 4th order centered       ==>>   !!gm coding attempt   need to be tested
228            ztu(:,:,jpk) = 0._wp             ! Bottom value : flux set to zero
229            ztv(:,:,jpk) = 0._wp
230            DO jk = 1, jpkm1                 ! 1st derivative (gradient)
231               DO jj = 1, jpjm1
232                  DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
233                     ztu(ji,jj,jk) = ( ptn(ji+1,jj  ,jk,jn) - ptn(ji,jj,jk,jn) ) * umask(ji,jj,jk)
234                     ztv(ji,jj,jk) = ( ptn(ji  ,jj+1,jk,jn) - ptn(ji,jj,jk,jn) ) * vmask(ji,jj,jk)
235                  END DO
236               END DO
237            END DO
238            CALL lbc_lnk( ztu, 'U', -1. )   ;    CALL lbc_lnk( ztv, 'V', -1. )   ! Lateral boundary cond. (unchanged sgn)
239            !
240            DO jk = 1, jpkm1                 ! Horizontal advective fluxes
241               DO jj = 2, jpjm1
242                  DO ji = 2, fs_jpim1   ! vector opt.
243                     zC2t_u = ptn(ji,jj,jk,jn) + ptn(ji+1,jj  ,jk,jn)   ! 2 x C2 interpolation of T at u- & v-points (x2)
244                     zC2t_v = ptn(ji,jj,jk,jn) + ptn(ji  ,jj+1,jk,jn)
245                     !                                                  ! C4 interpolation of T at u- & v-points (x2)
246                     zC4t_u =  zC2t_u + r1_6 * ( ztu(ji-1,jj  ,jk) - ztu(ji+1,jj  ,jk) )
247                     zC4t_v =  zC2t_v + r1_6 * ( ztv(ji  ,jj-1,jk) - ztv(ji  ,jj+1,jk) )
248                     !                                                  ! C4 minus upstream advective fluxes
249                     zwx(ji,jj,jk) =  0.5_wp * pun(ji,jj,jk) * zC4t_u - zwx(ji,jj,jk)
250                     zwy(ji,jj,jk) =  0.5_wp * pvn(ji,jj,jk) * zC4t_v - zwy(ji,jj,jk)
251                  END DO
252               END DO
253            END DO
254            !
255         END SELECT
256         !                     
257         SELECT CASE( kn_fct_v )    !* vertical anti-diffusive fluxes (w-masked interior values)
258         !
259         CASE(  2  )                   !- 2nd order centered
260            DO jk = 2, jpkm1   
261               DO jj = 2, jpjm1
262                  DO ji = fs_2, fs_jpim1
263                     zwz(ji,jj,jk) =  (  pwn(ji,jj,jk) * 0.5_wp * ( ptn(ji,jj,jk,jn) + ptn(ji,jj,jk-1,jn) )   &
264                        &              - zwz(ji,jj,jk)  ) * wmask(ji,jj,jk)
265                  END DO
266               END DO
267            END DO
268            !
269         CASE(  4  )                   !- 4th order COMPACT
270            CALL interp_4th_cpt( ptn(:,:,:,jn) , ztw )   ! zwt = COMPACT interpolation of T at w-point
271            DO jk = 2, jpkm1
272               DO jj = 2, jpjm1
273                  DO ji = fs_2, fs_jpim1
274                     zwz(ji,jj,jk) = ( pwn(ji,jj,jk) * ztw(ji,jj,jk) - zwz(ji,jj,jk) ) * wmask(ji,jj,jk)
275                  END DO
276               END DO
277            END DO
278            !
279         END SELECT
280         IF( ln_linssh ) THEN    ! top ocean value: high order = upstream  ==>>  zwz=0
281            zwz(:,:,1) = 0._wp   ! only ocean surface as interior zwz values have been w-masked
282         ENDIF
283         !
284         CALL lbc_lnk( zwx, 'U', -1. )   ;   CALL lbc_lnk( zwy, 'V', -1. )         ! Lateral bondary conditions
285         CALL lbc_lnk( zwz, 'W',  1. )
286         !
287         !        !==  monotonicity algorithm  ==!
288         !
289         CALL nonosc( ptb(:,:,:,jn), zwx, zwy, zwz, zwi, p2dt )
290         !
291         !        !==  final trend with corrected fluxes  ==!
292         !
293         DO jk = 1, jpkm1
294            DO jj = 2, jpjm1
295               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt. 
296                  pta(ji,jj,jk,jn) = pta(ji,jj,jk,jn) - (  zwx(ji,jj,jk) - zwx(ji-1,jj  ,jk  )   &
297                     &                                   + zwy(ji,jj,jk) - zwy(ji  ,jj-1,jk  )   &
298                     &                                   + zwz(ji,jj,jk) - zwz(ji  ,jj  ,jk+1) ) &
299                     &                                * r1_e1e2t(ji,jj) / e3t_n(ji,jj,jk)
300               END DO
301            END DO
302         END DO
303         !
304         IF( l_trd .OR. l_hst ) THEN   ! trend diagnostics // heat/salt transport
305            ztrdx(:,:,:) = ztrdx(:,:,:) + zwx(:,:,:)  ! <<< add anti-diffusive fluxes
306            ztrdy(:,:,:) = ztrdy(:,:,:) + zwy(:,:,:)  !     to upstream fluxes
307            ztrdz(:,:,:) = ztrdz(:,:,:) + zwz(:,:,:)  !
308            !
309            IF( l_trd ) THEN              ! trend diagnostics
310               CALL trd_tra( kt, cdtype, jn, jptra_xad, ztrdx, pun, ptn(:,:,:,jn) )
311               CALL trd_tra( kt, cdtype, jn, jptra_yad, ztrdy, pvn, ptn(:,:,:,jn) )
312               CALL trd_tra( kt, cdtype, jn, jptra_zad, ztrdz, pwn, ptn(:,:,:,jn) )
313            ENDIF
314            !                             ! heat/salt transport
315            IF( l_hst )   CALL dia_ar5_hst( jn, 'adv', ztrdx(:,:,:), ztrdy(:,:,:) )
316            !
317            DEALLOCATE( ztrdx, ztrdy, ztrdz )
318         ENDIF
319         IF( l_ptr ) THEN              ! "Poleward" transports
320            zptry(:,:,:) = zptry(:,:,:) + zwy(:,:,:)  ! <<< add anti-diffusive fluxes
321            CALL dia_ptr_hst( jn, 'adv', zptry(:,:,:) )
322            DEALLOCATE( zptry )
323         ENDIF
324         !
325      END DO                     ! end of tracer loop
326      !
327      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('tra_adv_fct')
328      !
329   END SUBROUTINE tra_adv_fct
330
331
332   SUBROUTINE nonosc( pbef, paa, pbb, pcc, paft, p2dt )
333      !!---------------------------------------------------------------------
334      !!                    ***  ROUTINE nonosc  ***
335      !!     
336      !! **  Purpose :   compute monotonic tracer fluxes from the upstream
337      !!       scheme and the before field by a nonoscillatory algorithm
338      !!
339      !! **  Method  :   ... ???
340      !!       warning : pbef and paft must be masked, but the boundaries
341      !!       conditions on the fluxes are not necessary zalezak (1979)
342      !!       drange (1995) multi-dimensional forward-in-time and upstream-
343      !!       in-space based differencing for fluid
344      !!----------------------------------------------------------------------
345      REAL(wp)                         , INTENT(in   ) ::   p2dt            ! tracer time-step
346      REAL(wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpk), INTENT(in   ) ::   pbef, paft      ! before & after field
347      REAL(wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpk), INTENT(inout) ::   paa, pbb, pcc   ! monotonic fluxes in the 3 directions
348      !
349      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
350      INTEGER  ::   ikm1         ! local integer
351      REAL(wp) ::   zpos, zneg, zbt, za, zb, zc, zbig, zrtrn    ! local scalars
352      REAL(wp) ::   zau, zbu, zcu, zav, zbv, zcv, zup, zdo            !   -      -
353      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: zbetup, zbetdo, zbup, zbdo
354      !!----------------------------------------------------------------------
355      !
356      IF( ln_timing )   CALL timing_start('nonosc')
357      !
358      zbig  = 1.e+40_wp
359      zrtrn = 1.e-15_wp
360      zbetup(:,:,:) = 0._wp   ;   zbetdo(:,:,:) = 0._wp
361
362      ! Search local extrema
363      ! --------------------
364      ! max/min of pbef & paft with large negative/positive value (-/+zbig) inside land
365      zbup = MAX( pbef * tmask - zbig * ( 1._wp - tmask ),   &
366         &        paft * tmask - zbig * ( 1._wp - tmask )  )
367      zbdo = MIN( pbef * tmask + zbig * ( 1._wp - tmask ),   &
368         &        paft * tmask + zbig * ( 1._wp - tmask )  )
369
370      DO jk = 1, jpkm1
371         ikm1 = MAX(jk-1,1)
372         DO jj = 2, jpjm1
373            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
374
375               ! search maximum in neighbourhood
376               zup = MAX(  zbup(ji  ,jj  ,jk  ),   &
377                  &        zbup(ji-1,jj  ,jk  ), zbup(ji+1,jj  ,jk  ),   &
378                  &        zbup(ji  ,jj-1,jk  ), zbup(ji  ,jj+1,jk  ),   &
379                  &        zbup(ji  ,jj  ,ikm1), zbup(ji  ,jj  ,jk+1)  )
380
381               ! search minimum in neighbourhood
382               zdo = MIN(  zbdo(ji  ,jj  ,jk  ),   &
383                  &        zbdo(ji-1,jj  ,jk  ), zbdo(ji+1,jj  ,jk  ),   &
384                  &        zbdo(ji  ,jj-1,jk  ), zbdo(ji  ,jj+1,jk  ),   &
385                  &        zbdo(ji  ,jj  ,ikm1), zbdo(ji  ,jj  ,jk+1)  )
386
387               ! positive part of the flux
388               zpos = MAX( 0., paa(ji-1,jj  ,jk  ) ) - MIN( 0., paa(ji  ,jj  ,jk  ) )   &
389                  & + MAX( 0., pbb(ji  ,jj-1,jk  ) ) - MIN( 0., pbb(ji  ,jj  ,jk  ) )   &
390                  & + MAX( 0., pcc(ji  ,jj  ,jk+1) ) - MIN( 0., pcc(ji  ,jj  ,jk  ) )
391
392               ! negative part of the flux
393               zneg = MAX( 0., paa(ji  ,jj  ,jk  ) ) - MIN( 0., paa(ji-1,jj  ,jk  ) )   &
394                  & + MAX( 0., pbb(ji  ,jj  ,jk  ) ) - MIN( 0., pbb(ji  ,jj-1,jk  ) )   &
395                  & + MAX( 0., pcc(ji  ,jj  ,jk  ) ) - MIN( 0., pcc(ji  ,jj  ,jk+1) )
396
397               ! up & down beta terms
398               zbt = e1e2t(ji,jj) * e3t_n(ji,jj,jk) / p2dt
399               zbetup(ji,jj,jk) = ( zup            - paft(ji,jj,jk) ) / ( zpos + zrtrn ) * zbt
400               zbetdo(ji,jj,jk) = ( paft(ji,jj,jk) - zdo            ) / ( zneg + zrtrn ) * zbt
401            END DO
402         END DO
403      END DO
404      CALL lbc_lnk( zbetup, 'T', 1. )   ;   CALL lbc_lnk( zbetdo, 'T', 1. )   ! lateral boundary cond. (unchanged sign)
405
406      ! 3. monotonic flux in the i & j direction (paa & pbb)
407      ! ----------------------------------------
408      DO jk = 1, jpkm1
409         DO jj = 2, jpjm1
410            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
411               zau = MIN( 1._wp, zbetdo(ji,jj,jk), zbetup(ji+1,jj,jk) )
412               zbu = MIN( 1._wp, zbetup(ji,jj,jk), zbetdo(ji+1,jj,jk) )
413               zcu =       ( 0.5  + SIGN( 0.5 , paa(ji,jj,jk) ) )
414               paa(ji,jj,jk) = paa(ji,jj,jk) * ( zcu * zau + ( 1._wp - zcu) * zbu )
415
416               zav = MIN( 1._wp, zbetdo(ji,jj,jk), zbetup(ji,jj+1,jk) )
417               zbv = MIN( 1._wp, zbetup(ji,jj,jk), zbetdo(ji,jj+1,jk) )
418               zcv =       ( 0.5  + SIGN( 0.5 , pbb(ji,jj,jk) ) )
419               pbb(ji,jj,jk) = pbb(ji,jj,jk) * ( zcv * zav + ( 1._wp - zcv) * zbv )
420
421      ! monotonic flux in the k direction, i.e. pcc
422      ! -------------------------------------------
423               za = MIN( 1., zbetdo(ji,jj,jk+1), zbetup(ji,jj,jk) )
424               zb = MIN( 1., zbetup(ji,jj,jk+1), zbetdo(ji,jj,jk) )
425               zc =       ( 0.5  + SIGN( 0.5 , pcc(ji,jj,jk+1) ) )
426               pcc(ji,jj,jk+1) = pcc(ji,jj,jk+1) * ( zc * za + ( 1._wp - zc) * zb )
427            END DO
428         END DO
429      END DO
430      CALL lbc_lnk( paa, 'U', -1. )   ;   CALL lbc_lnk( pbb, 'V', -1. )   ! lateral boundary condition (changed sign)
431      !
432      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('nonosc')
433      !
434   END SUBROUTINE nonosc
435
436
437   SUBROUTINE interp_4th_cpt_org( pt_in, pt_out )
438      !!----------------------------------------------------------------------
439      !!                  ***  ROUTINE interp_4th_cpt_org  ***
440      !!
441      !! **  Purpose :   Compute the interpolation of tracer at w-point
442      !!
443      !! **  Method  :   4th order compact interpolation
444      !!----------------------------------------------------------------------
445      REAL(wp),DIMENSION(jpi,jpj,jpk), INTENT(in   ) ::   pt_in    ! now tracer fields
446      REAL(wp),DIMENSION(jpi,jpj,jpk), INTENT(  out) ::   pt_out   ! now tracer field interpolated at w-pts
447      !
448      INTEGER :: ji, jj, jk   ! dummy loop integers
449      REAL(wp),DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: zwd, zwi, zws, zwrm, zwt
450      !!----------------------------------------------------------------------
451     
452      DO jk = 3, jpkm1        !==  build the three diagonal matrix  ==!
453         DO jj = 1, jpj
454            DO ji = 1, jpi
455               zwd (ji,jj,jk) = 4._wp
456               zwi (ji,jj,jk) = 1._wp
457               zws (ji,jj,jk) = 1._wp
458               zwrm(ji,jj,jk) = 3._wp * ( pt_in(ji,jj,jk-1) + pt_in(ji,jj,jk) )
459               !
460               IF( tmask(ji,jj,jk+1) == 0._wp) THEN   ! Switch to second order centered at bottom
461                  zwd (ji,jj,jk) = 1._wp
462                  zwi (ji,jj,jk) = 0._wp
463                  zws (ji,jj,jk) = 0._wp
464                  zwrm(ji,jj,jk) = 0.5 * ( pt_in(ji,jj,jk-1) + pt_in(ji,jj,jk) )   
465               ENDIF
466            END DO
467         END DO
468      END DO
469      !
470      jk = 2                                          ! Switch to second order centered at top
471      DO jj = 1, jpj
472         DO ji = 1, jpi
473            zwd (ji,jj,jk) = 1._wp
474            zwi (ji,jj,jk) = 0._wp
475            zws (ji,jj,jk) = 0._wp
476            zwrm(ji,jj,jk) = 0.5 * ( pt_in(ji,jj,jk-1) + pt_in(ji,jj,jk) )
477         END DO
478      END DO   
479      !
480      !                       !==  tridiagonal solve  ==!
481      DO jj = 1, jpj                ! first recurrence
482         DO ji = 1, jpi
483            zwt(ji,jj,2) = zwd(ji,jj,2)
484         END DO
485      END DO
486      DO jk = 3, jpkm1
487         DO jj = 1, jpj
488            DO ji = 1, jpi
489               zwt(ji,jj,jk) = zwd(ji,jj,jk) - zwi(ji,jj,jk) * zws(ji,jj,jk-1) /zwt(ji,jj,jk-1)
490            END DO
491         END DO
492      END DO
493      !
494      DO jj = 1, jpj                ! second recurrence:    Zk = Yk - Ik / Tk-1  Zk-1
495         DO ji = 1, jpi
496            pt_out(ji,jj,2) = zwrm(ji,jj,2)
497         END DO
498      END DO
499      DO jk = 3, jpkm1
500         DO jj = 1, jpj
501            DO ji = 1, jpi
502               pt_out(ji,jj,jk) = zwrm(ji,jj,jk) - zwi(ji,jj,jk) / zwt(ji,jj,jk-1) *pt_out(ji,jj,jk-1)             
503            END DO
504         END DO
505      END DO
506
507      DO jj = 1, jpj                ! third recurrence: Xk = (Zk - Sk Xk+1 ) / Tk
508         DO ji = 1, jpi
509            pt_out(ji,jj,jpkm1) = pt_out(ji,jj,jpkm1) / zwt(ji,jj,jpkm1)
510         END DO
511      END DO
512      DO jk = jpk-2, 2, -1
513         DO jj = 1, jpj
514            DO ji = 1, jpi
515               pt_out(ji,jj,jk) = ( pt_out(ji,jj,jk) - zws(ji,jj,jk) * pt_out(ji,jj,jk+1) ) / zwt(ji,jj,jk)
516            END DO
517         END DO
518      END DO
519      !   
520   END SUBROUTINE interp_4th_cpt_org
521   
522
523   SUBROUTINE interp_4th_cpt( pt_in, pt_out )
524      !!----------------------------------------------------------------------
525      !!                  ***  ROUTINE interp_4th_cpt  ***
526      !!
527      !! **  Purpose :   Compute the interpolation of tracer at w-point
528      !!
529      !! **  Method  :   4th order compact interpolation
530      !!----------------------------------------------------------------------
531      REAL(wp),DIMENSION(jpi,jpj,jpk), INTENT(in   ) ::   pt_in    ! field at t-point
532      REAL(wp),DIMENSION(jpi,jpj,jpk), INTENT(  out) ::   pt_out   ! field interpolated at w-point
533      !
534      INTEGER ::   ji, jj, jk   ! dummy loop integers
535      INTEGER ::   ikt, ikb     ! local integers
536      REAL(wp),DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: zwd, zwi, zws, zwrm, zwt
537      !!----------------------------------------------------------------------
538      !
539      !                      !==  build the three diagonal matrix & the RHS  ==!
540      !
541      DO jk = 3, jpkm1                 ! interior (from jk=3 to jpk-1)
542         DO jj = 2, jpjm1
543            DO ji = fs_2, fs_jpim1
544               zwd (ji,jj,jk) = 3._wp * wmask(ji,jj,jk) + 1._wp                 !       diagonal
545               zwi (ji,jj,jk) =         wmask(ji,jj,jk)                         ! lower diagonal
546               zws (ji,jj,jk) =         wmask(ji,jj,jk)                         ! upper diagonal
547               zwrm(ji,jj,jk) = 3._wp * wmask(ji,jj,jk)                     &   ! RHS
548                  &           *       ( pt_in(ji,jj,jk) + pt_in(ji,jj,jk-1) )
549            END DO
550         END DO
551      END DO
552      !
553!!gm
554!      SELECT CASE( kbc )               !* boundary condition
555!      CASE( np_NH   )   ! Neumann homogeneous at top & bottom
556!      CASE( np_CEN2 )   ! 2nd order centered  at top & bottom
557!      END SELECT
558!!gm 
559      !
560      DO jj = 2, jpjm1                 ! 2nd order centered at top & bottom
561         DO ji = fs_2, fs_jpim1
562            ikt = mikt(ji,jj) + 1            ! w-point below the 1st  wet point
563            ikb = mbkt(ji,jj)                !     -   above the last wet point
564            !
565            zwd (ji,jj,ikt) = 1._wp          ! top
566            zwi (ji,jj,ikt) = 0._wp
567            zws (ji,jj,ikt) = 0._wp
568            zwrm(ji,jj,ikt) = 0.5_wp * ( pt_in(ji,jj,jk-1) + pt_in(ji,jj,jk) )
569            !
570            zwd (ji,jj,ikb) = 1._wp          ! bottom
571            zwi (ji,jj,ikb) = 0._wp
572            zws (ji,jj,ikb) = 0._wp
573            zwrm(ji,jj,ikb) = 0.5_wp * ( pt_in(ji,jj,jk-1) + pt_in(ji,jj,jk) )           
574         END DO
575      END DO   
576      !
577      !                       !==  tridiagonal solver  ==!
578      !
579      DO jj = 2, jpjm1              !* 1st recurrence:   Tk = Dk - Ik Sk-1 / Tk-1
580         DO ji = fs_2, fs_jpim1
581            zwt(ji,jj,2) = zwd(ji,jj,2)
582         END DO
583      END DO
584      DO jk = 3, jpkm1
585         DO jj = 2, jpjm1
586            DO ji = fs_2, fs_jpim1
587               zwt(ji,jj,jk) = zwd(ji,jj,jk) - zwi(ji,jj,jk) * zws(ji,jj,jk-1) /zwt(ji,jj,jk-1)
588            END DO
589         END DO
590      END DO
591      !
592      DO jj = 2, jpjm1              !* 2nd recurrence:    Zk = Yk - Ik / Tk-1  Zk-1
593         DO ji = fs_2, fs_jpim1
594            pt_out(ji,jj,2) = zwrm(ji,jj,2)
595         END DO
596      END DO
597      DO jk = 3, jpkm1
598         DO jj = 2, jpjm1
599            DO ji = fs_2, fs_jpim1
600               pt_out(ji,jj,jk) = zwrm(ji,jj,jk) - zwi(ji,jj,jk) / zwt(ji,jj,jk-1) *pt_out(ji,jj,jk-1)             
601            END DO
602         END DO
603      END DO
604
605      DO jj = 2, jpjm1              !* 3d recurrence:    Xk = (Zk - Sk Xk+1 ) / Tk
606         DO ji = fs_2, fs_jpim1
607            pt_out(ji,jj,jpkm1) = pt_out(ji,jj,jpkm1) / zwt(ji,jj,jpkm1)
608         END DO
609      END DO
610      DO jk = jpk-2, 2, -1
611         DO jj = 2, jpjm1
612            DO ji = fs_2, fs_jpim1
613               pt_out(ji,jj,jk) = ( pt_out(ji,jj,jk) - zws(ji,jj,jk) * pt_out(ji,jj,jk+1) ) / zwt(ji,jj,jk)
614            END DO
615         END DO
616      END DO
617      !   
618   END SUBROUTINE interp_4th_cpt
619
620
621   SUBROUTINE tridia_solver( pD, pU, pL, pRHS, pt_out , klev )
622      !!----------------------------------------------------------------------
623      !!                  ***  ROUTINE tridia_solver  ***
624      !!
625      !! **  Purpose :   solve a symmetric 3diagonal system
626      !!
627      !! **  Method  :   solve M.t_out = RHS(t)  where M is a tri diagonal matrix ( jpk*jpk )
628      !!     
629      !!             ( D_1 U_1  0   0   0  )( t_1 )   ( RHS_1 )
630      !!             ( L_2 D_2 U_2  0   0  )( t_2 )   ( RHS_2 )
631      !!             (  0  L_3 D_3 U_3  0  )( t_3 ) = ( RHS_3 )
632      !!             (        ...          )( ... )   ( ...  )
633      !!             (  0   0   0  L_k D_k )( t_k )   ( RHS_k )
634      !!     
635      !!        M is decomposed in the product of an upper and lower triangular matrix.
636      !!        The tri-diagonals matrix is given as input 3D arrays:   pD, pU, pL
637      !!        (i.e. the Diagonal, the Upper diagonal, and the Lower diagonal).
638      !!        The solution is pta.
639      !!        The 3d array zwt is used as a work space array.
640      !!----------------------------------------------------------------------
641      REAL(wp),DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   pD, pU, PL    ! 3-diagonal matrix
642      REAL(wp),DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   pRHS          ! Right-Hand-Side
643      REAL(wp),DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   pt_out        !!gm field at level=F(klev)
644      INTEGER                  , INTENT(in   ) ::   klev          ! =1 pt_out at w-level
645      !                                                           ! =0 pt at t-level
646      INTEGER ::   ji, jj, jk   ! dummy loop integers
647      INTEGER ::   kstart       ! local indices
648      REAL(wp),DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zwt   ! 3D work array
649      !!----------------------------------------------------------------------
650      !
651      kstart =  1  + klev
652      !
653      DO jj = 2, jpjm1              !* 1st recurrence:   Tk = Dk - Ik Sk-1 / Tk-1
654         DO ji = fs_2, fs_jpim1
655            zwt(ji,jj,kstart) = pD(ji,jj,kstart)
656         END DO
657      END DO
658      DO jk = kstart+1, jpkm1
659         DO jj = 2, jpjm1
660            DO ji = fs_2, fs_jpim1
661               zwt(ji,jj,jk) = pD(ji,jj,jk) - pL(ji,jj,jk) * pU(ji,jj,jk-1) /zwt(ji,jj,jk-1)
662            END DO
663         END DO
664      END DO
665      !
666      DO jj = 2, jpjm1              !* 2nd recurrence:    Zk = Yk - Ik / Tk-1  Zk-1
667         DO ji = fs_2, fs_jpim1
668            pt_out(ji,jj,kstart) = pRHS(ji,jj,kstart)
669         END DO
670      END DO
671      DO jk = kstart+1, jpkm1
672         DO jj = 2, jpjm1
673            DO ji = fs_2, fs_jpim1
674               pt_out(ji,jj,jk) = pRHS(ji,jj,jk) - pL(ji,jj,jk) / zwt(ji,jj,jk-1) *pt_out(ji,jj,jk-1)             
675            END DO
676         END DO
677      END DO
678
679      DO jj = 2, jpjm1              !* 3d recurrence:    Xk = (Zk - Sk Xk+1 ) / Tk
680         DO ji = fs_2, fs_jpim1
681            pt_out(ji,jj,jpkm1) = pt_out(ji,jj,jpkm1) / zwt(ji,jj,jpkm1)
682         END DO
683      END DO
684      DO jk = jpk-2, kstart, -1
685         DO jj = 2, jpjm1
686            DO ji = fs_2, fs_jpim1
687               pt_out(ji,jj,jk) = ( pt_out(ji,jj,jk) - pU(ji,jj,jk) * pt_out(ji,jj,jk+1) ) / zwt(ji,jj,jk)
688            END DO
689         END DO
690      END DO
691      !
692   END SUBROUTINE tridia_solver
693
694   !!======================================================================
695END MODULE traadv_fct
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.