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.
zdfiwm.F90 in branches/2017/dev_merge_2017/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/ZDF – NEMO

source: branches/2017/dev_merge_2017/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/ZDF/zdfiwm.F90 @ 9019

Last change on this file since 9019 was 9019, checked in by timgraham, 6 years ago

Merge of dev_CNRS_2017 into branch

File size: 25.5 KB
Line 
1MODULE zdfiwm
2   !!========================================================================
3   !!                       ***  MODULE  zdfiwm  ***
4   !! Ocean physics: Internal gravity wave-driven vertical mixing
5   !!========================================================================
6   !! History :  1.0  !  2004-04  (L. Bessieres, G. Madec)  Original code
7   !!             -   !  2006-08  (A. Koch-Larrouy)  Indonesian strait
8   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec)  reorganisation of initialisation phase
9   !!            3.6  !  2016-03  (C. de Lavergne)  New param: internal wave-driven mixing
10   !!            4.0  !  2017-04  (G. Madec)  renamed module, remove the old param. and the CPP keys
11   !!----------------------------------------------------------------------
12
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   zdf_iwm       : global     momentum & tracer Kz with wave induced Kz
15   !!   zdf_iwm_init  : global     momentum & tracer Kz with wave induced Kz
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   USE oce            ! ocean dynamics and tracers variables
18   USE dom_oce        ! ocean space and time domain variables
19   USE zdf_oce        ! ocean vertical physics variables
20   USE zdfddm         ! ocean vertical physics: double diffusive mixing
21   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
22   USE eosbn2         ! ocean equation of state
23   USE phycst         ! physical constants
24   USE prtctl         ! Print control
25   USE in_out_manager ! I/O manager
26   USE iom            ! I/O Manager
27   USE lib_mpp        ! MPP library
28   USE wrk_nemo       ! work arrays
29   USE timing         ! Timing
30   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
31
32   IMPLICIT NONE
33   PRIVATE
34
35   PUBLIC   zdf_iwm        ! called in step module
36   PUBLIC   zdf_iwm_init   ! called in nemogcm module
37
38   !                      !!* Namelist  namzdf_iwm : internal wave-driven mixing *
39   INTEGER ::  nn_zpyc     ! pycnocline-intensified mixing energy proportional to N (=1) or N^2 (=2)
40   LOGICAL ::  ln_mevar    ! variable (=T) or constant (=F) mixing efficiency
41   LOGICAL ::  ln_tsdiff   ! account for differential T/S wave-driven mixing (=T) or not (=F)
42
43   REAL(wp)::  r1_6 = 1._wp / 6._wp
44
45   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ebot_iwm   ! power available from high-mode wave breaking (W/m2)
46   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   epyc_iwm   ! power available from low-mode, pycnocline-intensified wave breaking (W/m2)
47   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ecri_iwm   ! power available from low-mode, critical slope wave breaking (W/m2)
48   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hbot_iwm   ! WKB decay scale for high-mode energy dissipation (m)
49   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hcri_iwm   ! decay scale for low-mode critical slope dissipation (m)
50
51   !! * Substitutions
52#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
53   !!----------------------------------------------------------------------
54   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2016)
55   !! $Id: zdfiwm.F90 8093 2017-05-30 08:13:14Z gm $
56   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
57   !!----------------------------------------------------------------------
58CONTAINS
59
60   INTEGER FUNCTION zdf_iwm_alloc()
61      !!----------------------------------------------------------------------
62      !!                ***  FUNCTION zdf_iwm_alloc  ***
63      !!----------------------------------------------------------------------
64      ALLOCATE( ebot_iwm(jpi,jpj),  epyc_iwm(jpi,jpj),  ecri_iwm(jpi,jpj) ,     &
65      &         hbot_iwm(jpi,jpj),  hcri_iwm(jpi,jpj)                     , STAT=zdf_iwm_alloc )
66      !
67      IF( lk_mpp             )   CALL mpp_sum ( zdf_iwm_alloc )
68      IF( zdf_iwm_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('zdf_iwm_alloc: failed to allocate arrays')
69   END FUNCTION zdf_iwm_alloc
70
71
72   SUBROUTINE zdf_iwm( kt, p_avm, p_avt, p_avs )
73      !!----------------------------------------------------------------------
74      !!                  ***  ROUTINE zdf_iwm  ***
75      !!                   
76      !! ** Purpose :   add to the vertical mixing coefficients the effect of
77      !!              breaking internal waves.
78      !!
79      !! ** Method  : - internal wave-driven vertical mixing is given by:
80      !!                  Kz_wave = min(  100 cm2/s, f(  Reb = zemx_iwm /( Nu * N^2 )  )
81      !!              where zemx_iwm is the 3D space distribution of the wave-breaking
82      !!              energy and Nu the molecular kinematic viscosity.
83      !!              The function f(Reb) is linear (constant mixing efficiency)
84      !!              if the namelist parameter ln_mevar = F and nonlinear if ln_mevar = T.
85      !!
86      !!              - Compute zemx_iwm, the 3D power density that allows to compute
87      !!              Reb and therefrom the wave-induced vertical diffusivity.
88      !!              This is divided into three components:
89      !!                 1. Bottom-intensified low-mode dissipation at critical slopes
90      !!                     zemx_iwm(z) = ( ecri_iwm / rau0 ) * EXP( -(H-z)/hcri_iwm )
91      !!                                   / ( 1. - EXP( - H/hcri_iwm ) ) * hcri_iwm
92      !!              where hcri_iwm is the characteristic length scale of the bottom
93      !!              intensification, ecri_iwm a map of available power, and H the ocean depth.
94      !!                 2. Pycnocline-intensified low-mode dissipation
95      !!                     zemx_iwm(z) = ( epyc_iwm / rau0 ) * ( sqrt(rn2(z))^nn_zpyc )
96      !!                                   / SUM( sqrt(rn2(z))^nn_zpyc * e3w(z) )
97      !!              where epyc_iwm is a map of available power, and nn_zpyc
98      !!              is the chosen stratification-dependence of the internal wave
99      !!              energy dissipation.
100      !!                 3. WKB-height dependent high mode dissipation
101      !!                     zemx_iwm(z) = ( ebot_iwm / rau0 ) * rn2(z) * EXP(-z_wkb(z)/hbot_iwm)
102      !!                                   / SUM( rn2(z) * EXP(-z_wkb(z)/hbot_iwm) * e3w(z) )
103      !!              where hbot_iwm is the characteristic length scale of the WKB bottom
104      !!              intensification, ebot_iwm is a map of available power, and z_wkb is the
105      !!              WKB-stretched height above bottom defined as
106      !!                    z_wkb(z) = H * SUM( sqrt(rn2(z'>=z)) * e3w(z'>=z) )
107      !!                                 / SUM( sqrt(rn2(z'))    * e3w(z')    )
108      !!
109      !!              - update the model vertical eddy viscosity and diffusivity:
110      !!                     avt  = avt  +    av_wave
111      !!                     avm  = avm  +    av_wave
112      !!
113      !!              - if namelist parameter ln_tsdiff = T, account for differential mixing:
114      !!                     avs  = avt  +    av_wave * diffusivity_ratio(Reb)
115      !!
116      !! ** Action  : - avt, avs, avm, increased by tide internal wave-driven mixing   
117      !!
118      !! References :  de Lavergne et al. 2015, JPO; 2016, in prep.
119      !!----------------------------------------------------------------------
120      INTEGER                    , INTENT(in   ) ::   kt             ! ocean time step
121      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:) , INTENT(inout) ::   p_avm          ! momentum Kz (w-points)
122      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:) , INTENT(inout) ::   p_avt, p_avs   ! tracer   Kz (w-points)
123      !
124      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
125      REAL(wp) ::   zztmp        ! scalar workspace
126      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zfact       ! Used for vertical structure
127      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zhdep       ! Ocean depth
128      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zwkb        ! WKB-stretched height above bottom
129      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zweight     ! Weight for high mode vertical distribution
130      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   znu_t       ! Molecular kinematic viscosity (T grid)
131      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   znu_w       ! Molecular kinematic viscosity (W grid)
132      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zReb        ! Turbulence intensity parameter
133      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zemx_iwm    ! local energy density available for mixing (W/kg)
134      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zav_ratio   ! S/T diffusivity ratio (only for ln_tsdiff=T)
135      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zav_wave    ! Internal wave-induced diffusivity
136      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::   z3d  ! 3D workspace used for iom_put
137      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::   z2d  ! 2D     -      -    -     -
138      !!----------------------------------------------------------------------
139      !
140      IF( ln_timing )   CALL timing_start('zdf_iwm')
141      !
142      !                       !* Set to zero the 1st and last vertical levels of appropriate variables
143      zemx_iwm (:,:,1) = 0._wp   ;   zemx_iwm (:,:,jpk) = 0._wp
144      zav_ratio(:,:,1) = 0._wp   ;   zav_ratio(:,:,jpk) = 0._wp
145      zav_wave (:,:,1) = 0._wp   ;   zav_wave (:,:,jpk) = 0._wp
146      !
147      !                       ! ----------------------------- !
148      !                       !  Internal wave-driven mixing  !  (compute zav_wave)
149      !                       ! ----------------------------- !
150      !                             
151      !                       !* Critical slope mixing: distribute energy over the time-varying ocean depth,
152      !                                                 using an exponential decay from the seafloor.
153      DO jj = 1, jpj                ! part independent of the level
154         DO ji = 1, jpi
155            zhdep(ji,jj) = gdepw_0(ji,jj,mbkt(ji,jj)+1)       ! depth of the ocean
156            zfact(ji,jj) = rau0 * (  1._wp - EXP( -zhdep(ji,jj) / hcri_iwm(ji,jj) )  )
157            IF( zfact(ji,jj) /= 0._wp )   zfact(ji,jj) = ecri_iwm(ji,jj) / zfact(ji,jj)
158         END DO
159      END DO
160!!gm gde3w ==>>>  check for ssh taken into account.... seem OK gde3w_n=gdept_n - sshn
161      DO jk = 2, jpkm1              ! complete with the level-dependent part
162         zemx_iwm(:,:,jk) = zfact(:,:) * (  EXP( ( gde3w_n(:,:,jk  ) - zhdep(:,:) ) / hcri_iwm(:,:) )                      &
163            &                             - EXP( ( gde3w_n(:,:,jk-1) - zhdep(:,:) ) / hcri_iwm(:,:) )  ) * wmask(:,:,jk)   &
164            &                          / ( gde3w_n(:,:,jk) - gde3w_n(:,:,jk-1) )
165
166!!gm delta(gde3w_n) = e3t_n  !!  Please verify the grid-point position w versus t-point
167!!gm it seems to me that only 1/hcri_iwm  is used ==>  compute it one for all
168
169      END DO
170
171      !                        !* Pycnocline-intensified mixing: distribute energy over the time-varying
172      !                        !* ocean depth as proportional to sqrt(rn2)^nn_zpyc
173      !                                          ! (NB: N2 is masked, so no use of wmask here)
174      SELECT CASE ( nn_zpyc )
175      !
176      CASE ( 1 )               ! Dissipation scales as N (recommended)
177         !
178         zfact(:,:) = 0._wp
179         DO jk = 2, jpkm1              ! part independent of the level
180            zfact(:,:) = zfact(:,:) + e3w_n(:,:,jk) * SQRT(  MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) )  ) * wmask(:,:,jk)
181         END DO
182         !
183         DO jj = 1, jpj
184            DO ji = 1, jpi
185               IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zfact(ji,jj) = epyc_iwm(ji,jj) / ( rau0 * zfact(ji,jj) )
186            END DO
187         END DO
188         !
189         DO jk = 2, jpkm1              ! complete with the level-dependent part
190            zemx_iwm(:,:,jk) = zemx_iwm(:,:,jk) + zfact(:,:) * SQRT(  MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) )  ) * wmask(:,:,jk)
191         END DO
192         !
193      CASE ( 2 )               ! Dissipation scales as N^2
194         !
195         zfact(:,:) = 0._wp
196         DO jk = 2, jpkm1              ! part independent of the level
197            zfact(:,:) = zfact(:,:) + e3w_n(:,:,jk) * MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) ) * wmask(:,:,jk)
198         END DO
199         !
200         DO jj= 1, jpj
201            DO ji = 1, jpi
202               IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zfact(ji,jj) = epyc_iwm(ji,jj) / ( rau0 * zfact(ji,jj) )
203            END DO
204         END DO
205         !
206         DO jk = 2, jpkm1              ! complete with the level-dependent part
207            zemx_iwm(:,:,jk) = zemx_iwm(:,:,jk) + zfact(:,:) * MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) ) * wmask(:,:,jk)
208         END DO
209         !
210      END SELECT
211
212      !                        !* WKB-height dependent mixing: distribute energy over the time-varying
213      !                        !* ocean depth as proportional to rn2 * exp(-z_wkb/rn_hbot)
214      !
215      zwkb (:,:,:) = 0._wp
216      zfact(:,:)   = 0._wp
217      DO jk = 2, jpkm1
218         zfact(:,:) = zfact(:,:) + e3w_n(:,:,jk) * SQRT(  MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) )  ) * wmask(:,:,jk)
219         zwkb(:,:,jk) = zfact(:,:)
220      END DO
221!!gm even better:
222!      DO jk = 2, jpkm1
223!         zwkb(:,:) = zwkb(:,:) + e3w_n(:,:,jk) * SQRT(  MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) )  )
224!      END DO
225!      zfact(:,:) = zwkb(:,:,jpkm1)
226!!gm or just use zwkb(k=jpk-1) instead of zfact...
227!!gm
228      !
229      DO jk = 2, jpkm1
230         DO jj = 1, jpj
231            DO ji = 1, jpi
232               IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zwkb(ji,jj,jk) = zhdep(ji,jj) * ( zfact(ji,jj) - zwkb(ji,jj,jk) )   &
233                  &                                     * wmask(ji,jj,jk) / zfact(ji,jj)
234            END DO
235         END DO
236      END DO
237      zwkb(:,:,1) = zhdep(:,:) * wmask(:,:,1)
238      !
239      zweight(:,:,:) = 0._wp
240      DO jk = 2, jpkm1
241         zweight(:,:,jk) = MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) ) * hbot_iwm(:,:) * wmask(:,:,jk)                    &
242            &   * (  EXP( -zwkb(:,:,jk) / hbot_iwm(:,:) ) - EXP( -zwkb(:,:,jk-1) / hbot_iwm(:,:) )  )
243      END DO
244      !
245      zfact(:,:) = 0._wp
246      DO jk = 2, jpkm1              ! part independent of the level
247         zfact(:,:) = zfact(:,:) + zweight(:,:,jk)
248      END DO
249      !
250      DO jj = 1, jpj
251         DO ji = 1, jpi
252            IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zfact(ji,jj) = ebot_iwm(ji,jj) / ( rau0 * zfact(ji,jj) )
253         END DO
254      END DO
255      !
256      DO jk = 2, jpkm1              ! complete with the level-dependent part
257         zemx_iwm(:,:,jk) = zemx_iwm(:,:,jk) + zweight(:,:,jk) * zfact(:,:) * wmask(:,:,jk)   &
258            &                                / ( gde3w_n(:,:,jk) - gde3w_n(:,:,jk-1) )
259!!gm  use of e3t_n just above?
260      END DO
261      !
262!!gm  this is to be replaced by just a constant value znu=1.e-6 m2/s
263      ! Calculate molecular kinematic viscosity
264      znu_t(:,:,:) = 1.e-4_wp * (  17.91_wp - 0.53810_wp * tsn(:,:,:,jp_tem) + 0.00694_wp * tsn(:,:,:,jp_tem) * tsn(:,:,:,jp_tem)  &
265         &                                  + 0.02305_wp * tsn(:,:,:,jp_sal)  ) * tmask(:,:,:) * r1_rau0
266      DO jk = 2, jpkm1
267         znu_w(:,:,jk) = 0.5_wp * ( znu_t(:,:,jk-1) + znu_t(:,:,jk) ) * wmask(:,:,jk)
268      END DO
269!!gm end
270      !
271      ! Calculate turbulence intensity parameter Reb
272      DO jk = 2, jpkm1
273         zReb(:,:,jk) = zemx_iwm(:,:,jk) / MAX( 1.e-20_wp, znu_w(:,:,jk) * rn2(:,:,jk) )
274      END DO
275      !
276      ! Define internal wave-induced diffusivity
277      DO jk = 2, jpkm1
278         zav_wave(:,:,jk) = znu_w(:,:,jk) * zReb(:,:,jk) * r1_6   ! This corresponds to a constant mixing efficiency of 1/6
279      END DO
280      !
281      IF( ln_mevar ) THEN              ! Variable mixing efficiency case : modify zav_wave in the
282         DO jk = 2, jpkm1              ! energetic (Reb > 480) and buoyancy-controlled (Reb <10.224 ) regimes
283            DO jj = 1, jpj
284               DO ji = 1, jpi
285                  IF( zReb(ji,jj,jk) > 480.00_wp ) THEN
286                     zav_wave(ji,jj,jk) = 3.6515_wp * znu_w(ji,jj,jk) * SQRT( zReb(ji,jj,jk) )
287                  ELSEIF( zReb(ji,jj,jk) < 10.224_wp ) THEN
288                     zav_wave(ji,jj,jk) = 0.052125_wp * znu_w(ji,jj,jk) * zReb(ji,jj,jk) * SQRT( zReb(ji,jj,jk) )
289                  ENDIF
290               END DO
291            END DO
292         END DO
293      ENDIF
294      !
295      DO jk = 2, jpkm1                 ! Bound diffusivity by molecular value and 100 cm2/s
296         zav_wave(:,:,jk) = MIN(  MAX( 1.4e-7_wp, zav_wave(:,:,jk) ), 1.e-2_wp  ) * wmask(:,:,jk)
297      END DO
298      !
299      IF( kt == nit000 ) THEN        !* Control print at first time-step: diagnose the energy consumed by zav_wave
300         zztmp = 0._wp
301!!gm used of glosum 3D....
302         DO jk = 2, jpkm1
303            DO jj = 1, jpj
304               DO ji = 1, jpi
305                  zztmp = zztmp + e3w_n(ji,jj,jk) * e1e2t(ji,jj)   &
306                     &          * MAX( 0._wp, rn2(ji,jj,jk) ) * zav_wave(ji,jj,jk) * wmask(ji,jj,jk) * tmask_i(ji,jj)
307               END DO
308            END DO
309         END DO
310         IF( lk_mpp )   CALL mpp_sum( zztmp )
311         zztmp = rau0 * zztmp ! Global integral of rauo * Kz * N^2 = power contributing to mixing
312         !
313         IF(lwp) THEN
314            WRITE(numout,*)
315            WRITE(numout,*) 'zdf_iwm : Internal wave-driven mixing (iwm)'
316            WRITE(numout,*) '~~~~~~~ '
317            WRITE(numout,*)
318            WRITE(numout,*) '      Total power consumption by av_wave =  ', zztmp * 1.e-12_wp, 'TW'
319         ENDIF
320      ENDIF
321
322      !                          ! ----------------------- !
323      !                          !   Update  mixing coefs  !                         
324      !                          ! ----------------------- !
325      !     
326      IF( ln_tsdiff ) THEN          !* Option for differential mixing of salinity and temperature
327         DO jk = 2, jpkm1              ! Calculate S/T diffusivity ratio as a function of Reb
328            DO jj = 1, jpj
329               DO ji = 1, jpi
330                  zav_ratio(ji,jj,jk) = ( 0.505_wp + 0.495_wp *                                                                  &
331                      &   TANH(    0.92_wp * (   LOG10(  MAX( 1.e-20_wp, zReb(ji,jj,jk) * 5._wp * r1_6 )  ) - 0.60_wp   )    )   &
332                      &                 ) * wmask(ji,jj,jk)
333               END DO
334            END DO
335         END DO
336         CALL iom_put( "av_ratio", zav_ratio )
337         DO jk = 2, jpkm1           !* update momentum & tracer diffusivity with wave-driven mixing
338            p_avs(:,:,jk) = p_avs(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk) * zav_ratio(:,:,jk)
339            p_avt(:,:,jk) = p_avt(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk)
340            p_avm(:,:,jk) = p_avm(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk)
341         END DO
342         !
343      ELSE                          !* update momentum & tracer diffusivity with wave-driven mixing
344         DO jk = 2, jpkm1
345            p_avs(:,:,jk) = p_avs(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk)
346            p_avt(:,:,jk) = p_avt(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk)
347            p_avm(:,:,jk) = p_avm(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk)
348         END DO
349      ENDIF
350
351      !                             !* output internal wave-driven mixing coefficient
352      CALL iom_put( "av_wave", zav_wave )
353                                    !* output useful diagnostics: Kz*N^2 ,
354!!gm Kz*N2 should take into account the ratio avs/avt if it is used.... (see diaar5)
355                                    !  vertical integral of rau0 * Kz * N^2 , energy density (zemx_iwm)
356      IF( iom_use("bflx_iwm") .OR. iom_use("pcmap_iwm") ) THEN
357         ALLOCATE( z2d(jpi,jpj) , z3d(jpi,jpj,jpk) )
358         z3d(:,:,:) = MAX( 0._wp, rn2(:,:,:) ) * zav_wave(:,:,:)
359         z2d(:,:) = 0._wp
360         DO jk = 2, jpkm1
361            z2d(:,:) = z2d(:,:) + e3w_n(:,:,jk) * z3d(:,:,jk) * wmask(:,:,jk)
362         END DO
363         z2d(:,:) = rau0 * z2d(:,:)
364         CALL iom_put( "bflx_iwm", z3d )
365         CALL iom_put( "pcmap_iwm", z2d )
366         DEALLOCATE( z2d , z3d )
367      ENDIF
368      CALL iom_put( "emix_iwm", zemx_iwm )
369     
370      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl(tab3d_1=zav_wave , clinfo1=' iwm - av_wave: ', tab3d_2=avt, clinfo2=' avt: ', ovlap=1, kdim=jpk)
371      !
372      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('zdf_iwm')
373      !
374   END SUBROUTINE zdf_iwm
375
376
377   SUBROUTINE zdf_iwm_init
378      !!----------------------------------------------------------------------
379      !!                  ***  ROUTINE zdf_iwm_init  ***
380      !!                     
381      !! ** Purpose :   Initialization of the wave-driven vertical mixing, reading
382      !!              of input power maps and decay length scales in netcdf files.
383      !!
384      !! ** Method  : - Read the namzdf_iwm namelist and check the parameters
385      !!
386      !!              - Read the input data in NetCDF files :
387      !!              power available from high-mode wave breaking (mixing_power_bot.nc)
388      !!              power available from pycnocline-intensified wave-breaking (mixing_power_pyc.nc)
389      !!              power available from critical slope wave-breaking (mixing_power_cri.nc)
390      !!              WKB decay scale for high-mode wave-breaking (decay_scale_bot.nc)
391      !!              decay scale for critical slope wave-breaking (decay_scale_cri.nc)
392      !!
393      !! ** input   : - Namlist namzdf_iwm
394      !!              - NetCDF files : mixing_power_bot.nc, mixing_power_pyc.nc, mixing_power_cri.nc,
395      !!              decay_scale_bot.nc decay_scale_cri.nc
396      !!
397      !! ** Action  : - Increase by 1 the nstop flag is setting problem encounter
398      !!              - Define ebot_iwm, epyc_iwm, ecri_iwm, hbot_iwm, hcri_iwm
399      !!
400      !! References : de Lavergne et al. JPO, 2015 ; de Lavergne PhD 2016
401      !!              de Lavergne et al. in prep., 2017
402      !!----------------------------------------------------------------------
403      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
404      INTEGER  ::   inum         ! local integer
405      INTEGER  ::   ios
406      REAL(wp) ::   zbot, zpyc, zcri   ! local scalars
407      !!
408      NAMELIST/namzdf_iwm_new/ nn_zpyc, ln_mevar, ln_tsdiff
409      !!----------------------------------------------------------------------
410      !
411      IF( ln_timing )   CALL timing_start('zdf_iwm_init')
412      !
413      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namzdf_iwm in reference namelist : Wave-driven mixing
414      READ  ( numnam_ref, namzdf_iwm_new, IOSTAT = ios, ERR = 901)
415901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_iwm in reference namelist', lwp )
416      !
417      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namzdf_iwm in configuration namelist : Wave-driven mixing
418      READ  ( numnam_cfg, namzdf_iwm_new, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
419902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_iwm in configuration namelist', lwp )
420      IF(lwm) WRITE ( numond, namzdf_iwm_new )
421      !
422      IF(lwp) THEN                  ! Control print
423         WRITE(numout,*)
424         WRITE(numout,*) 'zdf_iwm_init : internal wave-driven mixing'
425         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
426         WRITE(numout,*) '   Namelist namzdf_iwm_new : set wave-driven mixing parameters'
427         WRITE(numout,*) '      Pycnocline-intensified diss. scales as N (=1) or N^2 (=2) = ', nn_zpyc
428         WRITE(numout,*) '      Variable (T) or constant (F) mixing efficiency            = ', ln_mevar
429         WRITE(numout,*) '      Differential internal wave-driven mixing (T) or not (F)   = ', ln_tsdiff
430      ENDIF
431     
432      ! The new wave-driven mixing parameterization elevates avt and avm in the interior, and
433      ! ensures that avt remains larger than its molecular value (=1.4e-7). Therefore, avtb should
434      ! be set here to a very small value, and avmb to its (uniform) molecular value (=1.4e-6).
435      avmb(:) = 1.4e-6_wp        ! viscous molecular value
436      avtb(:) = 1.e-10_wp        ! very small diffusive minimum (background avt is specified in zdf_iwm)   
437      avtb_2d(:,:) = 1.e0_wp     ! uniform
438      IF(lwp) THEN                  ! Control print
439         WRITE(numout,*)
440         WRITE(numout,*) '   Force the background value applied to avm & avt in TKE to be everywhere ',   &
441            &               'the viscous molecular value & a very small diffusive value, resp.'
442      ENDIF
443           
444      !                             ! allocate iwm arrays
445      IF( zdf_iwm_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'zdf_iwm_init : unable to allocate iwm arrays' )
446      !
447      !                             ! read necessary fields
448      CALL iom_open('mixing_power_bot',inum)       ! energy flux for high-mode wave breaking [W/m2]
449      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', ebot_iwm, 1 ) 
450      CALL iom_close(inum)
451      !
452      CALL iom_open('mixing_power_pyc',inum)       ! energy flux for pynocline-intensified wave breaking [W/m2]
453      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', epyc_iwm, 1 )
454      CALL iom_close(inum)
455      !
456      CALL iom_open('mixing_power_cri',inum)       ! energy flux for critical slope wave breaking [W/m2]
457      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', ecri_iwm, 1 )
458      CALL iom_close(inum)
459      !
460      CALL iom_open('decay_scale_bot',inum)        ! spatially variable decay scale for high-mode wave breaking [m]
461      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', hbot_iwm, 1 )
462      CALL iom_close(inum)
463      !
464      CALL iom_open('decay_scale_cri',inum)        ! spatially variable decay scale for critical slope wave breaking [m]
465      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', hcri_iwm, 1 )
466      CALL iom_close(inum)
467
468      ebot_iwm(:,:) = ebot_iwm(:,:) * ssmask(:,:)
469      epyc_iwm(:,:) = epyc_iwm(:,:) * ssmask(:,:)
470      ecri_iwm(:,:) = ecri_iwm(:,:) * ssmask(:,:)
471
472      zbot = glob_sum( e1e2t(:,:) * ebot_iwm(:,:) )
473      zpyc = glob_sum( e1e2t(:,:) * epyc_iwm(:,:) )
474      zcri = glob_sum( e1e2t(:,:) * ecri_iwm(:,:) )
475      IF(lwp) THEN
476         WRITE(numout,*) '      High-mode wave-breaking energy:             ', zbot * 1.e-12_wp, 'TW'
477         WRITE(numout,*) '      Pycnocline-intensifed wave-breaking energy: ', zpyc * 1.e-12_wp, 'TW'
478         WRITE(numout,*) '      Critical slope wave-breaking energy:        ', zcri * 1.e-12_wp, 'TW'
479      ENDIF
480      !
481      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('zdf_iwm_init')
482      !
483   END SUBROUTINE zdf_iwm_init
484
485   !!======================================================================
486END MODULE zdfiwm
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.