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

source: branches/2017/dev_merge_2017/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/ZDF/zdfric.F90 @ 9104

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dev_merge_2017: ZDF: timing + lnk_multi + namelist cfg ctl

  • Property svn:keywords set to Id
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Line 
1MODULE zdfric
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  zdfric  ***
4   !! Ocean physics:  vertical mixing coefficient compute from the local
5   !!                 Richardson number dependent formulation
6   !!======================================================================
7   !! History :  OPA  !  1987-09  (P. Andrich)  Original code
8   !!            4.0  !  1991-11  (G. Madec)
9   !!            7.0  !  1996-01  (G. Madec)  complete rewriting of multitasking suppression of common work arrays
10   !!            8.0  !  1997-06  (G. Madec)  complete rewriting of zdfmix
11   !!   NEMO     1.0  !  2002-06  (G. Madec)  F90: Free form and module
12   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
13   !!            3.3.1!  2011-09  (P. Oddo) Mixed layer depth parameterization
14   !!            4.0  !  2017-04  (G. Madec)  remove CPP ddm key & avm at t-point only
15   !!----------------------------------------------------------------------
16
17   !!----------------------------------------------------------------------
18   !!   zdf_ric_init  : initialization, namelist read, & parameters control
19   !!   zdf_ric       : update momentum and tracer Kz from the Richardson number
20   !!   ric_rst       : read/write RIC restart in ocean restart file
21   !!----------------------------------------------------------------------
22   USE oce            ! ocean dynamics and tracers variables
23   USE dom_oce        ! ocean space and time domain variables
24   USE zdf_oce        ! vertical physics: variables
25   USE phycst         ! physical constants
26   USE sbc_oce,  ONLY :   taum
27   !
28   USE in_out_manager ! I/O manager
29   USE iom            ! I/O manager library
30   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
31
32
33   IMPLICIT NONE
34   PRIVATE
35
36   PUBLIC   zdf_ric         ! called by zdfphy.F90
37   PUBLIC   ric_rst         ! called by zdfphy.F90
38   PUBLIC   zdf_ric_init    ! called by nemogcm.F90
39
40   !                        !!* Namelist namzdf_ric : Richardson number dependent Kz *
41   INTEGER  ::   nn_ric      ! coefficient of the parameterization
42   REAL(wp) ::   rn_avmri    ! maximum value of the vertical eddy viscosity
43   REAL(wp) ::   rn_alp      ! coefficient of the parameterization
44   REAL(wp) ::   rn_ekmfc    ! Ekman Factor Coeff
45   REAL(wp) ::   rn_mldmin   ! minimum mixed layer (ML) depth   
46   REAL(wp) ::   rn_mldmax   ! maximum mixed layer depth
47   REAL(wp) ::   rn_wtmix    ! Vertical eddy Diff. in the ML
48   REAL(wp) ::   rn_wvmix    ! Vertical eddy Visc. in the ML
49   LOGICAL  ::   ln_mldw     ! Use or not the MLD parameters
50
51   !! * Substitutions
52#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
53   !!----------------------------------------------------------------------
54   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2017)
55   !! $Id$
56   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
57   !!----------------------------------------------------------------------
58CONTAINS
59
60   SUBROUTINE zdf_ric_init
61      !!----------------------------------------------------------------------
62      !!                 ***  ROUTINE zdf_ric_init  ***
63      !!                   
64      !! ** Purpose :   Initialization of the vertical eddy diffusivity and
65      !!      viscosity coef. for the Richardson number dependent formulation.
66      !!
67      !! ** Method  :   Read the namzdf_ric namelist and check the parameter values
68      !!
69      !! ** input   :   Namelist namzdf_ric
70      !!
71      !! ** Action  :   increase by 1 the nstop flag is setting problem encounter
72      !!----------------------------------------------------------------------
73      INTEGER ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
74      INTEGER ::   ios          ! Local integer output status for namelist read
75      !!
76      NAMELIST/namzdf_ric/ rn_avmri, rn_alp   , nn_ric  , rn_ekmfc,  &
77         &                rn_mldmin, rn_mldmax, rn_wtmix, rn_wvmix, ln_mldw
78      !!----------------------------------------------------------------------
79      !
80      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namzdf_ric in reference namelist : Vertical diffusion Kz depends on Richardson number
81      READ  ( numnam_ref, namzdf_ric, IOSTAT = ios, ERR = 901)
82901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_ric in reference namelist', lwp )
83
84      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namzdf_ric in configuration namelist : Vertical diffusion Kz depends on Richardson number
85      READ  ( numnam_cfg, namzdf_ric, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
86902   IF( ios >  0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_ric in configuration namelist', lwp )
87      IF(lwm) WRITE ( numond, namzdf_ric )
88      !
89      IF(lwp) THEN                   ! Control print
90         WRITE(numout,*)
91         WRITE(numout,*) 'zdf_ric_init : Ri depend vertical mixing scheme'
92         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
93         WRITE(numout,*) '   Namelist namzdf_ric : set Kz=F(Ri) parameters'
94         WRITE(numout,*) '      maximum vertical viscosity        rn_avmri  = ', rn_avmri
95         WRITE(numout,*) '      coefficient                       rn_alp    = ', rn_alp
96         WRITE(numout,*) '      exponent                          nn_ric    = ', nn_ric
97         WRITE(numout,*) '      Ekman layer enhanced mixing       ln_mldw   = ', ln_mldw
98         WRITE(numout,*) '         Ekman Factor Coeff             rn_ekmfc  = ', rn_ekmfc
99         WRITE(numout,*) '         minimum mixed layer depth      rn_mldmin = ', rn_mldmin
100         WRITE(numout,*) '         maximum mixed layer depth      rn_mldmax = ', rn_mldmax
101         WRITE(numout,*) '         Vertical eddy Diff. in the ML  rn_wtmix  = ', rn_wtmix
102         WRITE(numout,*) '         Vertical eddy Visc. in the ML  rn_wvmix  = ', rn_wvmix
103      ENDIF
104      !
105      CALL ric_rst( nit000, 'READ' )  !* read or initialize all required files
106      !
107   END SUBROUTINE zdf_ric_init
108
109
110   SUBROUTINE zdf_ric( kt, pdept, p_sh2, p_avm, p_avt )
111      !!----------------------------------------------------------------------
112      !!                 ***  ROUTINE zdfric  ***
113      !!                   
114      !! ** Purpose :   Compute the before eddy viscosity and diffusivity as
115      !!                a function of the local richardson number.
116      !!
117      !! ** Method  :   Local richardson number dependent formulation of the
118      !!                vertical eddy viscosity and diffusivity coefficients.
119      !!                The eddy coefficients are given by:
120      !!                    avm = avm0 + avmb
121      !!                    avt = avm0 / (1 + rn_alp*ri)
122      !!                with ri  = N^2 / dz(u)**2
123      !!                         = e3w**2 * rn2/[ mi( dk(ub) )+mj( dk(vb) ) ]
124      !!                    avm0= rn_avmri / (1 + rn_alp*Ri)**nn_ric
125      !!                where ri is the before local Richardson number,
126      !!                rn_avmri is the maximum value reaches by avm and avt
127      !!                and rn_alp, nn_ric are adjustable parameters.
128      !!                Typical values : rn_alp=5. and nn_ric=2.
129      !!
130      !!      As second step compute Ekman depth from wind stress forcing
131      !!      and apply namelist provided vertical coeff within this depth.
132      !!      The Ekman depth is:
133      !!              Ustar = SQRT(Taum/rho0)
134      !!              ekd= rn_ekmfc * Ustar / f0
135      !!      Large et al. (1994, eq.24) suggest rn_ekmfc=0.7; however, the derivation
136      !!      of the above equation indicates the value is somewhat arbitrary; therefore
137      !!      we allow the freedom to increase or decrease this value, if the
138      !!      Ekman depth estimate appears too shallow or too deep, respectively.
139      !!      Ekd is then limited by rn_mldmin and rn_mldmax provided in the
140      !!      namelist
141      !!        N.B. the mask are required for implicit scheme, and surface
142      !!      and bottom value already set in zdfphy.F90
143      !!
144      !! ** Action  :   avm, avt  mixing coeff (inner domain values only)
145      !!
146      !! References : Pacanowski & Philander 1981, JPO, 1441-1451.
147      !!              PFJ Lermusiaux 2001.
148      !!----------------------------------------------------------------------
149      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   kt             ! ocean time-step
150      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   pdept          ! depth of t-point  [m]
151      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   p_sh2          ! shear production term
152      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(inout) ::   p_avm, p_avt   ! momentum and tracer Kz (w-points)
153      !!
154      INTEGER  ::   ji, jj, jk                  ! dummy loop indices
155      REAL(wp) ::   zcfRi, zav, zustar, zhek    ! local scalars
156      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zh_ekm  ! 2D workspace
157      !!----------------------------------------------------------------------
158      !
159      !                       !==  avm and avt = F(Richardson number)  ==!
160      DO jk = 2, jpkm1
161         DO jj = 1, jpjm1
162            DO ji = 1, jpim1              ! coefficient = F(richardson number) (avm-weighted Ri)
163               zcfRi = 1._wp / (  1._wp + rn_alp * MAX(  0._wp , avm(ji,jj,jk) * rn2(ji,jj,jk) / ( p_sh2(ji,jj,jk) + 1.e-20 ) )  )
164               zav   = rn_avmri * zcfRi**nn_ric
165               !                          ! avm and avt coefficients
166               p_avm(ji,jj,jk) = MAX(  zav         , avmb(jk)  ) * wmask(ji,jj,jk)
167               p_avt(ji,jj,jk) = MAX(  zav * zcfRi , avtb(jk)  ) * wmask(ji,jj,jk)
168            END DO
169         END DO
170      END DO
171      !
172!!gm BUG <<<<====  This param can't work at low latitude
173!!gm               it provides there much to thick mixed layer ( summer 150m in GYRE configuration !!! )
174      !
175      IF( ln_mldw ) THEN      !==  set a minimum value in the Ekman layer  ==!
176         !
177         DO jj = 2, jpjm1        !* Ekman depth
178            DO ji = 2, jpim1
179               zustar = SQRT( taum(ji,jj) * r1_rau0 )
180               zhek   = rn_ekmfc * zustar / ( ABS( ff_t(ji,jj) ) + rsmall )   ! Ekman depth
181               zh_ekm(ji,jj) = MAX(  rn_mldmin , MIN( zhek , rn_mldmax )  )   ! set allowed range
182            END DO
183         END DO
184         DO jk = 2, jpkm1        !* minimum mixing coeff. within the Ekman layer
185            DO jj = 2, jpjm1
186               DO ji = 2, jpim1
187                  IF( pdept(ji,jj,jk) < zh_ekm(ji,jj) ) THEN
188                     p_avm(ji,jj,jk) = MAX(  p_avm(ji,jj,jk), rn_wvmix  ) * wmask(ji,jj,jk)
189                     p_avt(ji,jj,jk) = MAX(  p_avt(ji,jj,jk), rn_wtmix  ) * wmask(ji,jj,jk)
190                  ENDIF
191               END DO
192            END DO
193         END DO
194      ENDIF
195      !
196   END SUBROUTINE zdf_ric
197
198
199   SUBROUTINE ric_rst( kt, cdrw )
200      !!---------------------------------------------------------------------
201      !!                   ***  ROUTINE ric_rst  ***
202      !!                     
203      !! ** Purpose :   Read or write TKE file (en) in restart file
204      !!
205      !! ** Method  :   use of IOM library
206      !!                if the restart does not contain TKE, en is either
207      !!                set to rn_emin or recomputed
208      !!----------------------------------------------------------------------
209      INTEGER         , INTENT(in) ::   kt     ! ocean time-step
210      CHARACTER(len=*), INTENT(in) ::   cdrw   ! "READ"/"WRITE" flag
211      !
212      INTEGER ::   jit, jk    ! dummy loop indices
213      INTEGER ::   id1, id2   ! local integers
214      !!----------------------------------------------------------------------
215      !
216      IF( TRIM(cdrw) == 'READ' ) THEN        ! Read/initialise
217         !                                   ! ---------------
218         !           !* Read the restart file
219         IF( ln_rstart ) THEN
220            id1 = iom_varid( numror, 'avt_k', ldstop = .FALSE. )
221            id2 = iom_varid( numror, 'avm_k', ldstop = .FALSE. )
222            !
223            IF( MIN( id1, id2 ) > 0 ) THEN         ! restart exists => read it
224               CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avt_k', avt_k )
225               CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avm_k', avm_k )
226            ENDIF
227         ENDIF
228         !           !* otherwise Kz already set to the background value in zdf_phy_init
229         !
230      ELSEIF( TRIM(cdrw) == 'WRITE' ) THEN   ! Create restart file
231         !                                   ! -------------------
232         IF(lwp) WRITE(numout,*) '---- ric-rst ----'
233         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avt_k', avt_k )
234         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avm_k', avm_k )
235         !
236      ENDIF
237      !
238   END SUBROUTINE ric_rst
239
240   !!======================================================================
241END MODULE zdfric
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.