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.
zdftke.F90 in branches/2017/dev_r7881_HPC09_ZDF/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/ZDF – NEMO

source: branches/2017/dev_r7881_HPC09_ZDF/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/ZDF/zdftke.F90 @ 7953

Last change on this file since 7953 was 7953, checked in by gm, 7 years ago

#1880 (HPC-09): add zdfphy (the ZDF manager) + remove all key_...

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 46.2 KB
RevLine 
[1531]1MODULE zdftke
[1239]2   !!======================================================================
[1531]3   !!                       ***  MODULE  zdftke  ***
[1239]4   !! Ocean physics:  vertical mixing coefficient computed from the tke
5   !!                 turbulent closure parameterization
6   !!=====================================================================
[1492]7   !! History :  OPA  !  1991-03  (b. blanke)  Original code
8   !!            7.0  !  1991-11  (G. Madec)   bug fix
9   !!            7.1  !  1992-10  (G. Madec)   new mixing length and eav
10   !!            7.2  !  1993-03  (M. Guyon)   symetrical conditions
11   !!            7.3  !  1994-08  (G. Madec, M. Imbard)  nn_pdl flag
12   !!            7.5  !  1996-01  (G. Madec)   s-coordinates
13   !!            8.0  !  1997-07  (G. Madec)   lbc
14   !!            8.1  !  1999-01  (E. Stretta) new option for the mixing length
15   !!  NEMO      1.0  !  2002-06  (G. Madec) add tke_init routine
16   !!             -   !  2004-10  (C. Ethe )  1D configuration
17   !!            2.0  !  2006-07  (S. Masson)  distributed restart using iom
18   !!            3.0  !  2008-05  (C. Ethe,  G.Madec) : update TKE physics:
19   !!                 !           - tke penetration (wind steering)
20   !!                 !           - suface condition for tke & mixing length
21   !!                 !           - Langmuir cells
22   !!             -   !  2008-05  (J.-M. Molines, G. Madec)  2D form of avtb
23   !!             -   !  2008-06  (G. Madec)  style + DOCTOR name for namelist parameters
24   !!             -   !  2008-12  (G. Reffray) stable discretization of the production term
25   !!            3.2  !  2009-06  (G. Madec, S. Masson) TKE restart compatible with key_cpl
26   !!                 !                                + cleaning of the parameters + bugs correction
[2528]27   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
[5120]28   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) add ice shelf capability
[7953]29   !!            4.0  !  2017-04  (G. Madec)  Remove CPP keys
[1239]30   !!----------------------------------------------------------------------
[7953]31
[1239]32   !!----------------------------------------------------------------------
[3625]33   !!   zdf_tke       : update momentum and tracer Kz from a tke scheme
34   !!   tke_tke       : tke time stepping: update tke at now time step (en)
35   !!   tke_avn       : compute mixing length scale and deduce avm and avt
36   !!   zdf_tke_init  : initialization, namelist read, and parameters control
37   !!   tke_rst       : read/write tke restart in ocean restart file
[1239]38   !!----------------------------------------------------------------------
[2528]39   USE oce            ! ocean: dynamics and active tracers variables
40   USE phycst         ! physical constants
41   USE dom_oce        ! domain: ocean
42   USE domvvl         ! domain: variable volume layer
[1492]43   USE sbc_oce        ! surface boundary condition: ocean
[2528]44   USE zdf_oce        ! vertical physics: ocean variables
45   USE zdfmxl         ! vertical physics: mixed layer
[1492]46   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
47   USE prtctl         ! Print control
48   USE in_out_manager ! I/O manager
49   USE iom            ! I/O manager library
[2715]50   USE lib_mpp        ! MPP library
[3294]51   USE wrk_nemo       ! work arrays
52   USE timing         ! Timing
[3625]53   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
[5656]54#if defined key_agrif
55   USE agrif_opa_interp
56   USE agrif_opa_update
57#endif
[1239]58
59   IMPLICIT NONE
60   PRIVATE
61
[2528]62   PUBLIC   zdf_tke        ! routine called in step module
63   PUBLIC   zdf_tke_init   ! routine called in opa module
64   PUBLIC   tke_rst        ! routine called in step module
[1239]65
[4147]66   !                      !!** Namelist  namzdf_tke  **
67   LOGICAL  ::   ln_mxl0   ! mixing length scale surface value as function of wind stress or not
68   INTEGER  ::   nn_mxl    ! type of mixing length (=0/1/2/3)
69   REAL(wp) ::   rn_mxl0   ! surface  min value of mixing length (kappa*z_o=0.4*0.1 m)  [m]
70   INTEGER  ::   nn_pdl    ! Prandtl number or not (ratio avt/avm) (=0/1)
71   REAL(wp) ::   rn_ediff  ! coefficient for avt: avt=rn_ediff*mxl*sqrt(e)
72   REAL(wp) ::   rn_ediss  ! coefficient of the Kolmogoroff dissipation
73   REAL(wp) ::   rn_ebb    ! coefficient of the surface input of tke
74   REAL(wp) ::   rn_emin   ! minimum value of tke           [m2/s2]
75   REAL(wp) ::   rn_emin0  ! surface minimum value of tke   [m2/s2]
76   REAL(wp) ::   rn_bshear ! background shear (>0) currently a numerical threshold (do not change it)
77   INTEGER  ::   nn_etau   ! type of depth penetration of surface tke (=0/1/2/3)
78   INTEGER  ::   nn_htau   ! type of tke profile of penetration (=0/1)
79   REAL(wp) ::   rn_efr    ! fraction of TKE surface value which penetrates in the ocean
80   LOGICAL  ::   ln_lc     ! Langmuir cells (LC) as a source term of TKE or not
81   REAL(wp) ::   rn_lc     ! coef to compute vertical velocity of Langmuir cells
[1239]82
[4147]83   REAL(wp) ::   ri_cri    ! critic Richardson number (deduced from rn_ediff and rn_ediss values)
84   REAL(wp) ::   rmxl_min  ! minimum mixing length value (deduced from rn_ediff and rn_emin values)  [m]
[2528]85   REAL(wp) ::   rhftau_add = 1.e-3_wp     ! add offset   applied to HF part of taum  (nn_etau=3)
86   REAL(wp) ::   rhftau_scl = 1.0_wp       ! scale factor applied to HF part of taum  (nn_etau=3)
[1239]87
[2715]88   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   htau           ! depth of tke penetration (nn_htau)
89   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   dissl          ! now mixing lenght of dissipation
[5656]90   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   apdlr          ! now mixing lenght of dissipation
[2715]91#if defined key_c1d
92   !                                                                        !!** 1D cfg only  **   ('key_c1d')
93   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   e_dis, e_mix   !: dissipation and mixing turbulent lengh scales
94   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   e_pdl, e_ric   !: prandl and local Richardson numbers
95#endif
[1492]96
[1239]97   !! * Substitutions
98#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
99   !!----------------------------------------------------------------------
[5836]100   !! NEMO/OPA 3.7 , NEMO Consortium (2015)
[2528]101   !! $Id$
102   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
[1239]103   !!----------------------------------------------------------------------
104CONTAINS
105
[2715]106   INTEGER FUNCTION zdf_tke_alloc()
107      !!----------------------------------------------------------------------
108      !!                ***  FUNCTION zdf_tke_alloc  ***
109      !!----------------------------------------------------------------------
110      ALLOCATE(                                                                    &
111#if defined key_c1d
112         &      e_dis(jpi,jpj,jpk) , e_mix(jpi,jpj,jpk) ,                          &
113         &      e_pdl(jpi,jpj,jpk) , e_ric(jpi,jpj,jpk) ,                          &
114#endif
[5836]115         &      htau  (jpi,jpj)    , dissl(jpi,jpj,jpk) ,     & 
116         &      apdlr(jpi,jpj,jpk) ,                                           STAT= zdf_tke_alloc      )
[2715]117         !
118      IF( lk_mpp             )   CALL mpp_sum ( zdf_tke_alloc )
119      IF( zdf_tke_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('zdf_tke_alloc: failed to allocate arrays')
120      !
121   END FUNCTION zdf_tke_alloc
122
123
[1531]124   SUBROUTINE zdf_tke( kt )
[1239]125      !!----------------------------------------------------------------------
[1531]126      !!                   ***  ROUTINE zdf_tke  ***
[1239]127      !!
128      !! ** Purpose :   Compute the vertical eddy viscosity and diffusivity
[1492]129      !!              coefficients using a turbulent closure scheme (TKE).
[1239]130      !!
[1492]131      !! ** Method  :   The time evolution of the turbulent kinetic energy (tke)
132      !!              is computed from a prognostic equation :
133      !!         d(en)/dt = avm (d(u)/dz)**2             ! shear production
134      !!                  + d( avm d(en)/dz )/dz         ! diffusion of tke
135      !!                  + avt N^2                      ! stratif. destruc.
136      !!                  - rn_ediss / emxl en**(2/3)    ! Kolmogoroff dissipation
[1239]137      !!      with the boundary conditions:
[1695]138      !!         surface: en = max( rn_emin0, rn_ebb * taum )
[1239]139      !!         bottom : en = rn_emin
[1492]140      !!      The associated critical Richardson number is: ri_cri = 2/(2+rn_ediss/rn_ediff)
141      !!
142      !!        The now Turbulent kinetic energy is computed using the following
143      !!      time stepping: implicit for vertical diffusion term, linearized semi
144      !!      implicit for kolmogoroff dissipation term, and explicit forward for
145      !!      both buoyancy and shear production terms. Therefore a tridiagonal
146      !!      linear system is solved. Note that buoyancy and shear terms are
147      !!      discretized in a energy conserving form (Bruchard 2002).
148      !!
149      !!        The dissipative and mixing length scale are computed from en and
150      !!      the stratification (see tke_avn)
151      !!
152      !!        The now vertical eddy vicosity and diffusivity coefficients are
153      !!      given by:
154      !!              avm = max( avtb, rn_ediff * zmxlm * en^1/2 )
155      !!              avt = max( avmb, pdl * avm                 ) 
[1239]156      !!              eav = max( avmb, avm )
[1492]157      !!      where pdl, the inverse of the Prandtl number is 1 if nn_pdl=0 and
158      !!      given by an empirical funtion of the localRichardson number if nn_pdl=1
[1239]159      !!
160      !! ** Action  :   compute en (now turbulent kinetic energy)
161      !!                update avt, avmu, avmv (before vertical eddy coef.)
162      !!
163      !! References : Gaspar et al., JGR, 1990,
164      !!              Blanke and Delecluse, JPO, 1991
165      !!              Mellor and Blumberg, JPO 2004
166      !!              Axell, JGR, 2002
[1492]167      !!              Bruchard OM 2002
[1239]168      !!----------------------------------------------------------------------
[1492]169      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
170      !!----------------------------------------------------------------------
[1481]171      !
[5656]172#if defined key_agrif 
173      ! interpolation parent grid => child grid for avm_k ( ex : at west border: update column 1 and 2)
174      IF( .NOT.Agrif_Root() )   CALL Agrif_Tke
175#endif
176      !
[3632]177      IF( kt /= nit000 ) THEN   ! restore before value to compute tke
[7753]178         avt (:,:,:) = avt_k (:,:,:) 
179         avm (:,:,:) = avm_k (:,:,:) 
180         avmu(:,:,:) = avmu_k(:,:,:) 
181         avmv(:,:,:) = avmv_k(:,:,:) 
[3632]182      ENDIF 
183      !
[2528]184      CALL tke_tke      ! now tke (en)
[1492]185      !
[2528]186      CALL tke_avn      ! now avt, avm, avmu, avmv
187      !
[7753]188      avt_k (:,:,:) = avt (:,:,:) 
189      avm_k (:,:,:) = avm (:,:,:) 
190      avmu_k(:,:,:) = avmu(:,:,:) 
191      avmv_k(:,:,:) = avmv(:,:,:) 
[3632]192      !
[5656]193#if defined key_agrif
194      ! Update child grid f => parent grid
195      IF( .NOT.Agrif_Root() )   CALL Agrif_Update_Tke( kt )      ! children only
196#endif     
197     !
198  END SUBROUTINE zdf_tke
[1239]199
[1492]200
[1481]201   SUBROUTINE tke_tke
[1239]202      !!----------------------------------------------------------------------
[1492]203      !!                   ***  ROUTINE tke_tke  ***
204      !!
205      !! ** Purpose :   Compute the now Turbulente Kinetic Energy (TKE)
206      !!
207      !! ** Method  : - TKE surface boundary condition
[2528]208      !!              - source term due to Langmuir cells (Axell JGR 2002) (ln_lc=T)
[1492]209      !!              - source term due to shear (saved in avmu, avmv arrays)
210      !!              - Now TKE : resolution of the TKE equation by inverting
211      !!                a tridiagonal linear system by a "methode de chasse"
212      !!              - increase TKE due to surface and internal wave breaking
213      !!
214      !! ** Action  : - en : now turbulent kinetic energy)
215      !!              - avmu, avmv : production of TKE by shear at u and v-points
216      !!                (= Kz dz[Ub] * dz[Un] )
[1239]217      !! ---------------------------------------------------------------------
[1705]218      INTEGER  ::   ji, jj, jk                      ! dummy loop arguments
[2528]219!!bfr      INTEGER  ::   ikbu, ikbv, ikbum1, ikbvm1      ! temporary scalar
220!!bfr      INTEGER  ::   ikbt, ikbumm1, ikbvmm1          ! temporary scalar
[1705]221      REAL(wp) ::   zrhoa  = 1.22                   ! Air density kg/m3
222      REAL(wp) ::   zcdrag = 1.5e-3                 ! drag coefficient
223      REAL(wp) ::   zbbrau, zesh2                   ! temporary scalars
224      REAL(wp) ::   zfact1, zfact2, zfact3          !    -         -
225      REAL(wp) ::   ztx2  , zty2  , zcof            !    -         -
226      REAL(wp) ::   ztau  , zdif                    !    -         -
227      REAL(wp) ::   zus   , zwlc  , zind            !    -         -
228      REAL(wp) ::   zzd_up, zzd_lw                  !    -         -
[2528]229!!bfr      REAL(wp) ::   zebot                           !    -         -
[5836]230      INTEGER , POINTER, DIMENSION(:,:  ) ::   imlc
231      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) ::   zhlc
232      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zpelc, zdiag, zd_up, zd_lw, z3du, z3dv
[5656]233      REAL(wp)                            ::   zri  !   local Richardson number
[1239]234      !!--------------------------------------------------------------------
[1492]235      !
[3294]236      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('tke_tke')
237      !
[5836]238      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,       imlc )    ! integer
239      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,       zhlc ) 
240      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   zpelc, zdiag, zd_up, zd_lw, z3du, z3dv ) 
[3294]241      !
[1695]242      zbbrau = rn_ebb / rau0       ! Local constant initialisation
[2528]243      zfact1 = -.5_wp * rdt 
244      zfact2 = 1.5_wp * rdt * rn_ediss
245      zfact3 = 0.5_wp       * rn_ediss
[1492]246      !
[5120]247      !
[1492]248      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
249      !                     !  Surface boundary condition on tke
250      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[5120]251      IF ( ln_isfcav ) THEN
252         DO jj = 2, jpjm1            ! en(mikt(ji,jj))   = rn_emin
253            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[5836]254               en(ji,jj,mikt(ji,jj)) = rn_emin * tmask(ji,jj,1)
[5120]255            END DO
256         END DO
257      END IF
[1695]258      DO jj = 2, jpjm1            ! en(1)   = rn_ebb taum / rau0  (min value rn_emin0)
[1481]259         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[5120]260            en(ji,jj,1) = MAX( rn_emin0, zbbrau * taum(ji,jj) ) * tmask(ji,jj,1)
[1481]261         END DO
262      END DO
[2528]263     
264!!bfr   - start commented area
[1492]265      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
266      !                     !  Bottom boundary condition on tke
267      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[1719]268      !
269      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
270      ! Tests to date have found the bottom boundary condition on tke to have very little effect.
271      ! The condition is coded here for completion but commented out until there is proof that the
272      ! computational cost is justified
273      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
274      !                     en(bot)   = (rn_ebb0/rau0)*0.5*sqrt(u_botfr^2+v_botfr^2) (min value rn_emin)
275!!    DO jj = 2, jpjm1
276!!       DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[2528]277!!          ztx2 = bfrua(ji-1,jj) * ub(ji-1,jj,mbku(ji-1,jj)) + &
278!!                 bfrua(ji  ,jj) * ub(ji  ,jj,mbku(ji  ,jj) )
279!!          zty2 = bfrva(ji,jj  ) * vb(ji,jj  ,mbkv(ji,jj  )) + &
280!!                 bfrva(ji,jj-1) * vb(ji,jj-1,mbkv(ji,jj-1) )
[1719]281!!          zebot = 0.001875_wp * SQRT( ztx2 * ztx2 + zty2 * zty2 )   !  where 0.001875 = (rn_ebb0/rau0) * 0.5 = 3.75*0.5/1000.
[2528]282!!          en (ji,jj,mbkt(ji,jj)+1) = MAX( zebot, rn_emin ) * tmask(ji,jj,1)
[1719]283!!       END DO
284!!    END DO
[2528]285!!bfr   - end commented area
[1492]286      !
287      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[2528]288      IF( ln_lc ) THEN      !  Langmuir circulation source term added to tke       (Axell JGR 2002)
[1492]289         !                  !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
[1239]290         !
[1492]291         !                        !* total energy produce by LC : cumulative sum over jk
[7753]292         zpelc(:,:,1) =  MAX( rn2b(:,:,1), 0._wp ) * gdepw_n(:,:,1) * e3w_n(:,:,1)
[1239]293         DO jk = 2, jpk
[7753]294            zpelc(:,:,jk)  = zpelc(:,:,jk-1) + MAX( rn2b(:,:,jk), 0._wp ) * gdepw_n(:,:,jk) * e3w_n(:,:,jk)
[1239]295         END DO
[1492]296         !                        !* finite Langmuir Circulation depth
[1705]297         zcof = 0.5 * 0.016 * 0.016 / ( zrhoa * zcdrag )
[7753]298         imlc(:,:) = mbkt(:,:) + 1       ! Initialization to the number of w ocean point (=2 over land)
[1239]299         DO jk = jpkm1, 2, -1
[1492]300            DO jj = 1, jpj               ! Last w-level at which zpelc>=0.5*us*us
301               DO ji = 1, jpi            !      with us=0.016*wind(starting from jpk-1)
[1705]302                  zus  = zcof * taum(ji,jj)
[1239]303                  IF( zpelc(ji,jj,jk) > zus )   imlc(ji,jj) = jk
304               END DO
305            END DO
306         END DO
[1492]307         !                               ! finite LC depth
308         DO jj = 1, jpj 
[1239]309            DO ji = 1, jpi
[6140]310               zhlc(ji,jj) = gdepw_n(ji,jj,imlc(ji,jj))
[1239]311            END DO
312         END DO
[1705]313         zcof = 0.016 / SQRT( zrhoa * zcdrag )
[1492]314         DO jk = 2, jpkm1         !* TKE Langmuir circulation source term added to en
[1239]315            DO jj = 2, jpjm1
316               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[1705]317                  zus  = zcof * SQRT( taum(ji,jj) )           ! Stokes drift
[1492]318                  !                                           ! vertical velocity due to LC
[6140]319                  zind = 0.5 - SIGN( 0.5, gdepw_n(ji,jj,jk) - zhlc(ji,jj) )
320                  zwlc = zind * rn_lc * zus * SIN( rpi * gdepw_n(ji,jj,jk) / zhlc(ji,jj) )
[1492]321                  !                                           ! TKE Langmuir circulation source term
[7813]322                  en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rdt * MAX(0.,1._wp - 2.*fr_i(ji,jj) ) * ( zwlc * zwlc * zwlc )   &
[6497]323                     &                              / zhlc(ji,jj) * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
[1239]324               END DO
325            END DO
326         END DO
327         !
328      ENDIF
[1492]329      !
330      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
331      !                     !  Now Turbulent kinetic energy (output in en)
332      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
333      !                     ! Resolution of a tridiagonal linear system by a "methode de chasse"
334      !                     ! computation from level 2 to jpkm1  (e(1) already computed and e(jpk)=0 ).
335      !                     ! zdiag : diagonal zd_up : upper diagonal zd_lw : lower diagonal
336      !
337      DO jk = 2, jpkm1           !* Shear production at uw- and vw-points (energy conserving form)
[5656]338         DO jj = 1, jpjm1
339            DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
340               z3du(ji,jj,jk) = 0.5 * ( avm(ji,jj,jk  ) + avm(ji+1,jj,jk) )   &
341                  &                 * (  un(ji,jj,jk-1) -  un(ji  ,jj,jk) )   &
[5803]342                  &                 * (  ub(ji,jj,jk-1) -  ub(ji  ,jj,jk) ) * wumask(ji,jj,jk) &
[6140]343                  &                 / (  e3uw_n(ji,jj,jk) * e3uw_b(ji,jj,jk) )
[5656]344               z3dv(ji,jj,jk) = 0.5 * ( avm(ji,jj,jk  ) + avm(ji,jj+1,jk) )   &
345                  &                 * (  vn(ji,jj,jk-1) -  vn(ji,jj  ,jk) )   &
[5803]346                  &                 * (  vb(ji,jj,jk-1) -  vb(ji,jj  ,jk) ) * wvmask(ji,jj,jk) &
[6140]347                  &                 / (  e3vw_n(ji,jj,jk) * e3vw_b(ji,jj,jk) )
[1492]348            END DO
349         END DO
350      END DO
351      !
[5656]352      IF( nn_pdl == 1 ) THEN      !* Prandtl number case: compute apdlr
353         ! Note that zesh2 is also computed in the next loop.
354         ! We decided to compute it twice to keep code readability and avoid an IF case in the DO loops
355         DO jk = 2, jpkm1
356            DO jj = 2, jpjm1
357               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
358                  !                                          ! shear prod. at w-point weightened by mask
359                  zesh2  =  ( z3du(ji-1,jj,jk) + z3du(ji,jj,jk) ) / MAX( 1._wp , umask(ji-1,jj,jk) + umask(ji,jj,jk) )   &
360                     &    + ( z3dv(ji,jj-1,jk) + z3dv(ji,jj,jk) ) / MAX( 1._wp , vmask(ji,jj-1,jk) + vmask(ji,jj,jk) )   
361                  !                                          ! local Richardson number
362                  zri   = MAX( rn2b(ji,jj,jk), 0._wp ) * avm(ji,jj,jk) / ( zesh2 + rn_bshear )
363                  apdlr(ji,jj,jk) = MAX(  0.1_wp,  ri_cri / MAX( ri_cri , zri )  )
364                 
365               END DO
366            END DO
367         END DO
368         !
369      ENDIF
[5836]370      !         
[5120]371      DO jk = 2, jpkm1           !* Matrix and right hand side in en
372         DO jj = 2, jpjm1
373            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[1492]374               zcof   = zfact1 * tmask(ji,jj,jk)
[7953]375               !                                   ! A minimum of 2.e-5 m2/s is imposed on TKE vertical
376               !                                   ! eddy coefficient (ensure numerical stability)
377               zzd_up = zcof * MAX(   avm(ji,jj,jk+1) +   avm(ji,jj,jk  ) , 2.e-5_wp  )   &  ! upper diagonal
378                  &          /    ( e3t_n(ji,jj,jk  ) * e3w_n(ji,jj,jk  )  )
379               zzd_lw = zcof * MAX(   avm(ji,jj,jk  ) +   avm(ji,jj,jk-1) , 2.e-5_wp  )   &  ! lower diagonal
380                  &          /    ( e3t_n(ji,jj,jk-1) * e3w_n(ji,jj,jk  )  )
381               !
[5656]382               !                                   ! shear prod. at w-point weightened by mask
383               zesh2  =  ( z3du(ji-1,jj,jk) + z3du(ji,jj,jk) ) / MAX( 1._wp , umask(ji-1,jj,jk) + umask(ji,jj,jk) )   &
384                  &    + ( z3dv(ji,jj-1,jk) + z3dv(ji,jj,jk) ) / MAX( 1._wp , vmask(ji,jj-1,jk) + vmask(ji,jj,jk) )   
385               !
[1492]386               zd_up(ji,jj,jk) = zzd_up            ! Matrix (zdiag, zd_up, zd_lw)
387               zd_lw(ji,jj,jk) = zzd_lw
[2528]388               zdiag(ji,jj,jk) = 1._wp - zzd_lw - zzd_up + zfact2 * dissl(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk)
[1239]389               !
[1492]390               !                                   ! right hand side in en
[1481]391               en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rdt * (  zesh2  -   avt(ji,jj,jk) * rn2(ji,jj,jk)    &
[4990]392                  &                                 + zfact3 * dissl(ji,jj,jk) * en (ji,jj,jk)  ) &
[5120]393                  &                                 * wmask(ji,jj,jk)
[1239]394            END DO
[5120]395         END DO
396      END DO
397      !                          !* Matrix inversion from level 2 (tke prescribed at level 1)
398      DO jk = 3, jpkm1                             ! First recurrence : Dk = Dk - Lk * Uk-1 / Dk-1
399         DO jj = 2, jpjm1
400            DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vector opt.
[1492]401               zdiag(ji,jj,jk) = zdiag(ji,jj,jk) - zd_lw(ji,jj,jk) * zd_up(ji,jj,jk-1) / zdiag(ji,jj,jk-1)
[1239]402            END DO
[5120]403         END DO
404      END DO
[5836]405      DO jj = 2, jpjm1                             ! Second recurrence : Lk = RHSk - Lk / Dk-1 * Lk-1
[5120]406         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
407            zd_lw(ji,jj,2) = en(ji,jj,2) - zd_lw(ji,jj,2) * en(ji,jj,1)    ! Surface boudary conditions on tke
408         END DO
409      END DO
410      DO jk = 3, jpkm1
411         DO jj = 2, jpjm1
412            DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vector opt.
[1492]413               zd_lw(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) - zd_lw(ji,jj,jk) / zdiag(ji,jj,jk-1) *zd_lw(ji,jj,jk-1)
[1239]414            END DO
[5120]415         END DO
416      END DO
[5836]417      DO jj = 2, jpjm1                             ! thrid recurrence : Ek = ( Lk - Uk * Ek+1 ) / Dk
[5120]418         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[1492]419            en(ji,jj,jpkm1) = zd_lw(ji,jj,jpkm1) / zdiag(ji,jj,jpkm1)
[5120]420         END DO
421      END DO
422      DO jk = jpk-2, 2, -1
423         DO jj = 2, jpjm1
424            DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vector opt.
[1492]425               en(ji,jj,jk) = ( zd_lw(ji,jj,jk) - zd_up(ji,jj,jk) * en(ji,jj,jk+1) ) / zdiag(ji,jj,jk)
[1239]426            END DO
[5120]427         END DO
428      END DO
429      DO jk = 2, jpkm1                             ! set the minimum value of tke
430         DO jj = 2, jpjm1
431            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
432               en(ji,jj,jk) = MAX( en(ji,jj,jk), rn_emin ) * wmask(ji,jj,jk)
[1239]433            END DO
434         END DO
435      END DO
436
[1492]437      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
438      !                            !  TKE due to surface and internal wave breaking
439      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[6140]440!!gm BUG : in the exp  remove the depth of ssh !!!
441     
442     
[2528]443      IF( nn_etau == 1 ) THEN           !* penetration below the mixed layer (rn_efr fraction)
[1492]444         DO jk = 2, jpkm1
[1239]445            DO jj = 2, jpjm1
446               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]447                  en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rn_efr * en(ji,jj,1) * EXP( -gdepw_n(ji,jj,jk) / htau(ji,jj) )   &
[7813]448                     &                                 * MAX(0.,1._wp - 2.*fr_i(ji,jj) )  * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
[1239]449               END DO
450            END DO
[1492]451         END DO
[2528]452      ELSEIF( nn_etau == 2 ) THEN       !* act only at the base of the mixed layer (jk=nmln)  (rn_efr fraction)
[1492]453         DO jj = 2, jpjm1
454            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
455               jk = nmln(ji,jj)
[6140]456               en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rn_efr * en(ji,jj,1) * EXP( -gdepw_n(ji,jj,jk) / htau(ji,jj) )   &
[7813]457                  &                                 * MAX(0.,1._wp - 2.*fr_i(ji,jj) )  * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
[1239]458            END DO
[1492]459         END DO
[2528]460      ELSEIF( nn_etau == 3 ) THEN       !* penetration belox the mixed layer (HF variability)
[1705]461         DO jk = 2, jpkm1
462            DO jj = 2, jpjm1
463               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
464                  ztx2 = utau(ji-1,jj  ) + utau(ji,jj)
465                  zty2 = vtau(ji  ,jj-1) + vtau(ji,jj)
[4990]466                  ztau = 0.5_wp * SQRT( ztx2 * ztx2 + zty2 * zty2 ) * tmask(ji,jj,1)    ! module of the mean stress
[2528]467                  zdif = taum(ji,jj) - ztau                            ! mean of modulus - modulus of the mean
468                  zdif = rhftau_scl * MAX( 0._wp, zdif + rhftau_add )  ! apply some modifications...
[6140]469                  en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + zbbrau * zdif * EXP( -gdepw_n(ji,jj,jk) / htau(ji,jj) )   &
[7813]470                     &                        * MAX(0.,1._wp - 2.*fr_i(ji,jj) ) * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
[1705]471               END DO
472            END DO
473         END DO
[1239]474      ENDIF
[1492]475      CALL lbc_lnk( en, 'W', 1. )      ! Lateral boundary conditions (sign unchanged)
476      !
[5836]477      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,       imlc )    ! integer
478      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,       zhlc ) 
479      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   zpelc, zdiag, zd_up, zd_lw, z3du, z3dv ) 
[2715]480      !
[3294]481      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('tke_tke')
482      !
[1239]483   END SUBROUTINE tke_tke
484
[1492]485
486   SUBROUTINE tke_avn
[1239]487      !!----------------------------------------------------------------------
[1492]488      !!                   ***  ROUTINE tke_avn  ***
[1239]489      !!
[1492]490      !! ** Purpose :   Compute the vertical eddy viscosity and diffusivity
491      !!
492      !! ** Method  :   At this stage, en, the now TKE, is known (computed in
493      !!              the tke_tke routine). First, the now mixing lenth is
494      !!      computed from en and the strafification (N^2), then the mixings
495      !!      coefficients are computed.
496      !!              - Mixing length : a first evaluation of the mixing lengh
497      !!      scales is:
498      !!                      mxl = sqrt(2*en) / N 
499      !!      where N is the brunt-vaisala frequency, with a minimum value set
[2528]500      !!      to rmxl_min (rn_mxl0) in the interior (surface) ocean.
[1492]501      !!        The mixing and dissipative length scale are bound as follow :
502      !!         nn_mxl=0 : mxl bounded by the distance to surface and bottom.
503      !!                        zmxld = zmxlm = mxl
504      !!         nn_mxl=1 : mxl bounded by the e3w and zmxld = zmxlm = mxl
505      !!         nn_mxl=2 : mxl bounded such that the vertical derivative of mxl is
506      !!                    less than 1 (|d/dz(mxl)|<1) and zmxld = zmxlm = mxl
507      !!         nn_mxl=3 : mxl is bounded from the surface to the bottom usings
508      !!                    |d/dz(xml)|<1 to obtain lup, and from the bottom to
509      !!                    the surface to obtain ldown. the resulting length
510      !!                    scales are:
511      !!                        zmxld = sqrt( lup * ldown )
512      !!                        zmxlm = min ( lup , ldown )
513      !!              - Vertical eddy viscosity and diffusivity:
514      !!                      avm = max( avtb, rn_ediff * zmxlm * en^1/2 )
515      !!                      avt = max( avmb, pdlr * avm ) 
516      !!      with pdlr=1 if nn_pdl=0, pdlr=1/pdl=F(Ri) otherwise.
517      !!
518      !! ** Action  : - avt : now vertical eddy diffusivity (w-point)
519      !!              - avmu, avmv : now vertical eddy viscosity at uw- and vw-points
[1239]520      !!----------------------------------------------------------------------
[2715]521      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
522      REAL(wp) ::   zrn2, zraug, zcoef, zav     ! local scalars
[5836]523      REAL(wp) ::   zdku, zri, zsqen            !   -      -
[2715]524      REAL(wp) ::   zdkv, zemxl, zemlm, zemlp   !   -      -
[3294]525      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) :: zmpdl, zmxlm, zmxld
[1239]526      !!--------------------------------------------------------------------
[3294]527      !
528      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('tke_avn')
[1239]529
[3294]530      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zmpdl, zmxlm, zmxld ) 
531
[1492]532      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
533      !                     !  Mixing length
534      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
535      !
536      !                     !* Buoyancy length scale: l=sqrt(2*e/n**2)
537      !
[5120]538      ! initialisation of interior minimum value (avoid a 2d loop with mikt)
[7753]539      zmxlm(:,:,:)  = rmxl_min   
540      zmxld(:,:,:)  = rmxl_min
[5120]541      !
[2528]542      IF( ln_mxl0 ) THEN            ! surface mixing length = F(stress) : l=vkarmn*2.e5*taum/(rau0*g)
[4990]543         DO jj = 2, jpjm1
544            DO ji = fs_2, fs_jpim1
[5120]545               zraug = vkarmn * 2.e5_wp / ( rau0 * grav )
546               zmxlm(ji,jj,1) = MAX( rn_mxl0, zraug * taum(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) )
[4990]547            END DO
548         END DO
549      ELSE
[7753]550         zmxlm(:,:,1) = rn_mxl0
[1239]551      ENDIF
552      !
[5120]553      DO jk = 2, jpkm1              ! interior value : l=sqrt(2*e/n^2)
554         DO jj = 2, jpjm1
555            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[1239]556               zrn2 = MAX( rn2(ji,jj,jk), rsmall )
[5836]557               zmxlm(ji,jj,jk) = MAX(  rmxl_min,  SQRT( 2._wp * en(ji,jj,jk) / zrn2 )  )
[1239]558            END DO
559         END DO
560      END DO
[1492]561      !
562      !                     !* Physical limits for the mixing length
563      !
[7753]564      zmxld(:,:, 1 ) = zmxlm(:,:,1)   ! surface set to the minimum value
565      zmxld(:,:,jpk) = rmxl_min       ! last level  set to the minimum value
[1492]566      !
[1239]567      SELECT CASE ( nn_mxl )
568      !
[5836]569 !!gm Not sure of that coding for ISF....
[6140]570      ! where wmask = 0 set zmxlm == e3w_n
[1239]571      CASE ( 0 )           ! bounded by the distance to surface and bottom
[5120]572         DO jk = 2, jpkm1
573            DO jj = 2, jpjm1
574               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]575                  zemxl = MIN( gdepw_n(ji,jj,jk) - gdepw_n(ji,jj,mikt(ji,jj)), zmxlm(ji,jj,jk),   &
576                  &            gdepw_n(ji,jj,mbkt(ji,jj)+1) - gdepw_n(ji,jj,jk) )
[5120]577                  ! wmask prevent zmxlm = 0 if jk = mikt(ji,jj)
[6140]578                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl * wmask(ji,jj,jk) + MIN(zmxlm(ji,jj,jk),e3w_n(ji,jj,jk)) * (1 - wmask(ji,jj,jk))
579                  zmxld(ji,jj,jk) = zemxl * wmask(ji,jj,jk) + MIN(zmxlm(ji,jj,jk),e3w_n(ji,jj,jk)) * (1 - wmask(ji,jj,jk))
[1239]580               END DO
581            END DO
582         END DO
583         !
584      CASE ( 1 )           ! bounded by the vertical scale factor
[5120]585         DO jk = 2, jpkm1
586            DO jj = 2, jpjm1
587               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]588                  zemxl = MIN( e3w_n(ji,jj,jk), zmxlm(ji,jj,jk) )
[1239]589                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl
590                  zmxld(ji,jj,jk) = zemxl
591               END DO
592            END DO
593         END DO
594         !
595      CASE ( 2 )           ! |dk[xml]| bounded by e3t :
[5120]596         DO jk = 2, jpkm1         ! from the surface to the bottom :
597            DO jj = 2, jpjm1
598               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]599                  zmxlm(ji,jj,jk) = MIN( zmxlm(ji,jj,jk-1) + e3t_n(ji,jj,jk-1), zmxlm(ji,jj,jk) )
[1239]600               END DO
[5120]601            END DO
602         END DO
603         DO jk = jpkm1, 2, -1     ! from the bottom to the surface :
604            DO jj = 2, jpjm1
605               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]606                  zemxl = MIN( zmxlm(ji,jj,jk+1) + e3t_n(ji,jj,jk+1), zmxlm(ji,jj,jk) )
[1239]607                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl
608                  zmxld(ji,jj,jk) = zemxl
609               END DO
610            END DO
611         END DO
612         !
613      CASE ( 3 )           ! lup and ldown, |dk[xml]| bounded by e3t :
[5120]614         DO jk = 2, jpkm1         ! from the surface to the bottom : lup
615            DO jj = 2, jpjm1
616               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]617                  zmxld(ji,jj,jk) = MIN( zmxld(ji,jj,jk-1) + e3t_n(ji,jj,jk-1), zmxlm(ji,jj,jk) )
[1239]618               END DO
[5120]619            END DO
620         END DO
621         DO jk = jpkm1, 2, -1     ! from the bottom to the surface : ldown
622            DO jj = 2, jpjm1
623               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]624                  zmxlm(ji,jj,jk) = MIN( zmxlm(ji,jj,jk+1) + e3t_n(ji,jj,jk+1), zmxlm(ji,jj,jk) )
[1239]625               END DO
626            END DO
627         END DO
628         DO jk = 2, jpkm1
629            DO jj = 2, jpjm1
630               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
631                  zemlm = MIN ( zmxld(ji,jj,jk),  zmxlm(ji,jj,jk) )
632                  zemlp = SQRT( zmxld(ji,jj,jk) * zmxlm(ji,jj,jk) )
633                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemlm
634                  zmxld(ji,jj,jk) = zemlp
635               END DO
636            END DO
637         END DO
638         !
639      END SELECT
[1492]640      !
[1239]641# if defined key_c1d
[7753]642      e_dis(:,:,:) = zmxld(:,:,:)      ! c1d configuration : save mixing and dissipation turbulent length scales
643      e_mix(:,:,:) = zmxlm(:,:,:)
[1239]644# endif
645
[1492]646      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
647      !                     !  Vertical eddy viscosity and diffusivity  (avmu, avmv, avt)
648      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
649      DO jk = 1, jpkm1            !* vertical eddy viscosity & diffivity at w-points
[1239]650         DO jj = 2, jpjm1
651            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
652               zsqen = SQRT( en(ji,jj,jk) )
653               zav   = rn_ediff * zmxlm(ji,jj,jk) * zsqen
[5120]654               avm  (ji,jj,jk) = MAX( zav,                  avmb(jk) ) * wmask(ji,jj,jk)
655               avt  (ji,jj,jk) = MAX( zav, avtb_2d(ji,jj) * avtb(jk) ) * wmask(ji,jj,jk)
[1239]656               dissl(ji,jj,jk) = zsqen / zmxld(ji,jj,jk)
657            END DO
658         END DO
659      END DO
[1492]660      CALL lbc_lnk( avm, 'W', 1. )      ! Lateral boundary conditions (sign unchanged)
661      !
[5120]662      DO jk = 2, jpkm1            !* vertical eddy viscosity at wu- and wv-points
663         DO jj = 2, jpjm1
664            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
665               avmu(ji,jj,jk) = 0.5 * ( avm(ji,jj,jk) + avm(ji+1,jj  ,jk) ) * wumask(ji,jj,jk)
666               avmv(ji,jj,jk) = 0.5 * ( avm(ji,jj,jk) + avm(ji  ,jj+1,jk) ) * wvmask(ji,jj,jk)
[4990]667            END DO
[1239]668         END DO
669      END DO
670      CALL lbc_lnk( avmu, 'U', 1. )   ;   CALL lbc_lnk( avmv, 'V', 1. )      ! Lateral boundary conditions
[1492]671      !
672      IF( nn_pdl == 1 ) THEN      !* Prandtl number case: update avt
[5120]673         DO jk = 2, jpkm1
674            DO jj = 2, jpjm1
675               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[5656]676                  avt(ji,jj,jk)   = MAX( apdlr(ji,jj,jk) * avt(ji,jj,jk), avtb_2d(ji,jj) * avtb(jk) ) * tmask(ji,jj,jk)
[1492]677# if defined key_c1d
[5656]678                  e_pdl(ji,jj,jk) = apdlr(ji,jj,jk) * wmask(ji,jj,jk)    ! c1d configuration : save masked Prandlt number
[5836]679!!gm bug NO zri here....
680!!gm remove the specific diag for c1d !
[5656]681                  e_ric(ji,jj,jk) = zri * wmask(ji,jj,jk)                            ! c1d config. : save Ri
[1239]682# endif
683              END DO
684            END DO
685         END DO
686      ENDIF
687      CALL lbc_lnk( avt, 'W', 1. )                      ! Lateral boundary conditions on avt  (sign unchanged)
688
689      IF(ln_ctl) THEN
690         CALL prt_ctl( tab3d_1=en  , clinfo1=' tke  - e: ', tab3d_2=avt, clinfo2=' t: ', ovlap=1, kdim=jpk)
691         CALL prt_ctl( tab3d_1=avmu, clinfo1=' tke  - u: ', mask1=umask,                   &
692            &          tab3d_2=avmv, clinfo2=       ' v: ', mask2=vmask, ovlap=1, kdim=jpk )
693      ENDIF
694      !
[3294]695      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zmpdl, zmxlm, zmxld ) 
696      !
697      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('tke_avn')
698      !
[1492]699   END SUBROUTINE tke_avn
[1239]700
[1492]701
[2528]702   SUBROUTINE zdf_tke_init
[1239]703      !!----------------------------------------------------------------------
[2528]704      !!                  ***  ROUTINE zdf_tke_init  ***
[1239]705      !!                     
706      !! ** Purpose :   Initialization of the vertical eddy diffivity and
[1492]707      !!              viscosity when using a tke turbulent closure scheme
[1239]708      !!
[1601]709      !! ** Method  :   Read the namzdf_tke namelist and check the parameters
[1492]710      !!              called at the first timestep (nit000)
[1239]711      !!
[1601]712      !! ** input   :   Namlist namzdf_tke
[1239]713      !!
714      !! ** Action  :   Increase by 1 the nstop flag is setting problem encounter
715      !!----------------------------------------------------------------------
716      INTEGER ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
[4147]717      INTEGER ::   ios
[1239]718      !!
[2528]719      NAMELIST/namzdf_tke/ rn_ediff, rn_ediss , rn_ebb , rn_emin  ,   &
720         &                 rn_emin0, rn_bshear, nn_mxl , ln_mxl0  ,   &
721         &                 rn_mxl0 , nn_pdl   , ln_lc  , rn_lc    ,   &
722         &                 nn_etau , nn_htau  , rn_efr   
[1239]723      !!----------------------------------------------------------------------
[2715]724      !
[4147]725      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namzdf_tke in reference namelist : Turbulent Kinetic Energy
726      READ  ( numnam_ref, namzdf_tke, IOSTAT = ios, ERR = 901)
727901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_tke in reference namelist', lwp )
728
729      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namzdf_tke in configuration namelist : Turbulent Kinetic Energy
730      READ  ( numnam_cfg, namzdf_tke, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
731902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_tke in configuration namelist', lwp )
[4624]732      IF(lwm) WRITE ( numond, namzdf_tke )
[2715]733      !
[2528]734      ri_cri   = 2._wp    / ( 2._wp + rn_ediss / rn_ediff )   ! resulting critical Richardson number
[2715]735      !
[1492]736      IF(lwp) THEN                    !* Control print
[1239]737         WRITE(numout,*)
[2528]738         WRITE(numout,*) 'zdf_tke_init : tke turbulent closure scheme - initialisation'
739         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
[1601]740         WRITE(numout,*) '   Namelist namzdf_tke : set tke mixing parameters'
[1705]741         WRITE(numout,*) '      coef. to compute avt                        rn_ediff  = ', rn_ediff
742         WRITE(numout,*) '      Kolmogoroff dissipation coef.               rn_ediss  = ', rn_ediss
743         WRITE(numout,*) '      tke surface input coef.                     rn_ebb    = ', rn_ebb
744         WRITE(numout,*) '      minimum value of tke                        rn_emin   = ', rn_emin
745         WRITE(numout,*) '      surface minimum value of tke                rn_emin0  = ', rn_emin0
746         WRITE(numout,*) '      background shear (>0)                       rn_bshear = ', rn_bshear
747         WRITE(numout,*) '      mixing length type                          nn_mxl    = ', nn_mxl
748         WRITE(numout,*) '      prandl number flag                          nn_pdl    = ', nn_pdl
749         WRITE(numout,*) '      surface mixing length = F(stress) or not    ln_mxl0   = ', ln_mxl0
[2528]750         WRITE(numout,*) '      surface  mixing length minimum value        rn_mxl0   = ', rn_mxl0
751         WRITE(numout,*) '      flag to take into acc.  Langmuir circ.      ln_lc     = ', ln_lc
752         WRITE(numout,*) '      coef to compute verticla velocity of LC     rn_lc     = ', rn_lc
[1705]753         WRITE(numout,*) '      test param. to add tke induced by wind      nn_etau   = ', nn_etau
754         WRITE(numout,*) '      flag for computation of exp. tke profile    nn_htau   = ', nn_htau
755         WRITE(numout,*) '      fraction of en which pene. the thermocline  rn_efr    = ', rn_efr
[1239]756         WRITE(numout,*)
[1601]757         WRITE(numout,*) '      critical Richardson nb with your parameters  ri_cri = ', ri_cri
[7953]758         WRITE(numout,*)
[1239]759      ENDIF
[2715]760      !
[7953]761      IF( ln_zdftmx ) THEN          ! Internal wave driven mixing
762         !                          ! specific values of rn_emin & rmxl_min are used
763         rn_emin  = 1.e-10_wp
764         rmxl_min = 1.e-03_wp
765         IF(lwp) WRITE(numout,*) '      Internal wave-driven mixing case:   force   rn_emin = 1.e-10 and rmxl_min = 1.e-3 '
766      ELSE
767         rmxl_min = 1.e-6_wp / ( rn_ediff * SQRT( rn_emin ) )    ! resulting minimum length to recover molecular viscosity
768         IF(lwp) WRITE(numout,*) '      minimum mixing length with your parameters rmxl_min = ', rmxl_min
769      ENDIF
770      !
[2715]771      !                              ! allocate tke arrays
772      IF( zdf_tke_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'zdf_tke_init : unable to allocate arrays' )
773      !
[1492]774      !                               !* Check of some namelist values
[4990]775      IF( nn_mxl  < 0   .OR.  nn_mxl  > 3 )   CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_mxl is  0, 1 or 2 ' )
776      IF( nn_pdl  < 0   .OR.  nn_pdl  > 1 )   CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_pdl is  0 or 1    ' )
777      IF( nn_htau < 0   .OR.  nn_htau > 1 )   CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_htau is 0, 1 or 2 ' )
[5407]778      IF( nn_etau == 3 .AND. .NOT. ln_cpl )   CALL ctl_stop( 'nn_etau == 3 : HF taum only known in coupled mode' )
[1239]779
[2528]780      IF( ln_mxl0 ) THEN
781         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   use a surface mixing length = F(stress) :   set rn_mxl0 = rmxl_min'
782         rn_mxl0 = rmxl_min
783      ENDIF
784     
[1492]785      IF( nn_etau == 2  )   CALL zdf_mxl( nit000 )      ! Initialization of nmln
[1239]786
[1492]787      !                               !* depth of penetration of surface tke
788      IF( nn_etau /= 0 ) THEN     
[1601]789         SELECT CASE( nn_htau )             ! Choice of the depth of penetration
[2528]790         CASE( 0 )                                 ! constant depth penetration (here 10 meters)
[7753]791            htau(:,:) = 10._wp
[2528]792         CASE( 1 )                                 ! F(latitude) : 0.5m to 30m poleward of 40 degrees
[7753]793            htau(:,:) = MAX(  0.5_wp, MIN( 30._wp, 45._wp* ABS( SIN( rpi/180._wp * gphit(:,:) ) ) )   )           
[1492]794         END SELECT
795      ENDIF
796      !                               !* set vertical eddy coef. to the background value
[1239]797      DO jk = 1, jpk
[7753]798         avt (:,:,jk) = avtb(jk) * wmask (:,:,jk)
799         avm (:,:,jk) = avmb(jk) * wmask (:,:,jk)
800         avmu(:,:,jk) = avmb(jk) * wumask(:,:,jk)
801         avmv(:,:,jk) = avmb(jk) * wvmask(:,:,jk)
[1239]802      END DO
[7753]803      dissl(:,:,:) = 1.e-12_wp
[2715]804      !                             
805      CALL tke_rst( nit000, 'READ' )  !* read or initialize all required files
[1239]806      !
[2528]807   END SUBROUTINE zdf_tke_init
[1239]808
809
[1531]810   SUBROUTINE tke_rst( kt, cdrw )
[1239]811     !!---------------------------------------------------------------------
[1531]812     !!                   ***  ROUTINE tke_rst  ***
[1239]813     !!                     
814     !! ** Purpose :   Read or write TKE file (en) in restart file
815     !!
816     !! ** Method  :   use of IOM library
817     !!                if the restart does not contain TKE, en is either
[1537]818     !!                set to rn_emin or recomputed
[1239]819     !!----------------------------------------------------------------------
[2715]820     INTEGER         , INTENT(in) ::   kt     ! ocean time-step
821     CHARACTER(len=*), INTENT(in) ::   cdrw   ! "READ"/"WRITE" flag
[1239]822     !
[7753]823     INTEGER ::   jit, jk   ! dummy loop indices
[2715]824     INTEGER ::   id1, id2, id3, id4, id5, id6   ! local integers
[1239]825     !!----------------------------------------------------------------------
826     !
[1481]827     IF( TRIM(cdrw) == 'READ' ) THEN        ! Read/initialise
828        !                                   ! ---------------
829        IF( ln_rstart ) THEN                   !* Read the restart file
830           id1 = iom_varid( numror, 'en'   , ldstop = .FALSE. )
831           id2 = iom_varid( numror, 'avt'  , ldstop = .FALSE. )
832           id3 = iom_varid( numror, 'avm'  , ldstop = .FALSE. )
833           id4 = iom_varid( numror, 'avmu' , ldstop = .FALSE. )
834           id5 = iom_varid( numror, 'avmv' , ldstop = .FALSE. )
835           id6 = iom_varid( numror, 'dissl', ldstop = .FALSE. )
836           !
837           IF( id1 > 0 ) THEN                       ! 'en' exists
[1239]838              CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'en', en )
[1481]839              IF( MIN( id2, id3, id4, id5, id6 ) > 0 ) THEN        ! all required arrays exist
840                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avt'  , avt   )
841                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avm'  , avm   )
842                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avmu' , avmu  )
843                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avmv' , avmv  )
844                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'dissl', dissl )
[1492]845              ELSE                                                 ! one at least array is missing
846                 CALL tke_avn                                          ! compute avt, avm, avmu, avmv and dissl (approximation)
[1481]847              ENDIF
848           ELSE                                     ! No TKE array found: initialisation
849              IF(lwp) WRITE(numout,*) ' ===>>>> : previous run without tke scheme, en computed by iterative loop'
[7753]850              en (:,:,:) = rn_emin * tmask(:,:,:)
[1492]851              CALL tke_avn                               ! recompute avt, avm, avmu, avmv and dissl (approximation)
[5112]852              !
[7753]853              avt_k (:,:,:) = avt (:,:,:)
854              avm_k (:,:,:) = avm (:,:,:)
855              avmu_k(:,:,:) = avmu(:,:,:)
856              avmv_k(:,:,:) = avmv(:,:,:)
[5112]857              !
[1531]858              DO jit = nit000 + 1, nit000 + 10   ;   CALL zdf_tke( jit )   ;   END DO
[1239]859           ENDIF
[1481]860        ELSE                                   !* Start from rest
[7753]861           en(:,:,:) = rn_emin * tmask(:,:,:)
[1481]862           DO jk = 1, jpk                           ! set the Kz to the background value
[7753]863              avt (:,:,jk) = avtb(jk) * wmask (:,:,jk)
864              avm (:,:,jk) = avmb(jk) * wmask (:,:,jk)
865              avmu(:,:,jk) = avmb(jk) * wumask(:,:,jk)
866              avmv(:,:,jk) = avmb(jk) * wvmask(:,:,jk)
[1481]867           END DO
[1239]868        ENDIF
[1481]869        !
870     ELSEIF( TRIM(cdrw) == 'WRITE' ) THEN   ! Create restart file
871        !                                   ! -------------------
[1531]872        IF(lwp) WRITE(numout,*) '---- tke-rst ----'
[3632]873        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'en'   , en     )
874        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avt'  , avt_k  )
875        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avm'  , avm_k  )
876        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avmu' , avmu_k )
877        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avmv' , avmv_k )
878        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'dissl', dissl  )
[1481]879        !
[1239]880     ENDIF
881     !
[1531]882   END SUBROUTINE tke_rst
[1239]883
884   !!======================================================================
[1531]885END MODULE zdftke
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.