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1MODULE dynzdf_exp
2   !!==============================================================================
3   !!                     ***  MODULE  dynzdf_exp  ***
4   !! Ocean dynamics:  vertical component(s) of the momentum mixing trend
5   !!==============================================================================
6   !! History :  OPA  !  1990-10  (B. Blanke)  Original code
7   !!            8.0  !  1997-05  (G. Madec)  vertical component of isopycnal
8   !!   NEMO     0.5  !  2002-08  (G. Madec)  F90: Free form and module
9   !!            3.3  !  2010-04  (M. Leclair, G. Madec)  Forcing averaged over 2 time steps
10   !!            3.7  !  2015-11  (J. Chanut) output velocities instead of trends
11   !!----------------------------------------------------------------------
12
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   dyn_zdf_exp   : update the momentum trend with the vertical diffusion using a split-explicit scheme
15   !!                   and perform the Leap-Frog time integration.
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
18   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
19   USE phycst         ! physical constants
20   USE zdf_oce        ! ocean vertical physics
21   USE dynadv   , ONLY: ln_dynadv_vec ! Momentum advection form
22   USE sbc_oce        ! surface boundary condition: ocean
23   !
24   USE in_out_manager ! I/O manager
25   USE lib_mpp        ! MPP library
26   USE timing         ! Timing
27
28   IMPLICIT NONE
29   PRIVATE
30
31   PUBLIC   dyn_zdf_exp   ! called by step.F90
32   
33   !! * Substitutions
34#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
35   !!----------------------------------------------------------------------
36   !! NEMO/OPA 3.7 , NEMO Consortium (2015)
37   !! $Id$
38   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
39   !!----------------------------------------------------------------------
40CONTAINS
41
42   SUBROUTINE dyn_zdf_exp( kt, p2dt )
43      !!----------------------------------------------------------------------
44      !!                  ***  ROUTINE dyn_zdf_exp  ***
45      !!                   
46      !! ** Purpose :   Compute the trend due to the vert. momentum diffusion
47      !!              and perform the Leap-Frog time stepping.
48      !!
49      !! ** Method  : - Split-explicit forward time stepping.
50      !!      The vertical mixing of momentum is given by:
51      !!         diffu = dz( avmu dz(u) ) = 1/e3u dk+1( avmu/e3uw dk(ub) )
52      !!      Surface boundary conditions: wind stress input (averaged over kt-1/2 & kt+1/2)
53      !!      Bottom boundary conditions : bottom stress (cf zdfbfr.F90)
54      !!      Add this trend to the general trend ua :
55      !!         ua = ua + dz( avmu dz(u) )
56      !!              - Leap-Frog time stepping (Asselin filter will be applied in dyn_nxt)
57      !!         ua =         ub + 2*dt *       ua             vector form or linear free surf.
58      !!         ua = ( e3u_b*ub + 2*dt * e3u_n*ua ) / e3u_a   otherwise
59      !!
60      !! ** Action : - (ua,va) after velocity
61      !!---------------------------------------------------------------------
62      INTEGER , INTENT(in) ::   kt     ! ocean time-step index
63      REAL(wp), INTENT(in) ::   p2dt   ! time-step
64      !
65      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jl     ! dummy loop indices
66      REAL(wp) ::   zlavmr, zua, zva   ! local scalars
67      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::  zwx, zwy, zwz, zww
68      !!----------------------------------------------------------------------
69      !
70      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_start('dyn_zdf_exp')
71      !
72      !
73      IF( kt == nit000 .AND. lwp ) THEN
74         WRITE(numout,*)
75         WRITE(numout,*) 'dyn_zdf_exp : vertical momentum diffusion - explicit operator'
76         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~ '
77      ENDIF
78      !
79      !                 !==  vertical mixing trend  ==!
80      !
81      zlavmr = 1. / REAL( nn_zdfexp )
82      !
83      DO jj = 2, jpjm1           ! Surface boundary condition
84         DO ji = 2, jpim1
85            zwy(ji,jj,1) = ( utau_b(ji,jj) + utau(ji,jj) ) * r1_rau0
86            zww(ji,jj,1) = ( vtau_b(ji,jj) + vtau(ji,jj) ) * r1_rau0
87         END DO 
88      END DO 
89      DO jk = 1, jpk             ! Initialization of x, z and contingently trends array
90         DO jj = 2, jpjm1 
91            DO ji = 2, jpim1
92               zwx(ji,jj,jk) = ub(ji,jj,jk)
93               zwz(ji,jj,jk) = vb(ji,jj,jk)
94            END DO 
95         END DO 
96      END DO 
97      !
98      DO jl = 1, nn_zdfexp       ! Time splitting loop
99         !
100         DO jk = 2, jpk                ! First vertical derivative
101            DO jj = 2, jpjm1 
102               DO ji = 2, jpim1
103                  zwy(ji,jj,jk) = avmu(ji,jj,jk) * ( zwx(ji,jj,jk-1) - zwx(ji,jj,jk) ) / e3uw_n(ji,jj,jk) 
104                  zww(ji,jj,jk) = avmv(ji,jj,jk) * ( zwz(ji,jj,jk-1) - zwz(ji,jj,jk) ) / e3vw_n(ji,jj,jk)
105               END DO 
106            END DO 
107         END DO 
108         DO jk = 1, jpkm1              ! Second vertical derivative and trend estimation at kt+l*rdt/nn_zdfexp
109            DO jj = 2, jpjm1 
110               DO ji = 2, jpim1
111                  zua = zlavmr * ( zwy(ji,jj,jk) - zwy(ji,jj,jk+1) ) / e3u_n(ji,jj,jk)
112                  zva = zlavmr * ( zww(ji,jj,jk) - zww(ji,jj,jk+1) ) / e3v_n(ji,jj,jk)
113                  ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zua
114                  va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zva
115                  !
116                  zwx(ji,jj,jk) = zwx(ji,jj,jk) + p2dt * zua * umask(ji,jj,jk)
117                  zwz(ji,jj,jk) = zwz(ji,jj,jk) + p2dt * zva * vmask(ji,jj,jk)
118               END DO 
119            END DO 
120         END DO 
121      END DO                     ! End of time splitting
122      !
123      !
124      !                 !==  Leap-Frog time integration  ==!
125      !
126      IF( ln_dynadv_vec .OR. ln_linssh ) THEN   ! applied on velocity
127         DO jk = 1, jpkm1
128            ua(:,:,jk) = ( ub(:,:,jk) + p2dt * ua(:,:,jk) ) * umask(:,:,jk)
129            va(:,:,jk) = ( vb(:,:,jk) + p2dt * va(:,:,jk) ) * vmask(:,:,jk)
130         END DO
131      ELSE                                      ! applied on thickness weighted velocity
132         DO jk = 1, jpkm1
133            ua(:,:,jk) = (          e3u_b(:,:,jk) * ub(:,:,jk)    &
134               &           + p2dt * e3u_n(:,:,jk) * ua(:,:,jk)  ) / e3u_a(:,:,jk) * umask(:,:,jk)
135            va(:,:,jk) = (          e3v_b(:,:,jk) * vb(:,:,jk)    &
136               &           + p2dt * e3v_n(:,:,jk) * va(:,:,jk)  ) / e3v_a(:,:,jk) * vmask(:,:,jk)
137         END DO
138      ENDIF
139      !
140      !
141      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_stop('dyn_zdf_exp')
142      !
143   END SUBROUTINE dyn_zdf_exp
144
145   !!==============================================================================
146END MODULE dynzdf_exp
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.