New URL for NEMO forge!   http://forge.nemo-ocean.eu

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
traadv_mus.F90 in branches/2017/dev_r7881_no_wrk_alloc/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/TRA – NEMO

source: branches/2017/dev_r7881_no_wrk_alloc/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/TRA/traadv_mus.F90 @ 7910

Last change on this file since 7910 was 7910, checked in by timgraham, 7 years ago

All wrk_alloc removed

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 15.2 KB
Line 
1MODULE traadv_mus
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  traadv_mus  ***
4   !! Ocean  tracers:  horizontal & vertical advective trend
5   !!======================================================================
6   !! History :       !  2000-06  (A.Estublier)  for passive tracers
7   !!                 !  2001-08  (E.Durand, G.Madec)  adapted for T & S
8   !!   NEMO     1.0  !  2002-06  (G. Madec)  F90: Free form and module
9   !!            3.2  !  2010-05  (C. Ethe, G. Madec)  merge TRC-TRA + switch from velocity to transport
10   !!            3.4  !  2012-06  (P. Oddo, M. Vichi) include the upstream where needed
11   !!            3.7  !  2015-09  (G. Madec) add the ice-shelf cavities boundary condition
12   !!----------------------------------------------------------------------
13
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   !!   tra_adv_mus   : update the tracer trend with the horizontal
16   !!                   and vertical advection trends using MUSCL scheme
17   !!----------------------------------------------------------------------
18   USE oce            ! ocean dynamics and active tracers
19   USE trc_oce        ! share passive tracers/Ocean variables
20   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
21   USE trd_oce        ! trends: ocean variables
22   USE trdtra         ! tracers trends manager
23   USE sbcrnf         ! river runoffs
24   USE diaptr         ! poleward transport diagnostics
25   USE diaar5         ! AR5 diagnostics
26
27   !
28   USE iom
29   USE timing         ! Timing
30   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
31   USE in_out_manager ! I/O manager
32   USE lib_mpp        ! distribued memory computing
33   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary condition (or mpp link)
34
35   IMPLICIT NONE
36   PRIVATE
37
38   PUBLIC   tra_adv_mus   ! routine called by traadv.F90
39   
40   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   upsmsk   !: mixed upstream/centered scheme near some straits
41   !                                                           !  and in closed seas (orca 2 and 1 configurations)
42   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   xind     !: mixed upstream/centered index
43   
44   LOGICAL  ::   l_trd   ! flag to compute trends
45   LOGICAL  ::   l_ptr   ! flag to compute poleward transport
46   LOGICAL  ::   l_hst   ! flag to compute heat/salt transport
47
48   !! * Substitutions
49#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
50   !!----------------------------------------------------------------------
51   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
52   !! $Id$
53   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
54   !!----------------------------------------------------------------------
55CONTAINS
56
57   SUBROUTINE tra_adv_mus( kt, kit000, cdtype, p2dt, pun, pvn, pwn,             &
58      &                                              ptb, pta, kjpt, ld_msc_ups )
59      !!----------------------------------------------------------------------
60      !!                    ***  ROUTINE tra_adv_mus  ***
61      !!
62      !! ** Purpose :   Compute the now trend due to total advection of tracers
63      !!              using a MUSCL scheme (Monotone Upstream-centered Scheme for
64      !!              Conservation Laws) and add it to the general tracer trend.
65      !!
66      !! ** Method  : MUSCL scheme plus centered scheme at ocean boundaries
67      !!              ld_msc_ups=T :
68      !!
69      !! ** Action : - update pta  with the now advective tracer trends
70      !!             - send trends to trdtra module for further diagnostcs (l_trdtra=T)
71      !!             - htr_adv, str_adv : poleward advective heat and salt transport (ln_diaptr=T)
72      !!
73      !! References : Estubier, A., and M. Levy, Notes Techn. Pole de Modelisation
74      !!              IPSL, Sept. 2000 (http://www.lodyc.jussieu.fr/opa)
75      !!----------------------------------------------------------------------
76      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   kt              ! ocean time-step index
77      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   kit000          ! first time step index
78      CHARACTER(len=3)                     , INTENT(in   ) ::   cdtype          ! =TRA or TRC (tracer indicator)
79      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   kjpt            ! number of tracers
80      LOGICAL                              , INTENT(in   ) ::   ld_msc_ups      ! use upstream scheme within muscl
81      REAL(wp)                             , INTENT(in   ) ::   p2dt            ! tracer time-step
82      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk     ), INTENT(in   ) ::   pun, pvn, pwn   ! 3 ocean velocity components
83      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt), INTENT(in   ) ::   ptb             ! before tracer field
84      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt), INTENT(inout) ::   pta             ! tracer trend
85      !
86      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn       ! dummy loop indices
87      INTEGER  ::   ierr                 ! local integer
88      REAL(wp) ::   zu, z0u, zzwx, zw    ! local scalars
89      REAL(wp) ::   zv, z0v, zzwy, z0w   !   -      -
90      REAL(wp) ::   zalpha               !   -      -
91      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zslpx, zslpy   ! 3D workspace
92      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zwx  , zwy     ! -      -
93      !!----------------------------------------------------------------------
94      !
95      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('tra_adv_mus')
96      !
97      !
98      IF( kt == kit000 )  THEN
99         IF(lwp) WRITE(numout,*)
100         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'tra_adv : MUSCL advection scheme on ', cdtype
101         IF(lwp) WRITE(numout,*) '        : mixed up-stream           ', ld_msc_ups
102         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
103         IF(lwp) WRITE(numout,*)
104         !
105         ! Upstream / MUSCL scheme indicator
106         !
107         ALLOCATE( xind(jpi,jpj,jpk), STAT=ierr )
108         xind(:,:,:) = 1._wp              ! set equal to 1 where up-stream is not needed
109         !
110         IF( ld_msc_ups ) THEN            ! define the upstream indicator (if asked)
111            ALLOCATE( upsmsk(jpi,jpj), STAT=ierr )
112            upsmsk(:,:) = 0._wp                             ! not upstream by default
113            !
114            DO jk = 1, jpkm1
115               xind(:,:,jk) = 1._wp                              &                 ! =>1 where up-stream is not needed
116                  &         - MAX ( rnfmsk(:,:) * rnfmsk_z(jk),  &                 ! =>0 near runoff mouths (& closed sea outflows)
117                  &                 upsmsk(:,:)                ) * tmask(:,:,jk)   ! =>0 in some user defined area
118            END DO
119         ENDIF 
120         !
121      ENDIF 
122      !     
123      l_trd = .FALSE.
124      l_hst = .FALSE.
125      l_ptr = .FALSE.
126      IF( ( cdtype == 'TRA' .AND. l_trdtra ) .OR. ( cdtype == 'TRC' .AND. l_trdtrc ) )      l_trd = .TRUE.
127      IF(   cdtype == 'TRA' .AND. ln_diaptr )                                               l_ptr = .TRUE. 
128      IF(   cdtype == 'TRA' .AND. ( iom_use("uadv_heattr") .OR. iom_use("vadv_heattr") .OR. &
129         &                          iom_use("uadv_salttr") .OR. iom_use("vadv_salttr")  ) ) l_hst = .TRUE.
130      !
131      DO jn = 1, kjpt            !==  loop over the tracers  ==!
132         !
133         !                          !* Horizontal advective fluxes
134         !
135         !                                !-- first guess of the slopes
136         zwx(:,:,jpk) = 0._wp                   ! bottom values
137         zwy(:,:,jpk) = 0._wp 
138         DO jk = 1, jpkm1                       ! interior values
139            DO jj = 1, jpjm1     
140               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
141                  zwx(ji,jj,jk) = umask(ji,jj,jk) * ( ptb(ji+1,jj,jk,jn) - ptb(ji,jj,jk,jn) )
142                  zwy(ji,jj,jk) = vmask(ji,jj,jk) * ( ptb(ji,jj+1,jk,jn) - ptb(ji,jj,jk,jn) )
143               END DO
144           END DO
145         END DO
146         CALL lbc_lnk( zwx, 'U', -1. )          ! lateral boundary conditions   (changed sign)
147         CALL lbc_lnk( zwy, 'V', -1. )
148         !                                !-- Slopes of tracer
149         zslpx(:,:,jpk) = 0._wp                 ! bottom values
150         zslpy(:,:,jpk) = 0._wp
151         DO jk = 1, jpkm1                       ! interior values
152            DO jj = 2, jpj
153               DO ji = fs_2, jpi   ! vector opt.
154                  zslpx(ji,jj,jk) =                    ( zwx(ji,jj,jk) + zwx(ji-1,jj  ,jk) )   &
155                     &            * ( 0.25 + SIGN( 0.25, zwx(ji,jj,jk) * zwx(ji-1,jj  ,jk) ) )
156                  zslpy(ji,jj,jk) =                    ( zwy(ji,jj,jk) + zwy(ji  ,jj-1,jk) )   &
157                     &            * ( 0.25 + SIGN( 0.25, zwy(ji,jj,jk) * zwy(ji  ,jj-1,jk) ) )
158               END DO
159            END DO
160         END DO
161         !
162         DO jk = 1, jpkm1                 !-- Slopes limitation
163            DO jj = 2, jpj
164               DO ji = fs_2, jpi   ! vector opt.
165                  zslpx(ji,jj,jk) = SIGN( 1., zslpx(ji,jj,jk) ) * MIN(    ABS( zslpx(ji  ,jj,jk) ),   &
166                     &                                                 2.*ABS( zwx  (ji-1,jj,jk) ),   &
167                     &                                                 2.*ABS( zwx  (ji  ,jj,jk) ) )
168                  zslpy(ji,jj,jk) = SIGN( 1., zslpy(ji,jj,jk) ) * MIN(    ABS( zslpy(ji,jj  ,jk) ),   &
169                     &                                                 2.*ABS( zwy  (ji,jj-1,jk) ),   &
170                     &                                                 2.*ABS( zwy  (ji,jj  ,jk) ) )
171               END DO
172           END DO
173         END DO
174         !
175         DO jk = 1, jpkm1                 !-- MUSCL horizontal advective fluxes
176            DO jj = 2, jpjm1
177               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
178                  ! MUSCL fluxes
179                  z0u = SIGN( 0.5, pun(ji,jj,jk) )
180                  zalpha = 0.5 - z0u
181                  zu  = z0u - 0.5 * pun(ji,jj,jk) * p2dt * r1_e1e2u(ji,jj) / e3u_n(ji,jj,jk)
182                  zzwx = ptb(ji+1,jj,jk,jn) + xind(ji,jj,jk) * zu * zslpx(ji+1,jj,jk)
183                  zzwy = ptb(ji  ,jj,jk,jn) + xind(ji,jj,jk) * zu * zslpx(ji  ,jj,jk)
184                  zwx(ji,jj,jk) = pun(ji,jj,jk) * ( zalpha * zzwx + (1.-zalpha) * zzwy )
185                  !
186                  z0v = SIGN( 0.5, pvn(ji,jj,jk) )
187                  zalpha = 0.5 - z0v
188                  zv  = z0v - 0.5 * pvn(ji,jj,jk) * p2dt * r1_e1e2v(ji,jj) / e3v_n(ji,jj,jk)
189                  zzwx = ptb(ji,jj+1,jk,jn) + xind(ji,jj,jk) * zv * zslpy(ji,jj+1,jk)
190                  zzwy = ptb(ji,jj  ,jk,jn) + xind(ji,jj,jk) * zv * zslpy(ji,jj  ,jk)
191                  zwy(ji,jj,jk) = pvn(ji,jj,jk) * ( zalpha * zzwx + (1.-zalpha) * zzwy )
192               END DO
193            END DO
194         END DO
195         CALL lbc_lnk( zwx, 'U', -1. )   ;   CALL lbc_lnk( zwy, 'V', -1. )   ! lateral boundary conditions   (changed sign)
196         !
197         DO jk = 1, jpkm1                 !-- Tracer advective trend
198            DO jj = 2, jpjm1     
199               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
200                  pta(ji,jj,jk,jn) = pta(ji,jj,jk,jn) - ( zwx(ji,jj,jk) - zwx(ji-1,jj  ,jk  )       &
201                  &                                     + zwy(ji,jj,jk) - zwy(ji  ,jj-1,jk  ) )     &
202                  &                                   * r1_e1e2t(ji,jj) / e3t_n(ji,jj,jk)
203               END DO
204           END DO
205         END DO       
206         !                                ! trend diagnostics
207         IF( l_trd )  THEN
208            CALL trd_tra( kt, cdtype, jn, jptra_xad, zwx, pun, ptb(:,:,:,jn) )
209            CALL trd_tra( kt, cdtype, jn, jptra_yad, zwy, pvn, ptb(:,:,:,jn) )
210         END IF
211         !                                 ! "Poleward" heat and salt transports
212         IF( l_ptr )  CALL dia_ptr_hst( jn, 'adv', zwy(:,:,:) )
213         !                                 !  heat transport
214         IF( l_hst )  CALL dia_ar5_hst( jn, 'adv', zwx(:,:,:), zwy(:,:,:) )
215         !
216         !                          !* Vertical advective fluxes
217         !
218         !                                !-- first guess of the slopes
219         zwx(:,:, 1 ) = 0._wp                   ! surface & bottom boundary conditions
220         zwx(:,:,jpk) = 0._wp
221         DO jk = 2, jpkm1                       ! interior values
222            zwx(:,:,jk) = tmask(:,:,jk) * ( ptb(:,:,jk-1,jn) - ptb(:,:,jk,jn) )
223         END DO
224         !                                !-- Slopes of tracer
225         zslpx(:,:,1) = 0._wp                   ! surface values
226         DO jk = 2, jpkm1                       ! interior value
227            DO jj = 1, jpj
228               DO ji = 1, jpi
229                  zslpx(ji,jj,jk) =                     ( zwx(ji,jj,jk) + zwx(ji,jj,jk+1) )  &
230                     &            * (  0.25 + SIGN( 0.25, zwx(ji,jj,jk) * zwx(ji,jj,jk+1) )  )
231               END DO
232            END DO
233         END DO
234         DO jk = 2, jpkm1                 !-- Slopes limitation
235            DO jj = 1, jpj                      ! interior values
236               DO ji = 1, jpi
237                  zslpx(ji,jj,jk) = SIGN( 1., zslpx(ji,jj,jk) ) * MIN(    ABS( zslpx(ji,jj,jk  ) ),   &
238                     &                                                 2.*ABS( zwx  (ji,jj,jk+1) ),   &
239                     &                                                 2.*ABS( zwx  (ji,jj,jk  ) )  )
240               END DO
241            END DO
242         END DO
243         DO jk = 1, jpk-2                 !-- vertical advective flux
244            DO jj = 2, jpjm1     
245               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
246                  z0w = SIGN( 0.5, pwn(ji,jj,jk+1) )
247                  zalpha = 0.5 + z0w
248                  zw  = z0w - 0.5 * pwn(ji,jj,jk+1) * p2dt * r1_e1e2t(ji,jj) / e3w_n(ji,jj,jk+1)
249                  zzwx = ptb(ji,jj,jk+1,jn) + xind(ji,jj,jk) * zw * zslpx(ji,jj,jk+1)
250                  zzwy = ptb(ji,jj,jk  ,jn) + xind(ji,jj,jk) * zw * zslpx(ji,jj,jk  )
251                  zwx(ji,jj,jk+1) = pwn(ji,jj,jk+1) * ( zalpha * zzwx + (1.-zalpha) * zzwy ) * wmask(ji,jj,jk)
252               END DO
253            END DO
254         END DO
255         IF( ln_linssh ) THEN                   ! top values, linear free surface only
256            IF( ln_isfcav ) THEN                      ! ice-shelf cavities (top of the ocean)
257               DO jj = 1, jpj
258                  DO ji = 1, jpi
259                     zwx(ji,jj, mikt(ji,jj) ) = pwn(ji,jj,mikt(ji,jj)) * ptb(ji,jj,mikt(ji,jj),jn)
260                  END DO
261               END DO   
262            ELSE                                      ! no cavities: only at the ocean surface
263               zwx(:,:,1) = pwn(:,:,1) * ptb(:,:,1,jn)
264            ENDIF
265         ENDIF
266         !
267         DO jk = 1, jpkm1                 !-- vertical advective trend
268            DO jj = 2, jpjm1     
269               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
270                  pta(ji,jj,jk,jn) =  pta(ji,jj,jk,jn) - ( zwx(ji,jj,jk) - zwx(ji,jj,jk+1) ) * r1_e1e2t(ji,jj) / e3t_n(ji,jj,jk)
271               END DO
272            END DO
273         END DO
274         !                                ! send trends for diagnostic
275         IF( l_trd )  CALL trd_tra( kt, cdtype, jn, jptra_zad, zwx, pwn, ptb(:,:,:,jn) )
276         !
277      END DO                     ! end of tracer loop
278      !
279      !
280      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('tra_adv_mus')
281      !
282   END SUBROUTINE tra_adv_mus
283
284   !!======================================================================
285END MODULE traadv_mus
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.