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.
tranxt.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/tranxt.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: 16.8 KB
Line 
1MODULE tranxt
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  tranxt  ***
4   !! Ocean active tracers:  time stepping on temperature and salinity
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  !  1991-11  (G. Madec)  Original code
7   !!            7.0  !  1993-03  (M. Guyon)  symetrical conditions
8   !!            8.0  !  1996-02  (G. Madec & M. Imbard)  opa release 8.0
9   !!             -   !  1996-04  (A. Weaver)  Euler forward step
10   !!            8.2  !  1999-02  (G. Madec, N. Grima)  semi-implicit pressure grad.
11   !!  NEMO      1.0  !  2002-08  (G. Madec)  F90: Free form and module
12   !!             -   !  2002-11  (C. Talandier, A-M Treguier) Open boundaries
13   !!             -   !  2005-04  (C. Deltel) Add Asselin trend in the ML budget
14   !!            2.0  !  2006-02  (L. Debreu, C. Mazauric) Agrif implementation
15   !!            3.0  !  2008-06  (G. Madec)  time stepping always done in trazdf
16   !!            3.1  !  2009-02  (G. Madec, R. Benshila)  re-introduce the vvl option
17   !!            3.3  !  2010-04  (M. Leclair, G. Madec)  semi-implicit hpg with asselin filter + modified LF-RA
18   !!             -   !  2010-05  (C. Ethe, G. Madec)  merge TRC-TRA
19   !!----------------------------------------------------------------------
20
21   !!----------------------------------------------------------------------
22   !!   tra_nxt       : time stepping on tracers
23   !!   tra_nxt_fix   : time stepping on tracers : fixed    volume case
24   !!   tra_nxt_vvl   : time stepping on tracers : variable volume case
25   !!----------------------------------------------------------------------
26   USE oce             ! ocean dynamics and tracers variables
27   USE dom_oce         ! ocean space and time domain variables
28   USE sbc_oce         ! surface boundary condition: ocean
29   USE sbcrnf          ! river runoffs
30   USE sbcisf          ! ice shelf melting
31   USE zdf_oce         ! ocean vertical mixing
32   USE domvvl          ! variable volume
33   USE trd_oce         ! trends: ocean variables
34   USE trdtra          ! trends manager: tracers
35   USE traqsr          ! penetrative solar radiation (needed for nksr)
36   USE phycst          ! physical constant
37   USE ldftra          ! lateral physics on tracers
38   USE ldfslp
39   USE bdy_oce   , ONLY: ln_bdy
40   USE bdytra          ! open boundary condition (bdy_tra routine)
41   !
42   USE in_out_manager  ! I/O manager
43   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
44   USE prtctl          ! Print control
45   USE timing          ! Timing
46#if defined key_agrif
47   USE agrif_opa_interp
48#endif
49
50   IMPLICIT NONE
51   PRIVATE
52
53   PUBLIC   tra_nxt       ! routine called by step.F90
54   PUBLIC   tra_nxt_fix   ! to be used in trcnxt
55   PUBLIC   tra_nxt_vvl   ! to be used in trcnxt
56
57   !! * Substitutions
58#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
59   !!----------------------------------------------------------------------
60   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO-Consortium (2010)
61   !! $Id$
62   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
63   !!----------------------------------------------------------------------
64CONTAINS
65
66   SUBROUTINE tra_nxt( kt )
67      !!----------------------------------------------------------------------
68      !!                   ***  ROUTINE tranxt  ***
69      !!
70      !! ** Purpose :   Apply the boundary condition on the after temperature 
71      !!             and salinity fields, achieved the time stepping by adding
72      !!             the Asselin filter on now fields and swapping the fields.
73      !!
74      !! ** Method  :   At this stage of the computation, ta and sa are the
75      !!             after temperature and salinity as the time stepping has
76      !!             been performed in trazdf_imp or trazdf_exp module.
77      !!
78      !!              - Apply lateral boundary conditions on (ta,sa)
79      !!             at the local domain   boundaries through lbc_lnk call,
80      !!             at the one-way open boundaries (ln_bdy=T),
81      !!             at the AGRIF zoom   boundaries (lk_agrif=T)
82      !!
83      !!              - Update lateral boundary conditions on AGRIF children
84      !!             domains (lk_agrif=T)
85      !!
86      !! ** Action  : - tsb & tsn ready for the next time step
87      !!----------------------------------------------------------------------
88      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
89      !!
90      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn   ! dummy loop indices
91      REAL(wp) ::   zfact            ! local scalars
92      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::  ztrdt, ztrds
93      !!----------------------------------------------------------------------
94      !
95      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start( 'tra_nxt')
96      !
97      IF( kt == nit000 ) THEN
98         IF(lwp) WRITE(numout,*)
99         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'tra_nxt : achieve the time stepping by Asselin filter and array swap'
100         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
101      ENDIF
102
103      ! Update after tracer on domain lateral boundaries
104      !
105#if defined key_agrif
106      CALL Agrif_tra                     ! AGRIF zoom boundaries
107#endif
108      !
109      CALL lbc_lnk( tsa(:,:,:,jp_tem), 'T', 1._wp )      ! local domain boundaries  (T-point, unchanged sign)
110      CALL lbc_lnk( tsa(:,:,:,jp_sal), 'T', 1._wp )
111      !
112      IF( ln_bdy )   CALL bdy_tra( kt )  ! BDY open boundaries
113 
114      ! set time step size (Euler/Leapfrog)
115      IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 ) THEN   ;   r2dt =     rdt      ! at nit000             (Euler)
116      ELSEIF( kt <= nit000 + 1 )           THEN   ;   r2dt = 2._wp* rdt   ! at nit000 or nit000+1 (Leapfrog)
117      ENDIF
118
119      ! trends computation initialisation
120      IF( l_trdtra )   THEN                   
121         ztrdt(:,:,jk) = 0._wp
122         ztrds(:,:,jk) = 0._wp
123         IF( ln_traldf_iso ) THEN              ! diagnose the "pure" Kz diffusive trend
124            CALL trd_tra( kt, 'TRA', jp_tem, jptra_zdfp, ztrdt )
125            CALL trd_tra( kt, 'TRA', jp_sal, jptra_zdfp, ztrds )
126         ENDIF
127         ! total trend for the non-time-filtered variables.
128            zfact = 1.0 / rdt
129         DO jk = 1, jpkm1
130            ztrdt(:,:,jk) = ( tsa(:,:,jk,jp_tem) - tsn(:,:,jk,jp_tem) ) * zfact 
131            ztrds(:,:,jk) = ( tsa(:,:,jk,jp_sal) - tsn(:,:,jk,jp_sal) ) * zfact 
132         END DO
133         CALL trd_tra( kt, 'TRA', jp_tem, jptra_tot, ztrdt )
134         CALL trd_tra( kt, 'TRA', jp_sal, jptra_tot, ztrds )
135         ! Store now fields before applying the Asselin filter
136         ! in order to calculate Asselin filter trend later.
137         ztrdt(:,:,:) = tsn(:,:,:,jp_tem) 
138         ztrds(:,:,:) = tsn(:,:,:,jp_sal)
139      ENDIF
140
141      IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 ) THEN       ! Euler time-stepping at first time-step (only swap)
142         DO jn = 1, jpts
143            DO jk = 1, jpkm1
144               tsn(:,:,jk,jn) = tsa(:,:,jk,jn)   
145            END DO
146         END DO
147         !
148      ELSE                                            ! Leap-Frog + Asselin filter time stepping
149         !
150         IF( ln_linssh ) THEN   ;   CALL tra_nxt_fix( kt, nit000,      'TRA', tsb, tsn, tsa, jpts )  ! linear free surface
151         ELSE                   ;   CALL tra_nxt_vvl( kt, nit000, rdt, 'TRA', tsb, tsn, tsa,   &
152           &                                                                sbc_tsc, sbc_tsc_b, jpts )  ! non-linear free surface
153         ENDIF
154         !
155         DO jn = 1, jpts
156            CALL lbc_lnk( tsb(:,:,:,jn), 'T', 1._wp ) 
157            CALL lbc_lnk( tsn(:,:,:,jn), 'T', 1._wp )
158            CALL lbc_lnk( tsa(:,:,:,jn), 'T', 1._wp )
159         END DO
160      ENDIF     
161      !
162      IF( l_trdtra ) THEN      ! trend of the Asselin filter (tb filtered - tb)/dt     
163         DO jk = 1, jpkm1
164            zfact = 1._wp / r2dt             
165            ztrdt(:,:,jk) = ( tsb(:,:,jk,jp_tem) - ztrdt(:,:,jk) ) * zfact
166            ztrds(:,:,jk) = ( tsb(:,:,jk,jp_sal) - ztrds(:,:,jk) ) * zfact
167         END DO
168         CALL trd_tra( kt, 'TRA', jp_tem, jptra_atf, ztrdt )
169         CALL trd_tra( kt, 'TRA', jp_sal, jptra_atf, ztrds )
170      END IF
171      !
172      !                        ! control print
173      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=tsn(:,:,:,jp_tem), clinfo1=' nxt  - Tn: ', mask1=tmask,   &
174         &                       tab3d_2=tsn(:,:,:,jp_sal), clinfo2=       ' Sn: ', mask2=tmask )
175      !
176      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_stop('tra_nxt')
177      !
178   END SUBROUTINE tra_nxt
179
180
181   SUBROUTINE tra_nxt_fix( kt, kit000, cdtype, ptb, ptn, pta, kjpt )
182      !!----------------------------------------------------------------------
183      !!                   ***  ROUTINE tra_nxt_fix  ***
184      !!
185      !! ** Purpose :   fixed volume: apply the Asselin time filter and
186      !!                swap the tracer fields.
187      !!
188      !! ** Method  : - Apply a Asselin time filter on now fields.
189      !!              - swap tracer fields to prepare the next time_step.
190      !!
191      !! ** Action  : - tsb & tsn ready for the next time step
192      !!----------------------------------------------------------------------
193      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::  kt        ! ocean time-step index
194      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::  kit000    ! first time step index
195      CHARACTER(len=3)                     , INTENT(in   ) ::  cdtype    ! =TRA or TRC (tracer indicator)
196      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::  kjpt      ! number of tracers
197      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt), INTENT(inout) ::  ptb       ! before tracer fields
198      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt), INTENT(inout) ::  ptn       ! now tracer fields
199      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt), INTENT(inout) ::  pta       ! tracer trend
200      !
201      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn   ! dummy loop indices
202      REAL(wp) ::   ztn, ztd         ! local scalars
203      !!----------------------------------------------------------------------
204      !
205      IF( kt == kit000 )  THEN
206         IF(lwp) WRITE(numout,*)
207         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'tra_nxt_fix : time stepping', cdtype
208         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
209      ENDIF
210      !
211      DO jn = 1, kjpt
212         !
213         DO jk = 1, jpkm1
214            DO jj = 2, jpjm1
215               DO ji = fs_2, fs_jpim1
216                  ztn = ptn(ji,jj,jk,jn)                                   
217                  ztd = pta(ji,jj,jk,jn) - 2._wp * ztn + ptb(ji,jj,jk,jn)  ! time laplacian on tracers
218                  !
219                  ptb(ji,jj,jk,jn) = ztn + atfp * ztd                      ! ptb <-- filtered ptn
220                  ptn(ji,jj,jk,jn) = pta(ji,jj,jk,jn)                      ! ptn <-- pta
221               END DO
222           END DO
223         END DO
224         !
225      END DO
226      !
227   END SUBROUTINE tra_nxt_fix
228
229
230   SUBROUTINE tra_nxt_vvl( kt, kit000, p2dt, cdtype, ptb, ptn, pta, psbc_tc, psbc_tc_b, kjpt )
231      !!----------------------------------------------------------------------
232      !!                   ***  ROUTINE tra_nxt_vvl  ***
233      !!
234      !! ** Purpose :   Time varying volume: apply the Asselin time filter 
235      !!                and swap the tracer fields.
236      !!
237      !! ** Method  : - Apply a thickness weighted Asselin time filter on now fields.
238      !!              - swap tracer fields to prepare the next time_step.
239      !!             tb  = ( e3t_n*tn + atfp*[ e3t_b*tb - 2 e3t_n*tn + e3t_a*ta ] )
240      !!                  /( e3t_n    + atfp*[ e3t_b    - 2 e3t_n    + e3t_a    ] )
241      !!             tn  = ta
242      !!
243      !! ** Action  : - tsb & tsn ready for the next time step
244      !!----------------------------------------------------------------------
245      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::  kt        ! ocean time-step index
246      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::  kit000    ! first time step index
247      REAL(wp)                             , INTENT(in   ) ::  p2dt      ! time-step
248      CHARACTER(len=3)                     , INTENT(in   ) ::  cdtype    ! =TRA or TRC (tracer indicator)
249      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::  kjpt      ! number of tracers
250      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt), INTENT(inout) ::  ptb       ! before tracer fields
251      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt), INTENT(inout) ::  ptn       ! now tracer fields
252      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,kjpt), INTENT(inout) ::  pta       ! tracer trend
253      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj    ,kjpt), INTENT(in   ) ::  psbc_tc   ! surface tracer content
254      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj    ,kjpt), INTENT(in   ) ::  psbc_tc_b ! before surface tracer content
255      !
256      LOGICAL  ::   ll_traqsr, ll_rnf, ll_isf   ! local logical
257      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn              ! dummy loop indices
258      REAL(wp) ::   zfact1, ztc_a , ztc_n , ztc_b , ztc_f , ztc_d    ! local scalar
259      REAL(wp) ::   zfact2, ze3t_b, ze3t_n, ze3t_a, ze3t_f, ze3t_d   !   -      -
260      !!----------------------------------------------------------------------
261      !
262      IF( kt == kit000 )  THEN
263         IF(lwp) WRITE(numout,*)
264         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'tra_nxt_vvl : time stepping', cdtype
265         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
266      ENDIF
267      !
268      IF( cdtype == 'TRA' )  THEN   
269         ll_traqsr  = ln_traqsr        ! active  tracers case  and  solar penetration
270         ll_rnf     = ln_rnf           ! active  tracers case  and  river runoffs
271         ll_isf     = ln_isf           ! active  tracers case  and  ice shelf melting
272      ELSE                          ! passive tracers case
273         ll_traqsr  = .FALSE.          ! NO solar penetration
274         ll_rnf     = .FALSE.          ! NO river runoffs ????          !!gm BUG ? 
275         ll_isf     = .FALSE.          ! NO ice shelf melting/freezing  !!gm BUG ??
276      ENDIF
277      !
278      DO jn = 1, kjpt     
279         DO jk = 1, jpkm1
280            zfact1 = atfp * p2dt
281            zfact2 = zfact1 * r1_rau0
282            DO jj = 2, jpjm1
283               DO ji = fs_2, fs_jpim1
284                  ze3t_b = e3t_b(ji,jj,jk)
285                  ze3t_n = e3t_n(ji,jj,jk)
286                  ze3t_a = e3t_a(ji,jj,jk)
287                  !                                         ! tracer content at Before, now and after
288                  ztc_b  = ptb(ji,jj,jk,jn) * ze3t_b
289                  ztc_n  = ptn(ji,jj,jk,jn) * ze3t_n
290                  ztc_a  = pta(ji,jj,jk,jn) * ze3t_a
291                  !
292                  ze3t_d = ze3t_a - 2. * ze3t_n + ze3t_b
293                  ztc_d  = ztc_a  - 2. * ztc_n  + ztc_b
294                  !
295                  ze3t_f = ze3t_n + atfp * ze3t_d
296                  ztc_f  = ztc_n  + atfp * ztc_d
297                  !
298                  IF( jk == mikt(ji,jj) ) THEN           ! first level
299                     ze3t_f = ze3t_f - zfact2 * ( (emp_b(ji,jj)    - emp(ji,jj)   )  &
300                            &                   - (rnf_b(ji,jj)    - rnf(ji,jj)   )  &
301                            &                   + (fwfisf_b(ji,jj) - fwfisf(ji,jj))  )
302                     ztc_f  = ztc_f  - zfact1 * ( psbc_tc(ji,jj,jn) - psbc_tc_b(ji,jj,jn) )
303                  ENDIF
304                  !
305                  ! solar penetration (temperature only)
306                  IF( ll_traqsr .AND. jn == jp_tem .AND. jk <= nksr )                            & 
307                     &     ztc_f  = ztc_f  - zfact1 * ( qsr_hc(ji,jj,jk) - qsr_hc_b(ji,jj,jk) ) 
308                     !
309                  ! river runoff
310                  IF( ll_rnf .AND. jk <= nk_rnf(ji,jj) )                                          &
311                     &     ztc_f  = ztc_f  - zfact1 * ( rnf_tsc(ji,jj,jn) - rnf_tsc_b(ji,jj,jn) ) & 
312                     &                              * e3t_n(ji,jj,jk) / h_rnf(ji,jj)
313                     !
314                  ! ice shelf
315                  IF( ll_isf ) THEN
316                     ! level fully include in the Losch_2008 ice shelf boundary layer
317                     IF ( jk >= misfkt(ji,jj) .AND. jk < misfkb(ji,jj) )                          &
318                        ztc_f  = ztc_f  - zfact1 * ( risf_tsc(ji,jj,jn) - risf_tsc_b(ji,jj,jn) )  &
319                               &                 * e3t_n(ji,jj,jk) * r1_hisf_tbl (ji,jj)
320                     ! level partially include in Losch_2008 ice shelf boundary layer
321                     IF ( jk == misfkb(ji,jj) )                                                   &
322                        ztc_f  = ztc_f  - zfact1 * ( risf_tsc(ji,jj,jn) - risf_tsc_b(ji,jj,jn) )  &
323                               &                 * e3t_n(ji,jj,jk) * r1_hisf_tbl (ji,jj) * ralpha(ji,jj)
324                  END IF
325                  !
326                  ze3t_f = 1.e0 / ze3t_f
327                  ptb(ji,jj,jk,jn) = ztc_f * ze3t_f       ! ptb <-- ptn filtered
328                  ptn(ji,jj,jk,jn) = pta(ji,jj,jk,jn)     ! ptn <-- pta
329                  !
330               END DO
331            END DO
332         END DO
333         !
334      END DO
335      !
336   END SUBROUTINE tra_nxt_vvl
337
338   !!======================================================================
339END MODULE tranxt
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.