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_r8624_AGRIF3_VVL/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/ZDF – NEMO

source: branches/2017/dev_r8624_AGRIF3_VVL/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/ZDF/zdftke.F90 @ 8762

Last change on this file since 8762 was 8762, checked in by jchanut, 6 years ago

AGRIF + vvl: Final changes, update SETTE tests (these are ok except SAS) - #1965

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 47.3 KB
Line 
1MODULE zdftke
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  zdftke  ***
4   !! Ocean physics:  vertical mixing coefficient computed from the tke
5   !!                 turbulent closure parameterization
6   !!=====================================================================
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
27   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
28   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) add ice shelf capability
29   !!----------------------------------------------------------------------
30#if defined key_zdftke
31   !!----------------------------------------------------------------------
32   !!   'key_zdftke'                                   TKE vertical physics
33   !!----------------------------------------------------------------------
34   !!   zdf_tke       : update momentum and tracer Kz from a tke scheme
35   !!   tke_tke       : tke time stepping: update tke at now time step (en)
36   !!   tke_avn       : compute mixing length scale and deduce avm and avt
37   !!   zdf_tke_init  : initialization, namelist read, and parameters control
38   !!   tke_rst       : read/write tke restart in ocean restart file
39   !!----------------------------------------------------------------------
40   USE oce            ! ocean: dynamics and active tracers variables
41   USE phycst         ! physical constants
42   USE dom_oce        ! domain: ocean
43   USE domvvl         ! domain: variable volume layer
44   USE sbc_oce        ! surface boundary condition: ocean
45   USE zdf_oce        ! vertical physics: ocean variables
46   USE zdfmxl         ! vertical physics: mixed layer
47   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
48   USE prtctl         ! Print control
49   USE in_out_manager ! I/O manager
50   USE iom            ! I/O manager library
51   USE lib_mpp        ! MPP library
52   USE wrk_nemo       ! work arrays
53   USE timing         ! Timing
54   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
55#if defined key_agrif
56   USE agrif_opa_interp
57   USE agrif_opa_update
58#endif
59
60   IMPLICIT NONE
61   PRIVATE
62
63   PUBLIC   zdf_tke        ! routine called in step module
64   PUBLIC   zdf_tke_init   ! routine called in opa module
65   PUBLIC   tke_rst        ! routine called in step module
66
67   LOGICAL , PUBLIC, PARAMETER ::   lk_zdftke = .TRUE.  !: TKE vertical mixing flag
68
69   !                      !!** Namelist  namzdf_tke  **
70   LOGICAL  ::   ln_mxl0   ! mixing length scale surface value as function of wind stress or not
71   INTEGER  ::   nn_mxl    ! type of mixing length (=0/1/2/3)
72   REAL(wp) ::   rn_mxl0   ! surface  min value of mixing length (kappa*z_o=0.4*0.1 m)  [m]
73   INTEGER  ::   nn_pdl    ! Prandtl number or not (ratio avt/avm) (=0/1)
74   REAL(wp) ::   rn_ediff  ! coefficient for avt: avt=rn_ediff*mxl*sqrt(e)
75   REAL(wp) ::   rn_ediss  ! coefficient of the Kolmogoroff dissipation
76   REAL(wp) ::   rn_ebb    ! coefficient of the surface input of tke
77   REAL(wp) ::   rn_emin   ! minimum value of tke           [m2/s2]
78   REAL(wp) ::   rn_emin0  ! surface minimum value of tke   [m2/s2]
79   REAL(wp) ::   rn_bshear ! background shear (>0) currently a numerical threshold (do not change it)
80   INTEGER  ::   nn_etau   ! type of depth penetration of surface tke (=0/1/2/3)
81   INTEGER  ::   nn_htau   ! type of tke profile of penetration (=0/1)
82   REAL(wp) ::   rn_efr    ! fraction of TKE surface value which penetrates in the ocean
83   LOGICAL  ::   ln_lc     ! Langmuir cells (LC) as a source term of TKE or not
84   REAL(wp) ::   rn_lc     ! coef to compute vertical velocity of Langmuir cells
85
86   REAL(wp) ::   ri_cri    ! critic Richardson number (deduced from rn_ediff and rn_ediss values)
87   REAL(wp) ::   rmxl_min  ! minimum mixing length value (deduced from rn_ediff and rn_emin values)  [m]
88   REAL(wp) ::   rhftau_add = 1.e-3_wp     ! add offset   applied to HF part of taum  (nn_etau=3)
89   REAL(wp) ::   rhftau_scl = 1.0_wp       ! scale factor applied to HF part of taum  (nn_etau=3)
90
91   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   htau           ! depth of tke penetration (nn_htau)
92   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   dissl          ! now mixing lenght of dissipation
93   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   apdlr          ! now mixing lenght of dissipation
94#if defined key_c1d
95   !                                                                        !!** 1D cfg only  **   ('key_c1d')
96   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   e_dis, e_mix   !: dissipation and mixing turbulent lengh scales
97   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   e_pdl, e_ric   !: prandl and local Richardson numbers
98#endif
99
100   !! * Substitutions
101#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
102   !!----------------------------------------------------------------------
103   !! NEMO/OPA 3.7 , NEMO Consortium (2015)
104   !! $Id$
105   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
106   !!----------------------------------------------------------------------
107CONTAINS
108
109   INTEGER FUNCTION zdf_tke_alloc()
110      !!----------------------------------------------------------------------
111      !!                ***  FUNCTION zdf_tke_alloc  ***
112      !!----------------------------------------------------------------------
113      ALLOCATE(                                                                    &
114#if defined key_c1d
115         &      e_dis(jpi,jpj,jpk) , e_mix(jpi,jpj,jpk) ,                          &
116         &      e_pdl(jpi,jpj,jpk) , e_ric(jpi,jpj,jpk) ,                          &
117#endif
118         &      htau  (jpi,jpj)    , dissl(jpi,jpj,jpk) ,     & 
119         &      apdlr(jpi,jpj,jpk) ,                                           STAT= zdf_tke_alloc      )
120         !
121      IF( lk_mpp             )   CALL mpp_sum ( zdf_tke_alloc )
122      IF( zdf_tke_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('zdf_tke_alloc: failed to allocate arrays')
123      !
124   END FUNCTION zdf_tke_alloc
125
126
127   SUBROUTINE zdf_tke( kt )
128      !!----------------------------------------------------------------------
129      !!                   ***  ROUTINE zdf_tke  ***
130      !!
131      !! ** Purpose :   Compute the vertical eddy viscosity and diffusivity
132      !!              coefficients using a turbulent closure scheme (TKE).
133      !!
134      !! ** Method  :   The time evolution of the turbulent kinetic energy (tke)
135      !!              is computed from a prognostic equation :
136      !!         d(en)/dt = avm (d(u)/dz)**2             ! shear production
137      !!                  + d( avm d(en)/dz )/dz         ! diffusion of tke
138      !!                  + avt N^2                      ! stratif. destruc.
139      !!                  - rn_ediss / emxl en**(2/3)    ! Kolmogoroff dissipation
140      !!      with the boundary conditions:
141      !!         surface: en = max( rn_emin0, rn_ebb * taum )
142      !!         bottom : en = rn_emin
143      !!      The associated critical Richardson number is: ri_cri = 2/(2+rn_ediss/rn_ediff)
144      !!
145      !!        The now Turbulent kinetic energy is computed using the following
146      !!      time stepping: implicit for vertical diffusion term, linearized semi
147      !!      implicit for kolmogoroff dissipation term, and explicit forward for
148      !!      both buoyancy and shear production terms. Therefore a tridiagonal
149      !!      linear system is solved. Note that buoyancy and shear terms are
150      !!      discretized in a energy conserving form (Bruchard 2002).
151      !!
152      !!        The dissipative and mixing length scale are computed from en and
153      !!      the stratification (see tke_avn)
154      !!
155      !!        The now vertical eddy vicosity and diffusivity coefficients are
156      !!      given by:
157      !!              avm = max( avtb, rn_ediff * zmxlm * en^1/2 )
158      !!              avt = max( avmb, pdl * avm                 ) 
159      !!              eav = max( avmb, avm )
160      !!      where pdl, the inverse of the Prandtl number is 1 if nn_pdl=0 and
161      !!      given by an empirical funtion of the localRichardson number if nn_pdl=1
162      !!
163      !! ** Action  :   compute en (now turbulent kinetic energy)
164      !!                update avt, avmu, avmv (before vertical eddy coef.)
165      !!
166      !! References : Gaspar et al., JGR, 1990,
167      !!              Blanke and Delecluse, JPO, 1991
168      !!              Mellor and Blumberg, JPO 2004
169      !!              Axell, JGR, 2002
170      !!              Bruchard OM 2002
171      !!----------------------------------------------------------------------
172      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
173      !!----------------------------------------------------------------------
174      !
175      IF( kt /= nit000 ) THEN   ! restore before value to compute tke
176         avt (:,:,:) = avt_k (:,:,:) 
177         avm (:,:,:) = avm_k (:,:,:) 
178         avmu(:,:,:) = avmu_k(:,:,:) 
179         avmv(:,:,:) = avmv_k(:,:,:) 
180      ENDIF 
181      !
182      CALL tke_tke      ! now tke (en)
183      !
184      CALL tke_avn      ! now avt, avm, avmu, avmv
185      !
186      avt_k (:,:,:) = avt (:,:,:) 
187      avm_k (:,:,:) = avm (:,:,:) 
188      avmu_k(:,:,:) = avmu(:,:,:) 
189      avmv_k(:,:,:) = avmv(:,:,:) 
190      !
191#if defined key_agrif
192      ! Update child grid f => parent grid
193!!! JC: suppress update since restartability is not possible in that case
194!!!      IF( .NOT.Agrif_Root() )   CALL Agrif_Update_Tke(kt)      ! children only
195#endif     
196     !
197  END SUBROUTINE zdf_tke
198
199
200   SUBROUTINE tke_tke
201      !!----------------------------------------------------------------------
202      !!                   ***  ROUTINE tke_tke  ***
203      !!
204      !! ** Purpose :   Compute the now Turbulente Kinetic Energy (TKE)
205      !!
206      !! ** Method  : - TKE surface boundary condition
207      !!              - source term due to Langmuir cells (Axell JGR 2002) (ln_lc=T)
208      !!              - source term due to shear (saved in avmu, avmv arrays)
209      !!              - Now TKE : resolution of the TKE equation by inverting
210      !!                a tridiagonal linear system by a "methode de chasse"
211      !!              - increase TKE due to surface and internal wave breaking
212      !!
213      !! ** Action  : - en : now turbulent kinetic energy)
214      !!              - avmu, avmv : production of TKE by shear at u and v-points
215      !!                (= Kz dz[Ub] * dz[Un] )
216      !! ---------------------------------------------------------------------
217      INTEGER  ::   ji, jj, jk                      ! dummy loop arguments
218!!bfr      INTEGER  ::   ikbu, ikbv, ikbum1, ikbvm1      ! temporary scalar
219!!bfr      INTEGER  ::   ikbt, ikbumm1, ikbvmm1          ! temporary scalar
220      REAL(wp) ::   zrhoa  = 1.22                   ! Air density kg/m3
221      REAL(wp) ::   zcdrag = 1.5e-3                 ! drag coefficient
222      REAL(wp) ::   zbbrau, zesh2                   ! temporary scalars
223      REAL(wp) ::   zfact1, zfact2, zfact3          !    -         -
224      REAL(wp) ::   ztx2  , zty2  , zcof            !    -         -
225      REAL(wp) ::   ztau  , zdif                    !    -         -
226      REAL(wp) ::   zus   , zwlc  , zind            !    -         -
227      REAL(wp) ::   zzd_up, zzd_lw                  !    -         -
228!!bfr      REAL(wp) ::   zebot                           !    -         -
229      INTEGER , POINTER, DIMENSION(:,:  ) ::   imlc
230      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) ::   zhlc
231      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zpelc, zdiag, zd_up, zd_lw, z3du, z3dv
232      REAL(wp)                            ::   zri  !   local Richardson number
233      !!--------------------------------------------------------------------
234      !
235      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('tke_tke')
236      !
237      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,       imlc )    ! integer
238      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,       zhlc ) 
239      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   zpelc, zdiag, zd_up, zd_lw, z3du, z3dv ) 
240      !
241      zbbrau = rn_ebb / rau0       ! Local constant initialisation
242      zfact1 = -.5_wp * rdt 
243      zfact2 = 1.5_wp * rdt * rn_ediss
244      zfact3 = 0.5_wp       * rn_ediss
245      !
246      !
247      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
248      !                     !  Surface boundary condition on tke
249      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
250      IF ( ln_isfcav ) THEN
251         DO jj = 2, jpjm1            ! en(mikt(ji,jj))   = rn_emin
252            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
253               en(ji,jj,mikt(ji,jj)) = rn_emin * tmask(ji,jj,1)
254            END DO
255         END DO
256      END IF
257      DO jj = 2, jpjm1            ! en(1)   = rn_ebb taum / rau0  (min value rn_emin0)
258         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
259            en(ji,jj,1) = MAX( rn_emin0, zbbrau * taum(ji,jj) ) * tmask(ji,jj,1)
260         END DO
261      END DO
262     
263!!bfr   - start commented area
264      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
265      !                     !  Bottom boundary condition on tke
266      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
267      !
268      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
269      ! Tests to date have found the bottom boundary condition on tke to have very little effect.
270      ! The condition is coded here for completion but commented out until there is proof that the
271      ! computational cost is justified
272      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
273      !                     en(bot)   = (rn_ebb0/rau0)*0.5*sqrt(u_botfr^2+v_botfr^2) (min value rn_emin)
274!!    DO jj = 2, jpjm1
275!!       DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
276!!          ztx2 = bfrua(ji-1,jj) * ub(ji-1,jj,mbku(ji-1,jj)) + &
277!!                 bfrua(ji  ,jj) * ub(ji  ,jj,mbku(ji  ,jj) )
278!!          zty2 = bfrva(ji,jj  ) * vb(ji,jj  ,mbkv(ji,jj  )) + &
279!!                 bfrva(ji,jj-1) * vb(ji,jj-1,mbkv(ji,jj-1) )
280!!          zebot = 0.001875_wp * SQRT( ztx2 * ztx2 + zty2 * zty2 )   !  where 0.001875 = (rn_ebb0/rau0) * 0.5 = 3.75*0.5/1000.
281!!          en (ji,jj,mbkt(ji,jj)+1) = MAX( zebot, rn_emin ) * tmask(ji,jj,1)
282!!       END DO
283!!    END DO
284!!bfr   - end commented area
285      !
286      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
287      IF( ln_lc ) THEN      !  Langmuir circulation source term added to tke       (Axell JGR 2002)
288         !                  !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
289         !
290         !                        !* total energy produce by LC : cumulative sum over jk
291         zpelc(:,:,1) =  MAX( rn2b(:,:,1), 0._wp ) * gdepw_n(:,:,1) * e3w_n(:,:,1)
292         DO jk = 2, jpk
293            zpelc(:,:,jk)  = zpelc(:,:,jk-1) + MAX( rn2b(:,:,jk), 0._wp ) * gdepw_n(:,:,jk) * e3w_n(:,:,jk)
294         END DO
295         !                        !* finite Langmuir Circulation depth
296         zcof = 0.5 * 0.016 * 0.016 / ( zrhoa * zcdrag )
297         imlc(:,:) = mbkt(:,:) + 1       ! Initialization to the number of w ocean point (=2 over land)
298         DO jk = jpkm1, 2, -1
299            DO jj = 1, jpj               ! Last w-level at which zpelc>=0.5*us*us
300               DO ji = 1, jpi            !      with us=0.016*wind(starting from jpk-1)
301                  zus  = zcof * taum(ji,jj)
302                  IF( zpelc(ji,jj,jk) > zus )   imlc(ji,jj) = jk
303               END DO
304            END DO
305         END DO
306         !                               ! finite LC depth
307         DO jj = 1, jpj 
308            DO ji = 1, jpi
309               zhlc(ji,jj) = gdepw_n(ji,jj,imlc(ji,jj))
310            END DO
311         END DO
312         zcof = 0.016 / SQRT( zrhoa * zcdrag )
313         DO jk = 2, jpkm1         !* TKE Langmuir circulation source term added to en
314            DO jj = 2, jpjm1
315               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
316                  zus  = zcof * SQRT( taum(ji,jj) )           ! Stokes drift
317                  !                                           ! vertical velocity due to LC
318                  zind = 0.5 - SIGN( 0.5, gdepw_n(ji,jj,jk) - zhlc(ji,jj) )
319                  zwlc = zind * rn_lc * zus * SIN( rpi * gdepw_n(ji,jj,jk) / zhlc(ji,jj) )
320                  !                                           ! TKE Langmuir circulation source term
321                  en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rdt * MAX(0.,1._wp - 2.*fr_i(ji,jj) ) * ( zwlc * zwlc * zwlc )   &
322                     &                              / zhlc(ji,jj) * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
323               END DO
324            END DO
325         END DO
326         !
327      ENDIF
328      !
329      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
330      !                     !  Now Turbulent kinetic energy (output in en)
331      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
332      !                     ! Resolution of a tridiagonal linear system by a "methode de chasse"
333      !                     ! computation from level 2 to jpkm1  (e(1) already computed and e(jpk)=0 ).
334      !                     ! zdiag : diagonal zd_up : upper diagonal zd_lw : lower diagonal
335      !
336      DO jk = 2, jpkm1           !* Shear production at uw- and vw-points (energy conserving form)
337         DO jj = 1, jpjm1
338            DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
339               z3du(ji,jj,jk) = 0.5 * ( avm(ji,jj,jk  ) + avm(ji+1,jj,jk) )   &
340                  &                 * (  un(ji,jj,jk-1) -  un(ji  ,jj,jk) )   &
341                  &                 * (  ub(ji,jj,jk-1) -  ub(ji  ,jj,jk) ) * wumask(ji,jj,jk) &
342                  &                 / (  e3uw_n(ji,jj,jk) * e3uw_b(ji,jj,jk) )
343               z3dv(ji,jj,jk) = 0.5 * ( avm(ji,jj,jk  ) + avm(ji,jj+1,jk) )   &
344                  &                 * (  vn(ji,jj,jk-1) -  vn(ji,jj  ,jk) )   &
345                  &                 * (  vb(ji,jj,jk-1) -  vb(ji,jj  ,jk) ) * wvmask(ji,jj,jk) &
346                  &                 / (  e3vw_n(ji,jj,jk) * e3vw_b(ji,jj,jk) )
347            END DO
348         END DO
349      END DO
350      !
351      IF( nn_pdl == 1 ) THEN      !* Prandtl number case: compute apdlr
352         ! Note that zesh2 is also computed in the next loop.
353         ! We decided to compute it twice to keep code readability and avoid an IF case in the DO loops
354         DO jk = 2, jpkm1
355            DO jj = 2, jpjm1
356               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
357                  !                                          ! shear prod. at w-point weightened by mask
358                  zesh2  =  ( z3du(ji-1,jj,jk) + z3du(ji,jj,jk) ) / MAX( 1._wp , umask(ji-1,jj,jk) + umask(ji,jj,jk) )   &
359                     &    + ( z3dv(ji,jj-1,jk) + z3dv(ji,jj,jk) ) / MAX( 1._wp , vmask(ji,jj-1,jk) + vmask(ji,jj,jk) )   
360                  !                                          ! local Richardson number
361                  zri   = MAX( rn2b(ji,jj,jk), 0._wp ) * avm(ji,jj,jk) / ( zesh2 + rn_bshear )
362                  apdlr(ji,jj,jk) = MAX(  0.1_wp,  ri_cri / MAX( ri_cri , zri )  )
363                 
364               END DO
365            END DO
366         END DO
367         !
368      ENDIF
369      !         
370      DO jk = 2, jpkm1           !* Matrix and right hand side in en
371         DO jj = 2, jpjm1
372            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
373               zcof   = zfact1 * tmask(ji,jj,jk)
374# if defined key_zdftmx_new
375               ! key_zdftmx_new: New internal wave-driven param: set a minimum value for Kz on TKE (ensure numerical stability)
376               zzd_up = zcof * MAX( avm(ji,jj,jk+1) + avm(ji,jj,jk), 2.e-5_wp )   &  ! upper diagonal
377                  &          / (  e3t_n(ji,jj,jk  ) * e3w_n(ji,jj,jk  )  )
378               zzd_lw = zcof * MAX( avm(ji,jj,jk) + avm(ji,jj,jk-1), 2.e-5_wp )   &  ! lower diagonal
379                  &          / (  e3t_n(ji,jj,jk-1) * e3w_n(ji,jj,jk  )  )
380# else
381               zzd_up = zcof * ( avm  (ji,jj,jk+1) + avm  (ji,jj,jk  ) )   &  ! upper diagonal
382                  &          / ( e3t_n(ji,jj,jk  ) * e3w_n(ji,jj,jk  ) )
383               zzd_lw = zcof * ( avm  (ji,jj,jk  ) + avm  (ji,jj,jk-1) )   &  ! lower diagonal
384                  &          / ( e3t_n(ji,jj,jk-1) * e3w_n(ji,jj,jk  ) )
385# endif
386               !                                   ! shear prod. at w-point weightened by mask
387               zesh2  =  ( z3du(ji-1,jj,jk) + z3du(ji,jj,jk) ) / MAX( 1._wp , umask(ji-1,jj,jk) + umask(ji,jj,jk) )   &
388                  &    + ( z3dv(ji,jj-1,jk) + z3dv(ji,jj,jk) ) / MAX( 1._wp , vmask(ji,jj-1,jk) + vmask(ji,jj,jk) )   
389               !
390               zd_up(ji,jj,jk) = zzd_up            ! Matrix (zdiag, zd_up, zd_lw)
391               zd_lw(ji,jj,jk) = zzd_lw
392               zdiag(ji,jj,jk) = 1._wp - zzd_lw - zzd_up + zfact2 * dissl(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk)
393               !
394               !                                   ! right hand side in en
395               en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rdt * (  zesh2  -   avt(ji,jj,jk) * rn2(ji,jj,jk)    &
396                  &                                 + zfact3 * dissl(ji,jj,jk) * en (ji,jj,jk)  ) &
397                  &                                 * wmask(ji,jj,jk)
398            END DO
399         END DO
400      END DO
401      !                          !* Matrix inversion from level 2 (tke prescribed at level 1)
402      DO jk = 3, jpkm1                             ! First recurrence : Dk = Dk - Lk * Uk-1 / Dk-1
403         DO jj = 2, jpjm1
404            DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vector opt.
405               zdiag(ji,jj,jk) = zdiag(ji,jj,jk) - zd_lw(ji,jj,jk) * zd_up(ji,jj,jk-1) / zdiag(ji,jj,jk-1)
406            END DO
407         END DO
408      END DO
409      DO jj = 2, jpjm1                             ! Second recurrence : Lk = RHSk - Lk / Dk-1 * Lk-1
410         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
411            zd_lw(ji,jj,2) = en(ji,jj,2) - zd_lw(ji,jj,2) * en(ji,jj,1)    ! Surface boudary conditions on tke
412         END DO
413      END DO
414      DO jk = 3, jpkm1
415         DO jj = 2, jpjm1
416            DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vector opt.
417               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)
418            END DO
419         END DO
420      END DO
421      DO jj = 2, jpjm1                             ! thrid recurrence : Ek = ( Lk - Uk * Ek+1 ) / Dk
422         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
423            en(ji,jj,jpkm1) = zd_lw(ji,jj,jpkm1) / zdiag(ji,jj,jpkm1)
424         END DO
425      END DO
426      DO jk = jpk-2, 2, -1
427         DO jj = 2, jpjm1
428            DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vector opt.
429               en(ji,jj,jk) = ( zd_lw(ji,jj,jk) - zd_up(ji,jj,jk) * en(ji,jj,jk+1) ) / zdiag(ji,jj,jk)
430            END DO
431         END DO
432      END DO
433      DO jk = 2, jpkm1                             ! set the minimum value of tke
434         DO jj = 2, jpjm1
435            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
436               en(ji,jj,jk) = MAX( en(ji,jj,jk), rn_emin ) * wmask(ji,jj,jk)
437            END DO
438         END DO
439      END DO
440
441      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
442      !                            !  TKE due to surface and internal wave breaking
443      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
444!!gm BUG : in the exp  remove the depth of ssh !!!
445     
446     
447      IF( nn_etau == 1 ) THEN           !* penetration below the mixed layer (rn_efr fraction)
448         DO jk = 2, jpkm1
449            DO jj = 2, jpjm1
450               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
451                  en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rn_efr * en(ji,jj,1) * EXP( -gdepw_n(ji,jj,jk) / htau(ji,jj) )   &
452                     &                                 * MAX(0.,1._wp - 2.*fr_i(ji,jj) )  * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
453               END DO
454            END DO
455         END DO
456      ELSEIF( nn_etau == 2 ) THEN       !* act only at the base of the mixed layer (jk=nmln)  (rn_efr fraction)
457         DO jj = 2, jpjm1
458            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
459               jk = nmln(ji,jj)
460               en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rn_efr * en(ji,jj,1) * EXP( -gdepw_n(ji,jj,jk) / htau(ji,jj) )   &
461                  &                                 * MAX(0.,1._wp - 2.*fr_i(ji,jj) )  * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
462            END DO
463         END DO
464      ELSEIF( nn_etau == 3 ) THEN       !* penetration belox the mixed layer (HF variability)
465         DO jk = 2, jpkm1
466            DO jj = 2, jpjm1
467               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
468                  ztx2 = utau(ji-1,jj  ) + utau(ji,jj)
469                  zty2 = vtau(ji  ,jj-1) + vtau(ji,jj)
470                  ztau = 0.5_wp * SQRT( ztx2 * ztx2 + zty2 * zty2 ) * tmask(ji,jj,1)    ! module of the mean stress
471                  zdif = taum(ji,jj) - ztau                            ! mean of modulus - modulus of the mean
472                  zdif = rhftau_scl * MAX( 0._wp, zdif + rhftau_add )  ! apply some modifications...
473                  en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + zbbrau * zdif * EXP( -gdepw_n(ji,jj,jk) / htau(ji,jj) )   &
474                     &                        * MAX(0.,1._wp - 2.*fr_i(ji,jj) ) * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
475               END DO
476            END DO
477         END DO
478      ENDIF
479      CALL lbc_lnk( en, 'W', 1. )      ! Lateral boundary conditions (sign unchanged)
480      !
481      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,       imlc )    ! integer
482      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,       zhlc ) 
483      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   zpelc, zdiag, zd_up, zd_lw, z3du, z3dv ) 
484      !
485      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('tke_tke')
486      !
487   END SUBROUTINE tke_tke
488
489
490   SUBROUTINE tke_avn
491      !!----------------------------------------------------------------------
492      !!                   ***  ROUTINE tke_avn  ***
493      !!
494      !! ** Purpose :   Compute the vertical eddy viscosity and diffusivity
495      !!
496      !! ** Method  :   At this stage, en, the now TKE, is known (computed in
497      !!              the tke_tke routine). First, the now mixing lenth is
498      !!      computed from en and the strafification (N^2), then the mixings
499      !!      coefficients are computed.
500      !!              - Mixing length : a first evaluation of the mixing lengh
501      !!      scales is:
502      !!                      mxl = sqrt(2*en) / N 
503      !!      where N is the brunt-vaisala frequency, with a minimum value set
504      !!      to rmxl_min (rn_mxl0) in the interior (surface) ocean.
505      !!        The mixing and dissipative length scale are bound as follow :
506      !!         nn_mxl=0 : mxl bounded by the distance to surface and bottom.
507      !!                        zmxld = zmxlm = mxl
508      !!         nn_mxl=1 : mxl bounded by the e3w and zmxld = zmxlm = mxl
509      !!         nn_mxl=2 : mxl bounded such that the vertical derivative of mxl is
510      !!                    less than 1 (|d/dz(mxl)|<1) and zmxld = zmxlm = mxl
511      !!         nn_mxl=3 : mxl is bounded from the surface to the bottom usings
512      !!                    |d/dz(xml)|<1 to obtain lup, and from the bottom to
513      !!                    the surface to obtain ldown. the resulting length
514      !!                    scales are:
515      !!                        zmxld = sqrt( lup * ldown )
516      !!                        zmxlm = min ( lup , ldown )
517      !!              - Vertical eddy viscosity and diffusivity:
518      !!                      avm = max( avtb, rn_ediff * zmxlm * en^1/2 )
519      !!                      avt = max( avmb, pdlr * avm ) 
520      !!      with pdlr=1 if nn_pdl=0, pdlr=1/pdl=F(Ri) otherwise.
521      !!
522      !! ** Action  : - avt : now vertical eddy diffusivity (w-point)
523      !!              - avmu, avmv : now vertical eddy viscosity at uw- and vw-points
524      !!----------------------------------------------------------------------
525      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
526      REAL(wp) ::   zrn2, zraug, zcoef, zav     ! local scalars
527      REAL(wp) ::   zdku, zri, zsqen            !   -      -
528      REAL(wp) ::   zdkv, zemxl, zemlm, zemlp   !   -      -
529      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) :: zmpdl, zmxlm, zmxld
530      !!--------------------------------------------------------------------
531      !
532      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('tke_avn')
533
534      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zmpdl, zmxlm, zmxld ) 
535
536      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
537      !                     !  Mixing length
538      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
539      !
540      !                     !* Buoyancy length scale: l=sqrt(2*e/n**2)
541      !
542      ! initialisation of interior minimum value (avoid a 2d loop with mikt)
543      zmxlm(:,:,:)  = rmxl_min   
544      zmxld(:,:,:)  = rmxl_min
545      !
546      IF( ln_mxl0 ) THEN            ! surface mixing length = F(stress) : l=vkarmn*2.e5*taum/(rau0*g)
547         DO jj = 2, jpjm1
548            DO ji = fs_2, fs_jpim1
549               zraug = vkarmn * 2.e5_wp / ( rau0 * grav )
550               zmxlm(ji,jj,1) = MAX( rn_mxl0, zraug * taum(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) )
551            END DO
552         END DO
553      ELSE
554         zmxlm(:,:,1) = rn_mxl0
555      ENDIF
556      !
557      DO jk = 2, jpkm1              ! interior value : l=sqrt(2*e/n^2)
558         DO jj = 2, jpjm1
559            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
560               zrn2 = MAX( rn2(ji,jj,jk), rsmall )
561               zmxlm(ji,jj,jk) = MAX(  rmxl_min,  SQRT( 2._wp * en(ji,jj,jk) / zrn2 )  )
562            END DO
563         END DO
564      END DO
565      !
566      !                     !* Physical limits for the mixing length
567      !
568      zmxld(:,:, 1 ) = zmxlm(:,:,1)   ! surface set to the minimum value
569      zmxld(:,:,jpk) = rmxl_min       ! last level  set to the minimum value
570      !
571      SELECT CASE ( nn_mxl )
572      !
573 !!gm Not sure of that coding for ISF....
574      ! where wmask = 0 set zmxlm == e3w_n
575      CASE ( 0 )           ! bounded by the distance to surface and bottom
576         DO jk = 2, jpkm1
577            DO jj = 2, jpjm1
578               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
579                  zemxl = MIN( gdepw_n(ji,jj,jk) - gdepw_n(ji,jj,mikt(ji,jj)), zmxlm(ji,jj,jk),   &
580                  &            gdepw_n(ji,jj,mbkt(ji,jj)+1) - gdepw_n(ji,jj,jk) )
581                  ! wmask prevent zmxlm = 0 if jk = mikt(ji,jj)
582                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl * wmask(ji,jj,jk) + MIN(zmxlm(ji,jj,jk),e3w_n(ji,jj,jk)) * (1 - wmask(ji,jj,jk))
583                  zmxld(ji,jj,jk) = zemxl * wmask(ji,jj,jk) + MIN(zmxlm(ji,jj,jk),e3w_n(ji,jj,jk)) * (1 - wmask(ji,jj,jk))
584               END DO
585            END DO
586         END DO
587         !
588      CASE ( 1 )           ! bounded by the vertical scale factor
589         DO jk = 2, jpkm1
590            DO jj = 2, jpjm1
591               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
592                  zemxl = MIN( e3w_n(ji,jj,jk), zmxlm(ji,jj,jk) )
593                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl
594                  zmxld(ji,jj,jk) = zemxl
595               END DO
596            END DO
597         END DO
598         !
599      CASE ( 2 )           ! |dk[xml]| bounded by e3t :
600         DO jk = 2, jpkm1         ! from the surface to the bottom :
601            DO jj = 2, jpjm1
602               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
603                  zmxlm(ji,jj,jk) = MIN( zmxlm(ji,jj,jk-1) + e3t_n(ji,jj,jk-1), zmxlm(ji,jj,jk) )
604               END DO
605            END DO
606         END DO
607         DO jk = jpkm1, 2, -1     ! from the bottom to the surface :
608            DO jj = 2, jpjm1
609               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
610                  zemxl = MIN( zmxlm(ji,jj,jk+1) + e3t_n(ji,jj,jk+1), zmxlm(ji,jj,jk) )
611                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl
612                  zmxld(ji,jj,jk) = zemxl
613               END DO
614            END DO
615         END DO
616         !
617      CASE ( 3 )           ! lup and ldown, |dk[xml]| bounded by e3t :
618         DO jk = 2, jpkm1         ! from the surface to the bottom : lup
619            DO jj = 2, jpjm1
620               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
621                  zmxld(ji,jj,jk) = MIN( zmxld(ji,jj,jk-1) + e3t_n(ji,jj,jk-1), zmxlm(ji,jj,jk) )
622               END DO
623            END DO
624         END DO
625         DO jk = jpkm1, 2, -1     ! from the bottom to the surface : ldown
626            DO jj = 2, jpjm1
627               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
628                  zmxlm(ji,jj,jk) = MIN( zmxlm(ji,jj,jk+1) + e3t_n(ji,jj,jk+1), zmxlm(ji,jj,jk) )
629               END DO
630            END DO
631         END DO
632         DO jk = 2, jpkm1
633            DO jj = 2, jpjm1
634               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
635                  zemlm = MIN ( zmxld(ji,jj,jk),  zmxlm(ji,jj,jk) )
636                  zemlp = SQRT( zmxld(ji,jj,jk) * zmxlm(ji,jj,jk) )
637                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemlm
638                  zmxld(ji,jj,jk) = zemlp
639               END DO
640            END DO
641         END DO
642         !
643      END SELECT
644      !
645# if defined key_c1d
646      e_dis(:,:,:) = zmxld(:,:,:)      ! c1d configuration : save mixing and dissipation turbulent length scales
647      e_mix(:,:,:) = zmxlm(:,:,:)
648# endif
649
650      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
651      !                     !  Vertical eddy viscosity and diffusivity  (avmu, avmv, avt)
652      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
653      DO jk = 1, jpkm1            !* vertical eddy viscosity & diffivity at w-points
654         DO jj = 2, jpjm1
655            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
656               zsqen = SQRT( en(ji,jj,jk) )
657               zav   = rn_ediff * zmxlm(ji,jj,jk) * zsqen
658               avm  (ji,jj,jk) = MAX( zav,                  avmb(jk) ) * wmask(ji,jj,jk)
659               avt  (ji,jj,jk) = MAX( zav, avtb_2d(ji,jj) * avtb(jk) ) * wmask(ji,jj,jk)
660               dissl(ji,jj,jk) = zsqen / zmxld(ji,jj,jk)
661            END DO
662         END DO
663      END DO
664      !
665#if defined key_agrif 
666      CALL Agrif_avm 
667#endif
668      !
669      CALL lbc_lnk( avm, 'W', 1. )      ! Lateral boundary conditions (sign unchanged)
670      !
671      DO jk = 2, jpkm1            !* vertical eddy viscosity at wu- and wv-points
672         DO jj = 2, jpjm1
673            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
674               avmu(ji,jj,jk) = 0.5 * ( avm(ji,jj,jk) + avm(ji+1,jj  ,jk) ) * wumask(ji,jj,jk)
675               avmv(ji,jj,jk) = 0.5 * ( avm(ji,jj,jk) + avm(ji  ,jj+1,jk) ) * wvmask(ji,jj,jk)
676            END DO
677         END DO
678      END DO
679      CALL lbc_lnk( avmu, 'U', 1. )   ;   CALL lbc_lnk( avmv, 'V', 1. )      ! Lateral boundary conditions
680      !
681      IF( nn_pdl == 1 ) THEN      !* Prandtl number case: update avt
682         DO jk = 2, jpkm1
683            DO jj = 2, jpjm1
684               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
685                  avt(ji,jj,jk)   = MAX( apdlr(ji,jj,jk) * avt(ji,jj,jk), avtb_2d(ji,jj) * avtb(jk) ) * tmask(ji,jj,jk)
686# if defined key_c1d
687                  e_pdl(ji,jj,jk) = apdlr(ji,jj,jk) * wmask(ji,jj,jk)    ! c1d configuration : save masked Prandlt number
688!!gm bug NO zri here....
689!!gm remove the specific diag for c1d !
690                  e_ric(ji,jj,jk) = zri * wmask(ji,jj,jk)                            ! c1d config. : save Ri
691# endif
692              END DO
693            END DO
694         END DO
695      ENDIF
696      CALL lbc_lnk( avt, 'W', 1. )                      ! Lateral boundary conditions on avt  (sign unchanged)
697
698      IF(ln_ctl) THEN
699         CALL prt_ctl( tab3d_1=en  , clinfo1=' tke  - e: ', tab3d_2=avt, clinfo2=' t: ', ovlap=1, kdim=jpk)
700         CALL prt_ctl( tab3d_1=avmu, clinfo1=' tke  - u: ', mask1=umask,                   &
701            &          tab3d_2=avmv, clinfo2=       ' v: ', mask2=vmask, ovlap=1, kdim=jpk )
702      ENDIF
703      !
704      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zmpdl, zmxlm, zmxld ) 
705      !
706      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('tke_avn')
707      !
708   END SUBROUTINE tke_avn
709
710
711   SUBROUTINE zdf_tke_init
712      !!----------------------------------------------------------------------
713      !!                  ***  ROUTINE zdf_tke_init  ***
714      !!                     
715      !! ** Purpose :   Initialization of the vertical eddy diffivity and
716      !!              viscosity when using a tke turbulent closure scheme
717      !!
718      !! ** Method  :   Read the namzdf_tke namelist and check the parameters
719      !!              called at the first timestep (nit000)
720      !!
721      !! ** input   :   Namlist namzdf_tke
722      !!
723      !! ** Action  :   Increase by 1 the nstop flag is setting problem encounter
724      !!----------------------------------------------------------------------
725      INTEGER ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
726      INTEGER ::   ios
727      !!
728      NAMELIST/namzdf_tke/ rn_ediff, rn_ediss , rn_ebb , rn_emin  ,   &
729         &                 rn_emin0, rn_bshear, nn_mxl , ln_mxl0  ,   &
730         &                 rn_mxl0 , nn_pdl   , ln_lc  , rn_lc    ,   &
731         &                 nn_etau , nn_htau  , rn_efr   
732      !!----------------------------------------------------------------------
733      !
734      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namzdf_tke in reference namelist : Turbulent Kinetic Energy
735      READ  ( numnam_ref, namzdf_tke, IOSTAT = ios, ERR = 901)
736901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_tke in reference namelist', lwp )
737
738      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namzdf_tke in configuration namelist : Turbulent Kinetic Energy
739      READ  ( numnam_cfg, namzdf_tke, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
740902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_tke in configuration namelist', lwp )
741      IF(lwm) WRITE ( numond, namzdf_tke )
742      !
743      ri_cri   = 2._wp    / ( 2._wp + rn_ediss / rn_ediff )   ! resulting critical Richardson number
744# if defined key_zdftmx_new
745      ! key_zdftmx_new: New internal wave-driven param: specified value of rn_emin & rmxl_min are used
746      rn_emin  = 1.e-10_wp
747      rmxl_min = 1.e-03_wp
748      IF(lwp) THEN                  ! Control print
749         WRITE(numout,*)
750         WRITE(numout,*) 'zdf_tke_init :  New tidal mixing case: force rn_emin = 1.e-10 and rmxl_min = 1.e-3 '
751         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
752      ENDIF
753# else
754      rmxl_min = 1.e-6_wp / ( rn_ediff * SQRT( rn_emin ) )    ! resulting minimum length to recover molecular viscosity
755# endif
756      !
757      IF(lwp) THEN                    !* Control print
758         WRITE(numout,*)
759         WRITE(numout,*) 'zdf_tke_init : tke turbulent closure scheme - initialisation'
760         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
761         WRITE(numout,*) '   Namelist namzdf_tke : set tke mixing parameters'
762         WRITE(numout,*) '      coef. to compute avt                        rn_ediff  = ', rn_ediff
763         WRITE(numout,*) '      Kolmogoroff dissipation coef.               rn_ediss  = ', rn_ediss
764         WRITE(numout,*) '      tke surface input coef.                     rn_ebb    = ', rn_ebb
765         WRITE(numout,*) '      minimum value of tke                        rn_emin   = ', rn_emin
766         WRITE(numout,*) '      surface minimum value of tke                rn_emin0  = ', rn_emin0
767         WRITE(numout,*) '      background shear (>0)                       rn_bshear = ', rn_bshear
768         WRITE(numout,*) '      mixing length type                          nn_mxl    = ', nn_mxl
769         WRITE(numout,*) '      prandl number flag                          nn_pdl    = ', nn_pdl
770         WRITE(numout,*) '      surface mixing length = F(stress) or not    ln_mxl0   = ', ln_mxl0
771         WRITE(numout,*) '      surface  mixing length minimum value        rn_mxl0   = ', rn_mxl0
772         WRITE(numout,*) '      flag to take into acc.  Langmuir circ.      ln_lc     = ', ln_lc
773         WRITE(numout,*) '      coef to compute verticla velocity of LC     rn_lc     = ', rn_lc
774         WRITE(numout,*) '      test param. to add tke induced by wind      nn_etau   = ', nn_etau
775         WRITE(numout,*) '      flag for computation of exp. tke profile    nn_htau   = ', nn_htau
776         WRITE(numout,*) '      fraction of en which pene. the thermocline  rn_efr    = ', rn_efr
777         WRITE(numout,*)
778         WRITE(numout,*) '      critical Richardson nb with your parameters  ri_cri = ', ri_cri
779      ENDIF
780      !
781      !                              ! allocate tke arrays
782      IF( zdf_tke_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'zdf_tke_init : unable to allocate arrays' )
783      !
784      !                               !* Check of some namelist values
785      IF( nn_mxl  < 0   .OR.  nn_mxl  > 3 )   CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_mxl is  0, 1 or 2 ' )
786      IF( nn_pdl  < 0   .OR.  nn_pdl  > 1 )   CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_pdl is  0 or 1    ' )
787      IF( nn_htau < 0   .OR.  nn_htau > 1 )   CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_htau is 0, 1 or 2 ' )
788      IF( nn_etau == 3 .AND. .NOT. ln_cpl )   CALL ctl_stop( 'nn_etau == 3 : HF taum only known in coupled mode' )
789
790      IF( ln_mxl0 ) THEN
791         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   use a surface mixing length = F(stress) :   set rn_mxl0 = rmxl_min'
792         rn_mxl0 = rmxl_min
793      ENDIF
794     
795      IF( nn_etau == 2  )   CALL zdf_mxl( nit000 )      ! Initialization of nmln
796
797      !                               !* depth of penetration of surface tke
798      IF( nn_etau /= 0 ) THEN     
799         SELECT CASE( nn_htau )             ! Choice of the depth of penetration
800         CASE( 0 )                                 ! constant depth penetration (here 10 meters)
801            htau(:,:) = 10._wp
802         CASE( 1 )                                 ! F(latitude) : 0.5m to 30m poleward of 40 degrees
803            htau(:,:) = MAX(  0.5_wp, MIN( 30._wp, 45._wp* ABS( SIN( rpi/180._wp * gphit(:,:) ) ) )   )           
804         END SELECT
805      ENDIF
806      !                               !* set vertical eddy coef. to the background value
807      DO jk = 1, jpk
808         avt (:,:,jk) = avtb(jk) * wmask (:,:,jk)
809         avm (:,:,jk) = avmb(jk) * wmask (:,:,jk)
810         avmu(:,:,jk) = avmb(jk) * wumask(:,:,jk)
811         avmv(:,:,jk) = avmb(jk) * wvmask(:,:,jk)
812      END DO
813      dissl(:,:,:) = 1.e-12_wp
814      !                             
815      CALL tke_rst( nit000, 'READ' )  !* read or initialize all required files
816      !
817   END SUBROUTINE zdf_tke_init
818
819
820   SUBROUTINE tke_rst( kt, cdrw )
821     !!---------------------------------------------------------------------
822     !!                   ***  ROUTINE tke_rst  ***
823     !!                     
824     !! ** Purpose :   Read or write TKE file (en) in restart file
825     !!
826     !! ** Method  :   use of IOM library
827     !!                if the restart does not contain TKE, en is either
828     !!                set to rn_emin or recomputed
829     !!----------------------------------------------------------------------
830     INTEGER         , INTENT(in) ::   kt     ! ocean time-step
831     CHARACTER(len=*), INTENT(in) ::   cdrw   ! "READ"/"WRITE" flag
832     !
833     INTEGER ::   jit, jk   ! dummy loop indices
834     INTEGER ::   id1, id2, id3, id4, id5, id6   ! local integers
835     !!----------------------------------------------------------------------
836     !
837     IF( TRIM(cdrw) == 'READ' ) THEN        ! Read/initialise
838        !                                   ! ---------------
839        IF( ln_rstart ) THEN                   !* Read the restart file
840           id1 = iom_varid( numror, 'en'   , ldstop = .FALSE. )
841           id2 = iom_varid( numror, 'avt'  , ldstop = .FALSE. )
842           id3 = iom_varid( numror, 'avm'  , ldstop = .FALSE. )
843           id4 = iom_varid( numror, 'avmu' , ldstop = .FALSE. )
844           id5 = iom_varid( numror, 'avmv' , ldstop = .FALSE. )
845           id6 = iom_varid( numror, 'dissl', ldstop = .FALSE. )
846           !
847           IF( id1 > 0 ) THEN                       ! 'en' exists
848              CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'en', en )
849              IF( MIN( id2, id3, id4, id5, id6 ) > 0 ) THEN        ! all required arrays exist
850                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avt'  , avt   )
851                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avm'  , avm   )
852                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avmu' , avmu  )
853                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avmv' , avmv  )
854                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'dissl', dissl )
855              ELSE                                                 ! one at least array is missing
856                 CALL tke_avn                                          ! compute avt, avm, avmu, avmv and dissl (approximation)
857              ENDIF
858           ELSE                                     ! No TKE array found: initialisation
859              IF(lwp) WRITE(numout,*) ' ===>>>> : previous run without tke scheme, en computed by iterative loop'
860              en (:,:,:) = rn_emin * tmask(:,:,:)
861              CALL tke_avn                               ! recompute avt, avm, avmu, avmv and dissl (approximation)
862              !
863              avt_k (:,:,:) = avt (:,:,:)
864              avm_k (:,:,:) = avm (:,:,:)
865              avmu_k(:,:,:) = avmu(:,:,:)
866              avmv_k(:,:,:) = avmv(:,:,:)
867              !
868              DO jit = nit000 + 1, nit000 + 10   ;   CALL zdf_tke( jit )   ;   END DO
869           ENDIF
870        ELSE                                   !* Start from rest
871           en(:,:,:) = rn_emin * tmask(:,:,:)
872           DO jk = 1, jpk                           ! set the Kz to the background value
873              avt (:,:,jk) = avtb(jk) * wmask (:,:,jk)
874              avm (:,:,jk) = avmb(jk) * wmask (:,:,jk)
875              avmu(:,:,jk) = avmb(jk) * wumask(:,:,jk)
876              avmv(:,:,jk) = avmb(jk) * wvmask(:,:,jk)
877           END DO
878        ENDIF
879        !
880     ELSEIF( TRIM(cdrw) == 'WRITE' ) THEN   ! Create restart file
881        !                                   ! -------------------
882        IF(lwp) WRITE(numout,*) '---- tke-rst ----'
883        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'en'   , en     )
884        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avt'  , avt_k  )
885        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avm'  , avm_k  )
886        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avmu' , avmu_k )
887        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avmv' , avmv_k )
888        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'dissl', dissl  )
889        !
890     ENDIF
891     !
892   END SUBROUTINE tke_rst
893
894#else
895   !!----------------------------------------------------------------------
896   !!   Dummy module :                                        NO TKE scheme
897   !!----------------------------------------------------------------------
898   LOGICAL, PUBLIC, PARAMETER ::   lk_zdftke = .FALSE.   !: TKE flag
899CONTAINS
900   SUBROUTINE zdf_tke_init           ! Dummy routine
901   END SUBROUTINE zdf_tke_init
902   SUBROUTINE zdf_tke( kt )          ! Dummy routine
903      WRITE(*,*) 'zdf_tke: You should not have seen this print! error?', kt
904   END SUBROUTINE zdf_tke
905   SUBROUTINE tke_rst( kt, cdrw )
906     CHARACTER(len=*) ::   cdrw
907     WRITE(*,*) 'tke_rst: You should not have seen this print! error?', kt, cdwr
908   END SUBROUTINE tke_rst
909#endif
910
911   !!======================================================================
912END MODULE zdftke
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.