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.
dynnxt.F90 in branches/2017/dev_r8624_ENHANCE4_FREESURFACE/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN – NEMO

source: branches/2017/dev_r8624_ENHANCE4_FREESURFACE/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynnxt.F90 @ 8805

Last change on this file since 8805 was 8805, checked in by jchanut, 6 years ago

Enhance4-freesurface. step 1: recover tracer conservation with split explicit free surface - #1959

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 17.4 KB
RevLine 
[3]1MODULE dynnxt
[1502]2   !!=========================================================================
[3]3   !!                       ***  MODULE  dynnxt  ***
4   !! Ocean dynamics: time stepping
[1502]5   !!=========================================================================
[1438]6   !! History :  OPA  !  1987-02  (P. Andrich, D. L Hostis)  Original code
7   !!                 !  1990-10  (C. Levy, G. Madec)
8   !!            7.0  !  1993-03  (M. Guyon)  symetrical conditions
9   !!            8.0  !  1997-02  (G. Madec & M. Imbard)  opa, release 8.0
10   !!            8.2  !  1997-04  (A. Weaver)  Euler forward step
11   !!             -   !  1997-06  (G. Madec)  lateral boudary cond., lbc routine
12   !!    NEMO    1.0  !  2002-08  (G. Madec)  F90: Free form and module
13   !!             -   !  2002-10  (C. Talandier, A-M. Treguier) Open boundary cond.
14   !!            2.0  !  2005-11  (V. Garnier) Surface pressure gradient organization
15   !!            2.3  !  2007-07  (D. Storkey) Calls to BDY routines.
[1502]16   !!            3.2  !  2009-06  (G. Madec, R.Benshila)  re-introduce the vvl option
[2528]17   !!            3.3  !  2010-09  (D. Storkey, E.O'Dea) Bug fix for BDY module
[2723]18   !!            3.3  !  2011-03  (P. Oddo) Bug fix for time-splitting+(BDY-OBC) and not VVL
[4292]19   !!            3.5  !  2013-07  (J. Chanut) Compliant with time splitting changes
[6140]20   !!            3.6  !  2014-04  (G. Madec) add the diagnostic of the time filter trends
[5930]21   !!            3.7  !  2015-11  (J. Chanut) Free surface simplification
[1502]22   !!-------------------------------------------------------------------------
[1438]23 
[1502]24   !!-------------------------------------------------------------------------
[6140]25   !!   dyn_nxt       : obtain the next (after) horizontal velocity
[1502]26   !!-------------------------------------------------------------------------
[6140]27   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
28   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
29   USE sbc_oce        ! Surface boundary condition: ocean fields
30   USE phycst         ! physical constants
31   USE dynadv         ! dynamics: vector invariant versus flux form
32   USE dynspg_ts      ! surface pressure gradient: split-explicit scheme
33   USE domvvl         ! variable volume
[7646]34   USE bdy_oce   , ONLY: ln_bdy
[6140]35   USE bdydta         ! ocean open boundary conditions
36   USE bdydyn         ! ocean open boundary conditions
37   USE bdyvol         ! ocean open boundary condition (bdy_vol routines)
38   USE trd_oce        ! trends: ocean variables
39   USE trddyn         ! trend manager: dynamics
40   USE trdken         ! trend manager: kinetic energy
[4990]41   !
[6140]42   USE in_out_manager ! I/O manager
43   USE iom            ! I/O manager library
44   USE lbclnk         ! lateral boundary condition (or mpp link)
45   USE lib_mpp        ! MPP library
46   USE wrk_nemo       ! Memory Allocation
47   USE prtctl         ! Print control
48   USE timing         ! Timing
[2528]49#if defined key_agrif
50   USE agrif_opa_interp
51#endif
[3]52
53   IMPLICIT NONE
54   PRIVATE
55
[1438]56   PUBLIC    dyn_nxt   ! routine called by step.F90
57
[2715]58   !!----------------------------------------------------------------------
[2528]59   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
[1438]60   !! $Id$
[2715]61   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
62   !!----------------------------------------------------------------------
[3]63CONTAINS
64
65   SUBROUTINE dyn_nxt ( kt )
66      !!----------------------------------------------------------------------
67      !!                  ***  ROUTINE dyn_nxt  ***
68      !!                   
[5930]69      !! ** Purpose :   Finalize after horizontal velocity. Apply the boundary
70      !!             condition on the after velocity, achieve the time stepping
[1502]71      !!             by applying the Asselin filter on now fields and swapping
72      !!             the fields.
[3]73      !!
[5930]74      !! ** Method  : * Ensure after velocities transport matches time splitting
75      !!             estimate (ln_dynspg_ts=T)
[3]76      !!
[1502]77      !!              * Apply lateral boundary conditions on after velocity
78      !!             at the local domain boundaries through lbc_lnk call,
[7646]79      !!             at the one-way open boundaries (ln_bdy=T),
[4990]80      !!             at the AGRIF zoom   boundaries (lk_agrif=T)
[3]81      !!
[1502]82      !!              * Apply the time filter applied and swap of the dynamics
83      !!             arrays to start the next time step:
84      !!                (ub,vb) = (un,vn) + atfp [ (ub,vb) + (ua,va) - 2 (un,vn) ]
85      !!                (un,vn) = (ua,va).
[6140]86      !!             Note that with flux form advection and non linear free surface,
87      !!             the time filter is applied on thickness weighted velocity.
88      !!             As a result, dyn_nxt MUST be called after tra_nxt.
[1502]89      !!
90      !! ** Action :   ub,vb   filtered before horizontal velocity of next time-step
91      !!               un,vn   now horizontal velocity of next time-step
[3]92      !!----------------------------------------------------------------------
93      INTEGER, INTENT( in ) ::   kt      ! ocean time-step index
[2715]94      !
[3]95      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
[6140]96      INTEGER  ::   ikt          ! local integers
97      REAL(wp) ::   zue3a, zue3n, zue3b, zuf, zcoef    ! local scalars
[4990]98      REAL(wp) ::   zve3a, zve3n, zve3b, zvf, z1_2dt   !   -      -
99      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::  zue, zve
100      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  ze3u_f, ze3v_f, zua, zva 
[1502]101      !!----------------------------------------------------------------------
[3294]102      !
[4990]103      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_start('dyn_nxt')
[3294]104      !
[6140]105      IF( ln_dynspg_ts       )   CALL wrk_alloc( jpi,jpj,       zue, zve)
106      IF( l_trddyn           )   CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   zua, zva)
[3294]107      !
[3]108      IF( kt == nit000 ) THEN
109         IF(lwp) WRITE(numout,*)
110         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn_nxt : time stepping'
111         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
112      ENDIF
113
[5930]114      IF ( ln_dynspg_ts ) THEN
115         ! Ensure below that barotropic velocities match time splitting estimate
116         ! Compute actual transport and replace it with ts estimate at "after" time step
[7753]117         zue(:,:) = e3u_a(:,:,1) * ua(:,:,1) * umask(:,:,1)
118         zve(:,:) = e3v_a(:,:,1) * va(:,:,1) * vmask(:,:,1)
[5930]119         DO jk = 2, jpkm1
[7753]120            zue(:,:) = zue(:,:) + e3u_a(:,:,jk) * ua(:,:,jk) * umask(:,:,jk)
121            zve(:,:) = zve(:,:) + e3v_a(:,:,jk) * va(:,:,jk) * vmask(:,:,jk)
[1502]122         END DO
123         DO jk = 1, jpkm1
[7753]124            ua(:,:,jk) = ( ua(:,:,jk) - zue(:,:) * r1_hu_a(:,:) + ua_b(:,:) ) * umask(:,:,jk)
125            va(:,:,jk) = ( va(:,:,jk) - zve(:,:) * r1_hv_a(:,:) + va_b(:,:) ) * vmask(:,:,jk)
[592]126         END DO
[6140]127         !
128         IF( .NOT.ln_bt_fw ) THEN
[5930]129            ! Remove advective velocity from "now velocities"
130            ! prior to asselin filtering     
131            ! In the forward case, this is done below after asselin filtering   
132            ! so that asselin contribution is removed at the same time
133            DO jk = 1, jpkm1
[7753]134               un(:,:,jk) = ( un(:,:,jk) - un_adv(:,:) + un_b(:,:) )*umask(:,:,jk)
135               vn(:,:,jk) = ( vn(:,:,jk) - vn_adv(:,:) + vn_b(:,:) )*vmask(:,:,jk)
136            END DO 
[5930]137         ENDIF
[4292]138      ENDIF
139
[1502]140      ! Update after velocity on domain lateral boundaries
141      ! --------------------------------------------------     
[5930]142# if defined key_agrif
143      CALL Agrif_dyn( kt )             !* AGRIF zoom boundaries
144# endif
145      !
[1502]146      CALL lbc_lnk( ua, 'U', -1. )     !* local domain boundaries
147      CALL lbc_lnk( va, 'V', -1. ) 
148      !
149      !                                !* BDY open boundaries
[7646]150      IF( ln_bdy .AND. ln_dynspg_exp )   CALL bdy_dyn( kt )
151      IF( ln_bdy .AND. ln_dynspg_ts  )   CALL bdy_dyn( kt, dyn3d_only=.true. )
[3294]152
153!!$   Do we need a call to bdy_vol here??
154      !
[4990]155      IF( l_trddyn ) THEN             ! prepare the atf trend computation + some diagnostics
156         z1_2dt = 1._wp / (2. * rdt)        ! Euler or leap-frog time step
157         IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 )   z1_2dt = 1._wp / rdt
158         !
159         !                                  ! Kinetic energy and Conversion
160         IF( ln_KE_trd  )   CALL trd_dyn( ua, va, jpdyn_ken, kt )
161         !
162         IF( ln_dyn_trd ) THEN              ! 3D output: total momentum trends
[7753]163            zua(:,:,:) = ( ua(:,:,:) - ub(:,:,:) ) * z1_2dt
164            zva(:,:,:) = ( va(:,:,:) - vb(:,:,:) ) * z1_2dt
[4990]165            CALL iom_put( "utrd_tot", zua )        ! total momentum trends, except the asselin time filter
166            CALL iom_put( "vtrd_tot", zva )
167         ENDIF
168         !
[7753]169         zua(:,:,:) = un(:,:,:)             ! save the now velocity before the asselin filter
170         zva(:,:,:) = vn(:,:,:)             ! (caution: there will be a shift by 1 timestep in the
171         !                                  !  computation of the asselin filter trends)
[4990]172      ENDIF
173
[1438]174      ! Time filter and swap of dynamics arrays
175      ! ------------------------------------------
[1502]176      IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 ) THEN        !* Euler at first time-step: only swap
177         DO jk = 1, jpkm1
[7753]178            un(:,:,jk) = ua(:,:,jk)                          ! un <-- ua
179            vn(:,:,jk) = va(:,:,jk)
[1438]180         END DO
[6140]181         IF(.NOT.ln_linssh ) THEN
[4292]182            DO jk = 1, jpkm1
[7753]183               e3t_b(:,:,jk) = e3t_n(:,:,jk)
184               e3u_b(:,:,jk) = e3u_n(:,:,jk)
185               e3v_b(:,:,jk) = e3v_n(:,:,jk)
[6140]186            END DO
[4292]187         ENDIF
[1502]188      ELSE                                             !* Leap-Frog : Asselin filter and swap
[2528]189         !                                ! =============!
[6140]190         IF( ln_linssh ) THEN             ! Fixed volume !
[2528]191            !                             ! =============!
[1502]192            DO jk = 1, jpkm1                             
[592]193               DO jj = 1, jpj
[1502]194                  DO ji = 1, jpi   
[4990]195                     zuf = un(ji,jj,jk) + atfp * ( ub(ji,jj,jk) - 2._wp * un(ji,jj,jk) + ua(ji,jj,jk) )
196                     zvf = vn(ji,jj,jk) + atfp * ( vb(ji,jj,jk) - 2._wp * vn(ji,jj,jk) + va(ji,jj,jk) )
[1502]197                     !
198                     ub(ji,jj,jk) = zuf                      ! ub <-- filtered velocity
199                     vb(ji,jj,jk) = zvf
200                     un(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk)             ! un <-- ua
201                     vn(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk)
202                  END DO
203               END DO
204            END DO
[2528]205            !                             ! ================!
206         ELSE                             ! Variable volume !
207            !                             ! ================!
[4292]208            ! Before scale factor at t-points
209            ! (used as a now filtered scale factor until the swap)
210            ! ----------------------------------------------------
[8805]211            DO jk = 1, jpkm1
212               e3t_b(:,:,jk) = e3t_n(:,:,jk) + atfp * ( e3t_b(:,:,jk) - 2._wp * e3t_n(:,:,jk) + e3t_a(:,:,jk) )
213            END DO
214            ! Add volume filter correction: compatibility with tracer advection scheme
215            ! => time filter + conservation correction (only at the first level)
216            zcoef = atfp * rdt * r1_rau0
217            IF ( .NOT. ln_isf ) THEN   ! if no ice shelf melting
218               e3t_b(:,:,1) = e3t_b(:,:,1) - zcoef * ( emp_b(:,:) - emp(:,:) &
219                              &                      - rnf_b(:,:) + rnf(:,:) ) * tmask(:,:,1)
220            ELSE                     ! if ice shelf melting
221               DO jj = 1, jpj
222                  DO ji = 1, jpi
223                     ikt = mikt(ji,jj)
224                     e3t_b(ji,jj,ikt) = e3t_b(ji,jj,ikt) - zcoef * (  emp_b   (ji,jj) - emp   (ji,jj)  &
225                        &                                           - rnf_b   (ji,jj) + rnf   (ji,jj)  &
226                        &                                           + fwfisf_b(ji,jj) - fwfisf(ji,jj)  ) * tmask(ji,jj,ikt)
227                  END DO
[6140]228               END DO
[8805]229            END IF
[2528]230            !
[6140]231            IF( ln_dynadv_vec ) THEN      ! Asselin filter applied on velocity
232               ! Before filtered scale factor at (u/v)-points
233               CALL dom_vvl_interpol( e3t_b(:,:,:), e3u_b(:,:,:), 'U' )
234               CALL dom_vvl_interpol( e3t_b(:,:,:), e3v_b(:,:,:), 'V' )
[4292]235               DO jk = 1, jpkm1
236                  DO jj = 1, jpj
[2528]237                     DO ji = 1, jpi
[4292]238                        zuf = un(ji,jj,jk) + atfp * ( ub(ji,jj,jk) - 2._wp * un(ji,jj,jk) + ua(ji,jj,jk) )
239                        zvf = vn(ji,jj,jk) + atfp * ( vb(ji,jj,jk) - 2._wp * vn(ji,jj,jk) + va(ji,jj,jk) )
[2528]240                        !
241                        ub(ji,jj,jk) = zuf                      ! ub <-- filtered velocity
242                        vb(ji,jj,jk) = zvf
243                        un(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk)             ! un <-- ua
244                        vn(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk)
245                     END DO
246                  END DO
247               END DO
248               !
[6140]249            ELSE                          ! Asselin filter applied on thickness weighted velocity
250               !
251               CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   ze3u_f, ze3v_f )
252               ! Before filtered scale factor at (u/v)-points stored in ze3u_f, ze3v_f
253               CALL dom_vvl_interpol( e3t_b(:,:,:), ze3u_f, 'U' )
254               CALL dom_vvl_interpol( e3t_b(:,:,:), ze3v_f, 'V' )
[4292]255               DO jk = 1, jpkm1
256                  DO jj = 1, jpj
[4312]257                     DO ji = 1, jpi                 
[6140]258                        zue3a = e3u_a(ji,jj,jk) * ua(ji,jj,jk)
259                        zve3a = e3v_a(ji,jj,jk) * va(ji,jj,jk)
260                        zue3n = e3u_n(ji,jj,jk) * un(ji,jj,jk)
261                        zve3n = e3v_n(ji,jj,jk) * vn(ji,jj,jk)
262                        zue3b = e3u_b(ji,jj,jk) * ub(ji,jj,jk)
263                        zve3b = e3v_b(ji,jj,jk) * vb(ji,jj,jk)
[2528]264                        !
[3294]265                        zuf = ( zue3n + atfp * ( zue3b - 2._wp * zue3n  + zue3a ) ) / ze3u_f(ji,jj,jk)
266                        zvf = ( zve3n + atfp * ( zve3b - 2._wp * zve3n  + zve3a ) ) / ze3v_f(ji,jj,jk)
[2528]267                        !
[3294]268                        ub(ji,jj,jk) = zuf                     ! ub <-- filtered velocity
[2528]269                        vb(ji,jj,jk) = zvf
[3294]270                        un(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk)            ! un <-- ua
[2528]271                        vn(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk)
272                     END DO
273                  END DO
274               END DO
[7753]275               e3u_b(:,:,1:jpkm1) = ze3u_f(:,:,1:jpkm1)        ! e3u_b <-- filtered scale factor
276               e3v_b(:,:,1:jpkm1) = ze3v_f(:,:,1:jpkm1)
[6140]277               !
278               CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   ze3u_f, ze3v_f )
[2528]279            ENDIF
280            !
[3]281         ENDIF
[2528]282         !
[6140]283         IF( ln_dynspg_ts .AND. ln_bt_fw ) THEN
[4312]284            ! Revert "before" velocities to time split estimate
285            ! Doing it here also means that asselin filter contribution is removed 
[7753]286            zue(:,:) = e3u_b(:,:,1) * ub(:,:,1) * umask(:,:,1)
287            zve(:,:) = e3v_b(:,:,1) * vb(:,:,1) * vmask(:,:,1)   
[4990]288            DO jk = 2, jpkm1
[7753]289               zue(:,:) = zue(:,:) + e3u_b(:,:,jk) * ub(:,:,jk) * umask(:,:,jk)
290               zve(:,:) = zve(:,:) + e3v_b(:,:,jk) * vb(:,:,jk) * vmask(:,:,jk)   
[4370]291            END DO
292            DO jk = 1, jpkm1
[7753]293               ub(:,:,jk) = ub(:,:,jk) - (zue(:,:) * r1_hu_n(:,:) - un_b(:,:)) * umask(:,:,jk)
294               vb(:,:,jk) = vb(:,:,jk) - (zve(:,:) * r1_hv_n(:,:) - vn_b(:,:)) * vmask(:,:,jk)
[4292]295            END DO
296         ENDIF
297         !
298      ENDIF ! neuler =/0
[4354]299      !
300      ! Set "now" and "before" barotropic velocities for next time step:
301      ! JC: Would be more clever to swap variables than to make a full vertical
302      ! integration
303      !
[4370]304      !
[6140]305      IF(.NOT.ln_linssh ) THEN
[7753]306         hu_b(:,:) = e3u_b(:,:,1) * umask(:,:,1)
307         hv_b(:,:) = e3v_b(:,:,1) * vmask(:,:,1)
[6140]308         DO jk = 2, jpkm1
[7753]309            hu_b(:,:) = hu_b(:,:) + e3u_b(:,:,jk) * umask(:,:,jk)
310            hv_b(:,:) = hv_b(:,:) + e3v_b(:,:,jk) * vmask(:,:,jk)
[4354]311         END DO
[7753]312         r1_hu_b(:,:) = ssumask(:,:) / ( hu_b(:,:) + 1._wp - ssumask(:,:) )
313         r1_hv_b(:,:) = ssvmask(:,:) / ( hv_b(:,:) + 1._wp - ssvmask(:,:) )
[4354]314      ENDIF
315      !
[7753]316      un_b(:,:) = e3u_a(:,:,1) * un(:,:,1) * umask(:,:,1)
317      ub_b(:,:) = e3u_b(:,:,1) * ub(:,:,1) * umask(:,:,1)
318      vn_b(:,:) = e3v_a(:,:,1) * vn(:,:,1) * vmask(:,:,1)
319      vb_b(:,:) = e3v_b(:,:,1) * vb(:,:,1) * vmask(:,:,1)
[6140]320      DO jk = 2, jpkm1
[7753]321         un_b(:,:) = un_b(:,:) + e3u_a(:,:,jk) * un(:,:,jk) * umask(:,:,jk)
322         ub_b(:,:) = ub_b(:,:) + e3u_b(:,:,jk) * ub(:,:,jk) * umask(:,:,jk)
323         vn_b(:,:) = vn_b(:,:) + e3v_a(:,:,jk) * vn(:,:,jk) * vmask(:,:,jk)
324         vb_b(:,:) = vb_b(:,:) + e3v_b(:,:,jk) * vb(:,:,jk) * vmask(:,:,jk)
[4354]325      END DO
[7753]326      un_b(:,:) = un_b(:,:) * r1_hu_a(:,:)
327      vn_b(:,:) = vn_b(:,:) * r1_hv_a(:,:)
328      ub_b(:,:) = ub_b(:,:) * r1_hu_b(:,:)
329      vb_b(:,:) = vb_b(:,:) * r1_hv_b(:,:)
[4354]330      !
[6140]331      IF( .NOT.ln_dynspg_ts ) THEN        ! output the barotropic currents
332         CALL iom_put(  "ubar", un_b(:,:) )
333         CALL iom_put(  "vbar", vn_b(:,:) )
334      ENDIF
[4990]335      IF( l_trddyn ) THEN                ! 3D output: asselin filter trends on momentum
[7753]336         zua(:,:,:) = ( ub(:,:,:) - zua(:,:,:) ) * z1_2dt
337         zva(:,:,:) = ( vb(:,:,:) - zva(:,:,:) ) * z1_2dt
[4990]338         CALL trd_dyn( zua, zva, jpdyn_atf, kt )
339      ENDIF
340      !
[1438]341      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=un, clinfo1=' nxt  - Un: ', mask1=umask,   &
342         &                       tab3d_2=vn, clinfo2=' Vn: '       , mask2=vmask )
[6140]343      !
344      IF( ln_dynspg_ts )   CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,       zue, zve )
345      IF( l_trddyn     )   CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   zua, zva )
[2715]346      !
[3294]347      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dyn_nxt')
348      !
[3]349   END SUBROUTINE dyn_nxt
350
[1502]351   !!=========================================================================
[3]352END MODULE dynnxt
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.