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dynzad.F90 in branches/UKMO/dev_r5107_mld_zint/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN – NEMO

source: branches/UKMO/dev_r5107_mld_zint/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynzad.F90 @ 5247

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UKMO mld_zint branch: clear SVN keywords and remove keyword property.
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Line 
1MODULE dynzad
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynzad  ***
4   !! Ocean dynamics : vertical advection trend
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  ! 1991-01  (G. Madec) Original code
7   !!            7.0  ! 1991-11  (G. Madec)
8   !!            7.5  ! 1996-01  (G. Madec) statement function for e3
9   !!   NEMO     0.5  ! 2002-07  (G. Madec) Free form, F90
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !!   dyn_zad       : vertical advection momentum trend
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
16   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
17   USE sbc_oce        ! surface boundary condition: ocean
18   USE trd_oce        ! trends: ocean variables
19   USE trddyn         ! trend manager: dynamics
20   !
21   USE in_out_manager ! I/O manager
22   USE lib_mpp        ! MPP library
23   USE prtctl         ! Print control
24   USE wrk_nemo       ! Memory Allocation
25   USE timing         ! Timing
26
27   IMPLICIT NONE
28   PRIVATE
29   
30   PUBLIC   dyn_zad       ! routine called by dynadv.F90
31   PUBLIC   dyn_zad_zts   ! routine called by dynadv.F90
32
33   !! * Substitutions
34#  include "domzgr_substitute.h90"
35#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
36   !!----------------------------------------------------------------------
37   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
38   !! $Id$
39   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
40   !!----------------------------------------------------------------------
41CONTAINS
42
43   SUBROUTINE dyn_zad ( kt )
44      !!----------------------------------------------------------------------
45      !!                  ***  ROUTINE dynzad  ***
46      !!
47      !! ** Purpose :   Compute the now vertical momentum advection trend and
48      !!      add it to the general trend of momentum equation.
49      !!
50      !! ** Method  :   The now vertical advection of momentum is given by:
51      !!         w dz(u) = ua + 1/(e1u*e2u*e3u) mk+1[ mi(e1t*e2t*wn) dk(un) ]
52      !!         w dz(v) = va + 1/(e1v*e2v*e3v) mk+1[ mj(e1t*e2t*wn) dk(vn) ]
53      !!      Add this trend to the general trend (ua,va):
54      !!         (ua,va) = (ua,va) + w dz(u,v)
55      !!
56      !! ** Action  : - Update (ua,va) with the vert. momentum adv. trends
57      !!              - Send the trends to trddyn for diagnostics (l_trddyn=T)
58      !!----------------------------------------------------------------------
59      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step inedx
60      !
61      INTEGER  ::   ji, jj, jk      ! dummy loop indices
62      REAL(wp) ::   zua, zva        ! temporary scalars
63      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zwuw , zwvw
64      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) ::  zww
65      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  ztrdu, ztrdv
66      !!----------------------------------------------------------------------
67      !
68      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dyn_zad')
69      !
70      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zww ) 
71      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zwuw , zwvw ) 
72      !
73      IF( kt == nit000 ) THEN
74         IF(lwp)WRITE(numout,*)
75         IF(lwp)WRITE(numout,*) 'dyn_zad : arakawa advection scheme'
76      ENDIF
77
78      IF( l_trddyn )   THEN         ! Save ua and va trends
79         CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, ztrdu, ztrdv ) 
80         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) 
81         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) 
82      ENDIF
83     
84      DO jk = 2, jpkm1              ! Vertical momentum advection at level w and u- and v- vertical
85         DO jj = 2, jpj                   ! vertical fluxes
86            DO ji = fs_2, jpi             ! vector opt.
87               zww(ji,jj) = 0.25_wp * e1t(ji,jj) * e2t(ji,jj) * wn(ji,jj,jk)
88            END DO
89         END DO
90         DO jj = 2, jpjm1                 ! vertical momentum advection at w-point
91            DO ji = fs_2, fs_jpim1        ! vector opt.
92               zwuw(ji,jj,jk) = ( zww(ji+1,jj  ) + zww(ji,jj) ) * ( un(ji,jj,jk-1)-un(ji,jj,jk) )
93               zwvw(ji,jj,jk) = ( zww(ji  ,jj+1) + zww(ji,jj) ) * ( vn(ji,jj,jk-1)-vn(ji,jj,jk) )
94            END DO 
95         END DO   
96      END DO
97      DO jj = 2, jpjm1              ! Surface and bottom values set to zero
98         DO ji = fs_2, fs_jpim1           ! vector opt.
99            zwuw(ji,jj, 1:miku(ji,jj) ) = 0._wp
100            zwvw(ji,jj, 1:mikv(ji,jj) ) = 0._wp
101            zwuw(ji,jj,jpk) = 0._wp
102            zwvw(ji,jj,jpk) = 0._wp
103         END DO 
104      END DO
105
106      DO jk = 1, jpkm1              ! Vertical momentum advection at u- and v-points
107         DO jj = 2, jpjm1
108            DO ji = fs_2, fs_jpim1       ! vector opt.
109               !                         ! vertical momentum advective trends
110               zua = - ( zwuw(ji,jj,jk) + zwuw(ji,jj,jk+1) ) / ( e1u(ji,jj) * e2u(ji,jj) * fse3u(ji,jj,jk) )
111               zva = - ( zwvw(ji,jj,jk) + zwvw(ji,jj,jk+1) ) / ( e1v(ji,jj) * e2v(ji,jj) * fse3v(ji,jj,jk) )
112               !                         ! add the trends to the general momentum trends
113               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zua
114               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zva
115            END DO 
116         END DO 
117      END DO
118
119      IF( l_trddyn ) THEN           ! save the vertical advection trends for diagnostic
120         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
121         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
122         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_zad, kt )
123         CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, ztrdu, ztrdv ) 
124      ENDIF
125      !                             ! Control print
126      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' zad  - Ua: ', mask1=umask,   &
127         &                       tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
128      !
129      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zww ) 
130      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zwuw , zwvw ) 
131      !
132      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dyn_zad')
133      !
134   END SUBROUTINE dyn_zad
135
136   SUBROUTINE dyn_zad_zts ( kt )
137      !!----------------------------------------------------------------------
138      !!                  ***  ROUTINE dynzad_zts  ***
139      !!
140      !! ** Purpose :   Compute the now vertical momentum advection trend and
141      !!      add it to the general trend of momentum equation. This version
142      !!      uses sub-timesteps for improved numerical stability with small
143      !!      vertical grid sizes. This is especially relevant when using
144      !!      embedded ice with thin surface boxes.
145      !!
146      !! ** Method  :   The now vertical advection of momentum is given by:
147      !!         w dz(u) = ua + 1/(e1u*e2u*e3u) mk+1[ mi(e1t*e2t*wn) dk(un) ]
148      !!         w dz(v) = va + 1/(e1v*e2v*e3v) mk+1[ mj(e1t*e2t*wn) dk(vn) ]
149      !!      Add this trend to the general trend (ua,va):
150      !!         (ua,va) = (ua,va) + w dz(u,v)
151      !!
152      !! ** Action  : - Update (ua,va) with the vert. momentum adv. trends
153      !!              - Save the trends in (ztrdu,ztrdv) ('key_trddyn')
154      !!----------------------------------------------------------------------
155      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step inedx
156      !
157      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jl  ! dummy loop indices
158      INTEGER  ::   jnzts = 5       ! number of sub-timesteps for vertical advection
159      INTEGER  ::   jtb, jtn, jta   ! sub timestep pointers for leap-frog/euler forward steps
160      REAL(wp) ::   zua, zva        ! temporary scalars
161      REAL(wp) ::   zr_rdt          ! temporary scalar
162      REAL(wp) ::   z2dtzts         ! length of Euler forward sub-timestep for vertical advection
163      REAL(wp) ::   zts             ! length of sub-timestep for vertical advection
164      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  zwuw , zwvw, zww
165      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  ztrdu, ztrdv
166      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:,:) ::  zus , zvs
167      !!----------------------------------------------------------------------
168      !
169      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dyn_zad_zts')
170      !
171      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zwuw , zwvw, zww ) 
172      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,3, zus, zvs ) 
173      !
174      IF( kt == nit000 ) THEN
175         IF(lwp)WRITE(numout,*)
176         IF(lwp)WRITE(numout,*) 'dyn_zad_zts : arakawa advection scheme with sub-timesteps'
177      ENDIF
178
179      IF( l_trddyn )   THEN         ! Save ua and va trends
180         CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, ztrdu, ztrdv ) 
181         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) 
182         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) 
183      ENDIF
184     
185      IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 ) THEN
186          z2dtzts =         rdt / REAL( jnzts, wp )   ! = rdt (restart with Euler time stepping)
187      ELSE
188          z2dtzts = 2._wp * rdt / REAL( jnzts, wp )   ! = 2 rdt (leapfrog)
189      ENDIF
190     
191      DO jk = 2, jpkm1                    ! Calculate and store vertical fluxes
192         DO jj = 2, jpj                   
193            DO ji = fs_2, jpi             ! vector opt.
194               zww(ji,jj,jk) = 0.25_wp * e1t(ji,jj) * e2t(ji,jj) * wn(ji,jj,jk)
195            END DO
196         END DO
197      END DO
198
199      DO jj = 2, jpjm1                    ! Surface and bottom advective fluxes set to zero
200         DO ji = fs_2, fs_jpim1           ! vector opt.
201            zwuw(ji,jj, 1:miku(ji,jj) ) = 0._wp
202            zwvw(ji,jj, 1:mikv(ji,jj) ) = 0._wp
203            zwuw(ji,jj,jpk) = 0._wp
204            zwvw(ji,jj,jpk) = 0._wp
205         END DO 
206      END DO
207
208! Start with before values and use sub timestepping to reach after values
209
210      zus(:,:,:,1) = ub(:,:,:)
211      zvs(:,:,:,1) = vb(:,:,:)
212
213      DO jl = 1, jnzts                   ! Start of sub timestepping loop
214
215         IF( jl == 1 ) THEN              ! Euler forward to kick things off
216           jtb = 1   ;   jtn = 1   ;   jta = 2
217           zts = z2dtzts
218         ELSEIF( jl == 2 ) THEN          ! First leapfrog step
219           jtb = 1   ;   jtn = 2   ;   jta = 3
220           zts = 2._wp * z2dtzts
221         ELSE                            ! Shuffle pointers for subsequent leapfrog steps
222           jtb = MOD(jtb,3) + 1
223           jtn = MOD(jtn,3) + 1
224           jta = MOD(jta,3) + 1
225         ENDIF
226
227         DO jk = 2, jpkm1           ! Vertical momentum advection at level w and u- and v- vertical
228            DO jj = 2, jpjm1                 ! vertical momentum advection at w-point
229               DO ji = fs_2, fs_jpim1        ! vector opt.
230                  zwuw(ji,jj,jk) = ( zww(ji+1,jj  ,jk) + zww(ji,jj,jk) ) * ( zus(ji,jj,jk-1,jtn)-zus(ji,jj,jk,jtn) )
231                  zwvw(ji,jj,jk) = ( zww(ji  ,jj+1,jk) + zww(ji,jj,jk) ) * ( zvs(ji,jj,jk-1,jtn)-zvs(ji,jj,jk,jtn) )
232               END DO 
233            END DO   
234         END DO
235         DO jk = 1, jpkm1           ! Vertical momentum advection at u- and v-points
236            DO jj = 2, jpjm1
237               DO ji = fs_2, fs_jpim1       ! vector opt.
238                  !                         ! vertical momentum advective trends
239                  zua = - ( zwuw(ji,jj,jk) + zwuw(ji,jj,jk+1) ) / ( e1u(ji,jj) * e2u(ji,jj) * fse3u(ji,jj,jk) )
240                  zva = - ( zwvw(ji,jj,jk) + zwvw(ji,jj,jk+1) ) / ( e1v(ji,jj) * e2v(ji,jj) * fse3v(ji,jj,jk) )
241                  zus(ji,jj,jk,jta) = zus(ji,jj,jk,jtb) + zua * zts
242                  zvs(ji,jj,jk,jta) = zvs(ji,jj,jk,jtb) + zva * zts
243               END DO 
244            END DO 
245         END DO
246
247      END DO      ! End of sub timestepping loop
248
249      zr_rdt = 1._wp / ( REAL( jnzts, wp ) * z2dtzts )
250      DO jk = 1, jpkm1              ! Recover trends over the outer timestep
251         DO jj = 2, jpjm1
252            DO ji = fs_2, fs_jpim1       ! vector opt.
253               !                         ! vertical momentum advective trends
254               !                         ! add the trends to the general momentum trends
255               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + ( zus(ji,jj,jk,jta) - ub(ji,jj,jk)) * zr_rdt
256               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + ( zvs(ji,jj,jk,jta) - vb(ji,jj,jk)) * zr_rdt
257            END DO 
258         END DO 
259      END DO
260
261      IF( l_trddyn ) THEN           ! save the vertical advection trends for diagnostic
262         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
263         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
264         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_zad, kt )
265         CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, ztrdu, ztrdv ) 
266      ENDIF
267      !                             ! Control print
268      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' zad  - Ua: ', mask1=umask,   &
269         &                       tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
270      !
271      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zwuw , zwvw, zww ) 
272      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,3, zus, zvs ) 
273      !
274      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dyn_zad_zts')
275      !
276   END SUBROUTINE dyn_zad_zts
277
278   !!======================================================================
279END MODULE dynzad
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.