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ldfdyn_smag.F90 in branches/UKMO/dev_r5518_GO6_package_text_diagnostics/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/LDF – NEMO

source: branches/UKMO/dev_r5518_GO6_package_text_diagnostics/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/LDF/ldfdyn_smag.F90 @ 10892

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Line 
1MODULE ldfdyn_smag
2   !!======================================================================
3   !!                     ***  MODULE  ldftrasmag  ***
4   !! Ocean physics:  variable eddy induced velocity coefficients
5   !!======================================================================
6#if   defined key_dynldf_smag   &&   defined key_dynldf_c3d
7   !!----------------------------------------------------------------------
8   !!   'key_dynldf_smag'      and           smagorinsky  diffusivity
9   !!   'key_dynldf_c3d'                    3D tracer lateral  mixing coef.
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   !!   ldf_eiv      : compute the eddy induced velocity coefficients
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !! * Modules used
14   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
15   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
16   USE sbc_oce         ! surface boundary condition: ocean
17   USE sbcrnf          ! river runoffs
18   USE ldfdyn_oce      ! ocean tracer   lateral physics
19   USE phycst          ! physical constants
20   USE ldfslp          ! iso-neutral slopes
21   USE in_out_manager  ! I/O manager
22   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
23   USE prtctl          ! Print control
24   USE iom
25   USE wrk_nemo
26   IMPLICIT NONE
27   PRIVATE
28
29   !! * Routine accessibility
30   PUBLIC ldf_dyn_smag               ! routine called by step.F90
31   !!----------------------------------------------------------------------
32   !!  OPA 9.0 , LOCEAN-IPSL (2005)
33   !! $Id$
34   !! This software is governed by the CeCILL licence see modipsl/doc/NEMO_CeCILL.txt
35   !!----------------------------------------------------------------------
36   !! * Substitutions
37#  include "domzgr_substitute.h90"
38#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
39   !!----------------------------------------------------------------------
40
41CONTAINS
42
43
44
45
46
47   !!----------------------------------------------------------------------
48   !!                        ***  ldfdyn_smag.F90  ***
49   !!----------------------------------------------------------------------
50
51   !!----------------------------------------------------------------------
52   !!  OPA 9.0 , LOCEAN-IPSL (2005)
53   !! $Id$
54   !! This software is governed by the CeCILL licence see modipsl/doc/NEMO_CeCILL.txt
55   !!----------------------------------------------------------------------
56
57   !!----------------------------------------------------------------------
58   !!   'key_dynldf_smag'             3D lateral eddy viscosity coefficients
59   !!----------------------------------------------------------------------
60
61   SUBROUTINE ldf_dyn_smag( kt )
62      !!----------------------------------------------------------------------
63      !!                  ***  ROUTINE ldf_dyn_smag  ***
64      !!                   
65      !! ** Purpose :   initializations of the horizontal ocean physics
66      !!
67      !! ** Method  :   3D eddy viscosity coef.
68      !!    M.Griffies, R.Hallberg AMS, 2000
69      !! for laplacian:
70      !!   Asmag=(C/pi)^2*dx*dy sqrt(D^2), C=3-4
71      !! for bilaplacian:
72      !!   Bsmag=Asmag*dx*dy/8
73      !!   D^2=(du/dx-dv/dy)^2+(dv/dx+du/dy)^2 for Cartesian coordinates
74      !!  in general case du/dx ==> e2 d(u/e2)/dx;  du/dy ==> e1 d(u/e1)/dy;
75      !!                  dv/dx ==> e2 d(v/e2)/dx;  dv/dy ==> e1 d(v/e1)/dy
76      !!
77      !!       laplacian operator   : ahm1, ahm2 defined at T- and F-points
78      !!                              ahm3, ahm4 never used
79      !!       bilaplacian operator : ahm1, ahm2 never used
80      !!                           :  ahm3, ahm4 defined at U- and V-points
81      !!       explanation of the default is missingi
82      !!  last modified : Maria Luneva, September 2011
83      !!----------------------------------------------------------------------
84      !! * Modules used
85      !! ahm0 here is a background viscosity
86
87      !! * Arguments
88
89      !! * local variables
90
91      INTEGER              :: kt                   ! timestep
92
93      INTEGER  ::   ji, jj, jk                     ! dummy loop indices
94      REAL (wp):: zdeltat,zdeltaf,zdeltau,zdeltav  ! temporary scalars
95      REAL (wp), POINTER, DIMENSION (:,:) ::   zux, zuy , zvx ,zvy, zue1, zue2, zve1, zve2 
96      REAL (wp)::  zcmsmag_1, zcmsmag_2 , zcmsh
97
98
99      !!----------------------------------------------------------------------
100
101      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,zux,zuy,zvx,zvy )
102      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,zue1,zue2,zve1,zve2 )
103
104
105      IF(  kt == nit000 ) THEN
106
107
108         IF(lwp) THEN
109            WRITE(numout,*)
110            WRITE(numout,*) 'ldf_dyn_smag : 3D lateral eddy viscosity coefficient'
111            WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
112            IF(lflush) CALL flush(numout)
113         ENDIF
114
115      ENDIF
116     
117      zcmsmag_1 = rn_cmsmag_1
118      zcmsmag_2 = rn_cmsmag_2
119      zcmsh     = rn_cmsh
120
121   
122
123
124      ! Set ahm1 and ahm2  ( T- and F- points) (used for laplacian operators
125      ! =================                       whatever its orientation is)
126      IF( ln_dynldf_lap ) THEN
127         ! define ahm1 and ahm2 at the right grid point position
128         ! (USER: modify ahm1 and ahm2 following your desiderata)
129         
130         DO jk=1,jpk
131           zue2(:,:)=un(:,:,jk)/e2u(:,:)
132           zve1(:,:)=vn(:,:,jk)/e1v(:,:)
133           zue1(:,:)=un(:,:,jk)/e1u(:,:)
134           zve2(:,:)=vn(:,:,jk)/e2v(:,:)
135
136 
137           DO jj=2,jpj
138            DO ji=2,jpi
139            zux(ji,jj)=(zue2(ji,jj)-zue2(ji-1,jj))/e1t(ji,jj)*e2t(ji,jj)*tmask(ji,jj,jk) * zcmsh
140            zvy(ji,jj)=(zve1(ji,jj)-zve1(ji,jj-1))/e2t(ji,jj)*e1t(ji,jj)*tmask(ji,jj,jk) * zcmsh
141            ENDDO
142           ENDDO
143
144           DO jj=1,jpjm1
145            DO ji=1,jpim1
146            zuy(ji,jj)=(zue1(ji,jj+1)-zue1(ji,jj))/e2f(ji,jj)*e1f(ji,jj)*fmask(ji,jj,jk)
147            zvx(ji,jj)=(zve2(ji+1,jj)-zve2(ji,jj))/e1f(ji,jj)*e2f(ji,jj)*fmask(ji,jj,jk)
148            ENDDO
149           ENDDO
150             
151          DO jj=2,jpjm1
152           DO ji=2,jpim1
153
154            zdeltat=2._wp /(e1t(ji,jj)**(-2)+e2t(ji,jj)**(-2))
155            zdeltaf=2._wp /(e1f(ji,jj)**(-2)+e2f(ji,jj)**(-2))   
156            ahm1(ji,jj,jk)=(zcmsmag_1/rpi)**2*zdeltat*                                         &
157                            sqrt( (zux(ji,jj)-zvy(ji,jj))**2+                                    &
158                     0.0625_wp*(zuy(ji,jj)+zuy(ji,jj-1)+zuy(ji-1,jj)+zuy(ji-1,jj-1)+             &
159                            zvx(ji,jj)+zvx(ji,jj-1)+zvx(ji-1,jj)+zvx(ji-1,jj-1))**2)
160
161            ahm2(ji,jj,jk)=(zcmsmag_1/rpi)**2*zdeltaf*                                         &
162                            sqrt( (zuy(ji,jj)+zvx(ji,jj))**2+                                    &
163                     0.0625_wp*(zux(ji,jj)+zux(ji,jj+1)+zux(ji+1,jj)+zux(ji+1,jj+1)-             &
164                             zvy(ji,jj)-zvy(ji,jj+1)-zvy(ji+1,jj)-zvy(ji+1,jj+1))**2)
165
166            ahm1(ji,jj,jk)=MAX(ahm1(ji,jj,jk),rn_ahm_0_lap)
167            ahm2(ji,jj,jk)=MAX(ahm2(ji,jj,jk),rn_ahm_0_lap)
168
169! stability criteria or upper limit set from namelist
170            ahm1(ji,jj,jk)=MIN(ahm1(ji,jj,jk),zdeltat / (16_wp*rdt),rn_ahm_m_lap)
171            ahm2(ji,jj,jk)=MIN(ahm2(ji,jj,jk),zdeltaf / (16_wp*rdt),rn_ahm_m_lap)
172
173            ENDDO
174           ENDDO
175
176         ENDDO ! jpk
177
178         ahm1(:,:,jpk) = ahm1(:,:,jpkm1)
179         ahm2(:,:,jpk) = ahm2(:,:,jpkm1)
180
181         IF(lwp.and.kt==nit000) THEN
182            WRITE(numout,'(36x," ahm ", 7x)') 
183            IF(lflush) CALL flush(numout)
184         ENDIF
185
186         IF(lwp.and.kt==nit000) THEN
187            DO jk = 1, jpk
188               WRITE(numout,'(30x,E10.2,8x,i3)') ahm1(jpi/2,jpj/2,jk), jk
189            END DO
190            IF(lflush) CALL flush(numout)
191         ENDIF
192
193      CALL lbc_lnk( ahm1, 'T', 1. )   ! Lateral boundary conditions on ( ahtt )
194      CALL lbc_lnk( ahm2, 'F', 1. )   ! Lateral boundary conditions on ( ahtt )
195
196      ENDIF    ! ln_dynldf_lap
197     
198
199
200      ! ahm3 and ahm4 at U- and V-points (used for bilaplacian operator
201      ! ================================  whatever its orientation is)
202      ! Here: ahm is proportional to the cube of the maximum of the grid spacing
203      !       in the to horizontal direction
204
205      IF( ln_dynldf_bilap ) THEN
206         DO jk=1,jpk
207           zue2(:,:) = un(:,:,jk)/e2u(:,:)
208           zve1(:,:) = vn(:,:,jk)/e1v(:,:)
209           zue1(:,:) = un(:,:,jk)/e1u(:,:)
210           zve2(:,:) = vn(:,:,jk)/e2v(:,:)
211
212
213           DO jj=2,jpj
214            DO ji=2,jpi
215            zux(ji,jj) = (zue2(ji,jj)-zue2(ji-1,jj))/e1t(ji,jj)*e2t(ji,jj)*tmask(ji,jj,jk)
216            zvy(ji,jj) = (zve1(ji,jj)-zve1(ji,jj-1))/e2t(ji,jj)*e1t(ji,jj)*tmask(ji,jj,jk)
217            ENDDO
218           ENDDO
219
220           DO jj=1,jpjm1
221            DO ji=1,jpim1
222            zuy(ji,jj) = (zue1(ji,jj+1)-zue1(ji,jj))/e2f(ji,jj)*e1f(ji,jj)*fmask(ji,jj,jk)
223            zvx(ji,jj) = (zve2(ji+1,jj)-zve2(ji,jj))/e1f(ji,jj)*e2f(ji,jj)*fmask(ji,jj,jk)
224            ENDDO
225           ENDDO
226
227
228          DO jj=2,jpjm1
229           DO ji=2,jpim1
230            zdeltau = 2._wp/(e1u(ji,jj)**(-2)+e2u(ji,jj)**(-2))
231            zdeltav = 2._wp/(e1v(ji,jj)**(-2)+e2v(ji,jj)**(-2))
232
233            ahm3(ji,jj,jk) = -(zcmsmag_2/rpi)**2/8.0_wp*zdeltau**2*                          &
234
235                         sqrt(0.25_wp*(zux(ji,jj)+zux(ji+1,jj)-zvy(ji,jj)-zvy(ji+1,jj))**2+    &
236                              0.25_wp*(zuy(ji,jj)+zuy(ji,jj-1)+zvx(ji,jj)+zvx(ji,jj-1))**2)
237
238            ahm4(ji,jj,jk) = -(zcmsmag_2/rpi)**2/8.0_wp*zdeltav**2*                           &
239
240                         sqrt(0.25_wp*(zux(ji,jj)+zux(ji,jj+1)-zvy(ji,jj)-zvy(ji,jj+1))**2+    &
241                              0.25_wp*(zuy(ji,jj)+zuy(ji-1,jj)+zvx(ji-1,jj)+zvx(ji,jj))**2)
242
243            ahm3(ji,jj,jk) = MIN (rn_ahm_0_blp , ahm3(ji,jj,jk) )
244            ahm4(ji,jj,jk) = MIN (rn_ahm_0_blp , ahm4(ji,jj,jk) ) 
245
246! stability criteria or upper limit set in namelist
247
248            ahm3(ji,jj,jk) = MAX( ahm3(ji,jj,jk),-zdeltau**2/( 128._wp*rdt ),rn_ahm_m_blp )
249            ahm4(ji,jj,jk) = MAX( ahm4(ji,jj,jk),-zdeltav**2/( 128._wp*rdt ),rn_ahm_m_blp )
250           
251
252            ENDDO
253           ENDDO
254
255         ENDDO
256            ahm3(:,:,jpk) = ahm3(:,:,jpkm1)
257            ahm4(:,:,jpk) = ahm4(:,:,jpkm1)
258
259      IF(  kt == nit000 .AND. lwp) THEN
260         DO jk = 1, jpk
261               WRITE(numout,'(30x,E10.2,8x,i3)') ahm3(jpi/2,jpj/2,jk), jk
262               IF(lflush) CALL flush(numout)
263         END DO
264      ENDIF   
265
266      CALL lbc_lnk( ahm3, 'U', 1. )   ! Lateral boundary conditions
267      CALL lbc_lnk( ahm4, 'V', 1. )
268   ENDIF
269
270      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,zux,zuy,zvx,zvy )
271      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,zue1,zue2,zve1,zve2 )
272   !    zumax = MAXVAL( ABS( ahm3(:,:,:) ) )                ! slower than the following loop on NEC SX5
273      zdeltat = 0._wp
274   If(ln_dynldf_lap)THEN
275      DO jk = 1, jpk
276         DO jj = 1, jpj
277            DO ji = 1, jpi
278               zdeltat = MAX(zdeltat,ABS(ahm1(ji,jj,jk)),ABS(ahm2(ji,jj,jk)) )
279          END DO
280        END DO
281      END DO
282      IF( lk_mpp )   CALL mpp_max( zdeltat )                 ! max over the global domain
283      !
284      IF( MOD( kt, nwrite ) == 1 .AND. lwp )  THEN
285         WRITE(numout,*) ' ==>> time-step= ',kt,'dynlap:  abs(ahm) max: ', zdeltat
286         IF(lflush) CALL flush(numout)
287      ENDIF
288    ENDIF
289    If(ln_dynldf_bilap)THEN
290     zdeltat = 0._wp
291      DO jk = 1, jpk
292         DO jj = 1, jpj
293            DO ji = 1, jpi
294               zdeltat = MAX(zdeltat,ABS(ahm3(ji,jj,jk)),ABS(ahm3(ji,jj,jk)) )
295          END DO
296        END DO
297      END DO
298      IF( lk_mpp )   CALL mpp_max( zdeltat )                 ! max over the global domain
299      !
300      IF( MOD( kt, nwrite ) == 1 .AND. lwp )  THEN
301         WRITE(numout,*) ' ==>> time-step= ',kt,'dyn_bilap abs(ahm) max: ', zdeltat
302         IF(lflush) CALL flush(numout)
303      ENDIF
304      !
305   ENDIF
306      !
307
308END SUBROUTINE ldf_dyn_smag
309#else
310   !!----------------------------------------------------------------------
311   !!   Default option                                         Dummy module
312   !!----------------------------------------------------------------------
313CONTAINS
314   SUBROUTINE ldf_dyn_smag( kt )       ! Empty routine
315   IMPLICIT NONE
316      INTEGER :: kt                    ! timestep   
317      WRITE(*,*) 'ldf_dyn_smag: You should not have seen this print! error? check keys ldf:c3d+smag', kt
318   END SUBROUTINE ldf_dyn_smag
319#endif
320
321   END MODULE ldfdyn_smag
322
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.