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/UKMO/dev_r8600_nn_etau_options/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/ZDF – NEMO

source: branches/UKMO/dev_r8600_nn_etau_options/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/ZDF/zdftke.F90 @ 8875

Last change on this file since 8875 was 8875, checked in by davestorkey, 6 years ago

UKMO/dev_r8600_nn_etau_options branch: remove SVN keywords.

File size: 47.3 KB
RevLine 
[1531]1MODULE zdftke
[1239]2   !!======================================================================
[1531]3   !!                       ***  MODULE  zdftke  ***
[1239]4   !! Ocean physics:  vertical mixing coefficient computed from the tke
5   !!                 turbulent closure parameterization
6   !!=====================================================================
[1492]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
[2528]27   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
[5120]28   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) add ice shelf capability
[1239]29   !!----------------------------------------------------------------------
[5836]30#if defined key_zdftke
[1239]31   !!----------------------------------------------------------------------
[1531]32   !!   'key_zdftke'                                   TKE vertical physics
[1239]33   !!----------------------------------------------------------------------
[3625]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
[1239]39   !!----------------------------------------------------------------------
[2528]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
[1492]44   USE sbc_oce        ! surface boundary condition: ocean
[2528]45   USE zdf_oce        ! vertical physics: ocean variables
46   USE zdfmxl         ! vertical physics: mixed layer
[1492]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
[2715]51   USE lib_mpp        ! MPP library
[3294]52   USE wrk_nemo       ! work arrays
53   USE timing         ! Timing
[3625]54   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
[5656]55#if defined key_agrif
56   USE agrif_opa_interp
57   USE agrif_opa_update
58#endif
[1239]59
60   IMPLICIT NONE
61   PRIVATE
62
[2528]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
[1239]66
[2715]67   LOGICAL , PUBLIC, PARAMETER ::   lk_zdftke = .TRUE.  !: TKE vertical mixing flag
[1239]68
[4147]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
[1239]85
[4147]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]
[2528]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)
[1239]90
[2715]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
[5656]93   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   apdlr          ! now mixing lenght of dissipation
[2715]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
[1492]99
[1239]100   !! * Substitutions
101#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
102   !!----------------------------------------------------------------------
[5836]103   !! NEMO/OPA 3.7 , NEMO Consortium (2015)
[2528]104   !! $Id$
105   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
[1239]106   !!----------------------------------------------------------------------
107CONTAINS
108
[2715]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
[5836]118         &      htau  (jpi,jpj)    , dissl(jpi,jpj,jpk) ,     & 
119         &      apdlr(jpi,jpj,jpk) ,                                           STAT= zdf_tke_alloc      )
[2715]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
[1531]127   SUBROUTINE zdf_tke( kt )
[1239]128      !!----------------------------------------------------------------------
[1531]129      !!                   ***  ROUTINE zdf_tke  ***
[1239]130      !!
131      !! ** Purpose :   Compute the vertical eddy viscosity and diffusivity
[1492]132      !!              coefficients using a turbulent closure scheme (TKE).
[1239]133      !!
[1492]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
[1239]140      !!      with the boundary conditions:
[1695]141      !!         surface: en = max( rn_emin0, rn_ebb * taum )
[1239]142      !!         bottom : en = rn_emin
[1492]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                 ) 
[1239]159      !!              eav = max( avmb, avm )
[1492]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
[1239]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
[1492]170      !!              Bruchard OM 2002
[1239]171      !!----------------------------------------------------------------------
[1492]172      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time step
173      !!----------------------------------------------------------------------
[1481]174      !
[5656]175#if defined key_agrif 
176      ! interpolation parent grid => child grid for avm_k ( ex : at west border: update column 1 and 2)
177      IF( .NOT.Agrif_Root() )   CALL Agrif_Tke
178#endif
179      !
[3632]180      IF( kt /= nit000 ) THEN   ! restore before value to compute tke
[7753]181         avt (:,:,:) = avt_k (:,:,:) 
182         avm (:,:,:) = avm_k (:,:,:) 
183         avmu(:,:,:) = avmu_k(:,:,:) 
184         avmv(:,:,:) = avmv_k(:,:,:) 
[3632]185      ENDIF 
186      !
[2528]187      CALL tke_tke      ! now tke (en)
[1492]188      !
[2528]189      CALL tke_avn      ! now avt, avm, avmu, avmv
190      !
[7753]191      avt_k (:,:,:) = avt (:,:,:) 
192      avm_k (:,:,:) = avm (:,:,:) 
193      avmu_k(:,:,:) = avmu(:,:,:) 
194      avmv_k(:,:,:) = avmv(:,:,:) 
[3632]195      !
[5656]196#if defined key_agrif
197      ! Update child grid f => parent grid
198      IF( .NOT.Agrif_Root() )   CALL Agrif_Update_Tke( kt )      ! children only
199#endif     
200     !
201  END SUBROUTINE zdf_tke
[1239]202
[1492]203
[1481]204   SUBROUTINE tke_tke
[1239]205      !!----------------------------------------------------------------------
[1492]206      !!                   ***  ROUTINE tke_tke  ***
207      !!
208      !! ** Purpose :   Compute the now Turbulente Kinetic Energy (TKE)
209      !!
210      !! ** Method  : - TKE surface boundary condition
[2528]211      !!              - source term due to Langmuir cells (Axell JGR 2002) (ln_lc=T)
[1492]212      !!              - source term due to shear (saved in avmu, avmv arrays)
213      !!              - Now TKE : resolution of the TKE equation by inverting
214      !!                a tridiagonal linear system by a "methode de chasse"
215      !!              - increase TKE due to surface and internal wave breaking
216      !!
217      !! ** Action  : - en : now turbulent kinetic energy)
218      !!              - avmu, avmv : production of TKE by shear at u and v-points
219      !!                (= Kz dz[Ub] * dz[Un] )
[1239]220      !! ---------------------------------------------------------------------
[1705]221      INTEGER  ::   ji, jj, jk                      ! dummy loop arguments
[2528]222!!bfr      INTEGER  ::   ikbu, ikbv, ikbum1, ikbvm1      ! temporary scalar
223!!bfr      INTEGER  ::   ikbt, ikbumm1, ikbvmm1          ! temporary scalar
[1705]224      REAL(wp) ::   zrhoa  = 1.22                   ! Air density kg/m3
225      REAL(wp) ::   zcdrag = 1.5e-3                 ! drag coefficient
226      REAL(wp) ::   zbbrau, zesh2                   ! temporary scalars
227      REAL(wp) ::   zfact1, zfact2, zfact3          !    -         -
228      REAL(wp) ::   ztx2  , zty2  , zcof            !    -         -
229      REAL(wp) ::   ztau  , zdif                    !    -         -
230      REAL(wp) ::   zus   , zwlc  , zind            !    -         -
231      REAL(wp) ::   zzd_up, zzd_lw                  !    -         -
[2528]232!!bfr      REAL(wp) ::   zebot                           !    -         -
[5836]233      INTEGER , POINTER, DIMENSION(:,:  ) ::   imlc
234      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) ::   zhlc
235      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zpelc, zdiag, zd_up, zd_lw, z3du, z3dv
[5656]236      REAL(wp)                            ::   zri  !   local Richardson number
[1239]237      !!--------------------------------------------------------------------
[1492]238      !
[3294]239      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('tke_tke')
240      !
[5836]241      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,       imlc )    ! integer
242      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,       zhlc ) 
243      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   zpelc, zdiag, zd_up, zd_lw, z3du, z3dv ) 
[3294]244      !
[1695]245      zbbrau = rn_ebb / rau0       ! Local constant initialisation
[2528]246      zfact1 = -.5_wp * rdt 
247      zfact2 = 1.5_wp * rdt * rn_ediss
248      zfact3 = 0.5_wp       * rn_ediss
[1492]249      !
[5120]250      !
[1492]251      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
252      !                     !  Surface boundary condition on tke
253      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[5120]254      IF ( ln_isfcav ) THEN
255         DO jj = 2, jpjm1            ! en(mikt(ji,jj))   = rn_emin
256            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[5836]257               en(ji,jj,mikt(ji,jj)) = rn_emin * tmask(ji,jj,1)
[5120]258            END DO
259         END DO
260      END IF
[1695]261      DO jj = 2, jpjm1            ! en(1)   = rn_ebb taum / rau0  (min value rn_emin0)
[1481]262         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[5120]263            en(ji,jj,1) = MAX( rn_emin0, zbbrau * taum(ji,jj) ) * tmask(ji,jj,1)
[1481]264         END DO
265      END DO
[2528]266     
267!!bfr   - start commented area
[1492]268      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
269      !                     !  Bottom boundary condition on tke
270      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[1719]271      !
272      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
273      ! Tests to date have found the bottom boundary condition on tke to have very little effect.
274      ! The condition is coded here for completion but commented out until there is proof that the
275      ! computational cost is justified
276      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
277      !                     en(bot)   = (rn_ebb0/rau0)*0.5*sqrt(u_botfr^2+v_botfr^2) (min value rn_emin)
278!!    DO jj = 2, jpjm1
279!!       DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[2528]280!!          ztx2 = bfrua(ji-1,jj) * ub(ji-1,jj,mbku(ji-1,jj)) + &
281!!                 bfrua(ji  ,jj) * ub(ji  ,jj,mbku(ji  ,jj) )
282!!          zty2 = bfrva(ji,jj  ) * vb(ji,jj  ,mbkv(ji,jj  )) + &
283!!                 bfrva(ji,jj-1) * vb(ji,jj-1,mbkv(ji,jj-1) )
[1719]284!!          zebot = 0.001875_wp * SQRT( ztx2 * ztx2 + zty2 * zty2 )   !  where 0.001875 = (rn_ebb0/rau0) * 0.5 = 3.75*0.5/1000.
[2528]285!!          en (ji,jj,mbkt(ji,jj)+1) = MAX( zebot, rn_emin ) * tmask(ji,jj,1)
[1719]286!!       END DO
287!!    END DO
[2528]288!!bfr   - end commented area
[1492]289      !
290      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[2528]291      IF( ln_lc ) THEN      !  Langmuir circulation source term added to tke       (Axell JGR 2002)
[1492]292         !                  !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
[1239]293         !
[1492]294         !                        !* total energy produce by LC : cumulative sum over jk
[7753]295         zpelc(:,:,1) =  MAX( rn2b(:,:,1), 0._wp ) * gdepw_n(:,:,1) * e3w_n(:,:,1)
[1239]296         DO jk = 2, jpk
[7753]297            zpelc(:,:,jk)  = zpelc(:,:,jk-1) + MAX( rn2b(:,:,jk), 0._wp ) * gdepw_n(:,:,jk) * e3w_n(:,:,jk)
[1239]298         END DO
[1492]299         !                        !* finite Langmuir Circulation depth
[1705]300         zcof = 0.5 * 0.016 * 0.016 / ( zrhoa * zcdrag )
[7753]301         imlc(:,:) = mbkt(:,:) + 1       ! Initialization to the number of w ocean point (=2 over land)
[1239]302         DO jk = jpkm1, 2, -1
[1492]303            DO jj = 1, jpj               ! Last w-level at which zpelc>=0.5*us*us
304               DO ji = 1, jpi            !      with us=0.016*wind(starting from jpk-1)
[1705]305                  zus  = zcof * taum(ji,jj)
[1239]306                  IF( zpelc(ji,jj,jk) > zus )   imlc(ji,jj) = jk
307               END DO
308            END DO
309         END DO
[1492]310         !                               ! finite LC depth
311         DO jj = 1, jpj 
[1239]312            DO ji = 1, jpi
[6140]313               zhlc(ji,jj) = gdepw_n(ji,jj,imlc(ji,jj))
[1239]314            END DO
315         END DO
[1705]316         zcof = 0.016 / SQRT( zrhoa * zcdrag )
[1492]317         DO jk = 2, jpkm1         !* TKE Langmuir circulation source term added to en
[1239]318            DO jj = 2, jpjm1
319               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[1705]320                  zus  = zcof * SQRT( taum(ji,jj) )           ! Stokes drift
[1492]321                  !                                           ! vertical velocity due to LC
[6140]322                  zind = 0.5 - SIGN( 0.5, gdepw_n(ji,jj,jk) - zhlc(ji,jj) )
323                  zwlc = zind * rn_lc * zus * SIN( rpi * gdepw_n(ji,jj,jk) / zhlc(ji,jj) )
[1492]324                  !                                           ! TKE Langmuir circulation source term
[7813]325                  en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rdt * MAX(0.,1._wp - 2.*fr_i(ji,jj) ) * ( zwlc * zwlc * zwlc )   &
[6497]326                     &                              / zhlc(ji,jj) * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
[1239]327               END DO
328            END DO
329         END DO
330         !
331      ENDIF
[1492]332      !
333      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
334      !                     !  Now Turbulent kinetic energy (output in en)
335      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
336      !                     ! Resolution of a tridiagonal linear system by a "methode de chasse"
337      !                     ! computation from level 2 to jpkm1  (e(1) already computed and e(jpk)=0 ).
338      !                     ! zdiag : diagonal zd_up : upper diagonal zd_lw : lower diagonal
339      !
340      DO jk = 2, jpkm1           !* Shear production at uw- and vw-points (energy conserving form)
[5656]341         DO jj = 1, jpjm1
342            DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
343               z3du(ji,jj,jk) = 0.5 * ( avm(ji,jj,jk  ) + avm(ji+1,jj,jk) )   &
344                  &                 * (  un(ji,jj,jk-1) -  un(ji  ,jj,jk) )   &
[5803]345                  &                 * (  ub(ji,jj,jk-1) -  ub(ji  ,jj,jk) ) * wumask(ji,jj,jk) &
[6140]346                  &                 / (  e3uw_n(ji,jj,jk) * e3uw_b(ji,jj,jk) )
[5656]347               z3dv(ji,jj,jk) = 0.5 * ( avm(ji,jj,jk  ) + avm(ji,jj+1,jk) )   &
348                  &                 * (  vn(ji,jj,jk-1) -  vn(ji,jj  ,jk) )   &
[5803]349                  &                 * (  vb(ji,jj,jk-1) -  vb(ji,jj  ,jk) ) * wvmask(ji,jj,jk) &
[6140]350                  &                 / (  e3vw_n(ji,jj,jk) * e3vw_b(ji,jj,jk) )
[1492]351            END DO
352         END DO
353      END DO
354      !
[5656]355      IF( nn_pdl == 1 ) THEN      !* Prandtl number case: compute apdlr
356         ! Note that zesh2 is also computed in the next loop.
357         ! We decided to compute it twice to keep code readability and avoid an IF case in the DO loops
358         DO jk = 2, jpkm1
359            DO jj = 2, jpjm1
360               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
361                  !                                          ! shear prod. at w-point weightened by mask
362                  zesh2  =  ( z3du(ji-1,jj,jk) + z3du(ji,jj,jk) ) / MAX( 1._wp , umask(ji-1,jj,jk) + umask(ji,jj,jk) )   &
363                     &    + ( z3dv(ji,jj-1,jk) + z3dv(ji,jj,jk) ) / MAX( 1._wp , vmask(ji,jj-1,jk) + vmask(ji,jj,jk) )   
364                  !                                          ! local Richardson number
365                  zri   = MAX( rn2b(ji,jj,jk), 0._wp ) * avm(ji,jj,jk) / ( zesh2 + rn_bshear )
366                  apdlr(ji,jj,jk) = MAX(  0.1_wp,  ri_cri / MAX( ri_cri , zri )  )
367                 
368               END DO
369            END DO
370         END DO
371         !
372      ENDIF
[5836]373      !         
[5120]374      DO jk = 2, jpkm1           !* Matrix and right hand side in en
375         DO jj = 2, jpjm1
376            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[1492]377               zcof   = zfact1 * tmask(ji,jj,jk)
[6497]378# if defined key_zdftmx_new
379               ! key_zdftmx_new: New internal wave-driven param: set a minimum value for Kz on TKE (ensure numerical stability)
380               zzd_up = zcof * MAX( avm(ji,jj,jk+1) + avm(ji,jj,jk), 2.e-5_wp )   &  ! upper diagonal
381                  &          / (  e3t_n(ji,jj,jk  ) * e3w_n(ji,jj,jk  )  )
382               zzd_lw = zcof * MAX( avm(ji,jj,jk) + avm(ji,jj,jk-1), 2.e-5_wp )   &  ! lower diagonal
383                  &          / (  e3t_n(ji,jj,jk-1) * e3w_n(ji,jj,jk  )  )
384# else
[1492]385               zzd_up = zcof * ( avm  (ji,jj,jk+1) + avm  (ji,jj,jk  ) )   &  ! upper diagonal
[6140]386                  &          / ( e3t_n(ji,jj,jk  ) * e3w_n(ji,jj,jk  ) )
[1492]387               zzd_lw = zcof * ( avm  (ji,jj,jk  ) + avm  (ji,jj,jk-1) )   &  ! lower diagonal
[6140]388                  &          / ( e3t_n(ji,jj,jk-1) * e3w_n(ji,jj,jk  ) )
[6497]389# endif
[5656]390               !                                   ! shear prod. at w-point weightened by mask
391               zesh2  =  ( z3du(ji-1,jj,jk) + z3du(ji,jj,jk) ) / MAX( 1._wp , umask(ji-1,jj,jk) + umask(ji,jj,jk) )   &
392                  &    + ( z3dv(ji,jj-1,jk) + z3dv(ji,jj,jk) ) / MAX( 1._wp , vmask(ji,jj-1,jk) + vmask(ji,jj,jk) )   
393               !
[1492]394               zd_up(ji,jj,jk) = zzd_up            ! Matrix (zdiag, zd_up, zd_lw)
395               zd_lw(ji,jj,jk) = zzd_lw
[2528]396               zdiag(ji,jj,jk) = 1._wp - zzd_lw - zzd_up + zfact2 * dissl(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk)
[1239]397               !
[1492]398               !                                   ! right hand side in en
[1481]399               en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rdt * (  zesh2  -   avt(ji,jj,jk) * rn2(ji,jj,jk)    &
[4990]400                  &                                 + zfact3 * dissl(ji,jj,jk) * en (ji,jj,jk)  ) &
[5120]401                  &                                 * wmask(ji,jj,jk)
[1239]402            END DO
[5120]403         END DO
404      END DO
405      !                          !* Matrix inversion from level 2 (tke prescribed at level 1)
406      DO jk = 3, jpkm1                             ! First recurrence : Dk = Dk - Lk * Uk-1 / Dk-1
407         DO jj = 2, jpjm1
408            DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vector opt.
[1492]409               zdiag(ji,jj,jk) = zdiag(ji,jj,jk) - zd_lw(ji,jj,jk) * zd_up(ji,jj,jk-1) / zdiag(ji,jj,jk-1)
[1239]410            END DO
[5120]411         END DO
412      END DO
[5836]413      DO jj = 2, jpjm1                             ! Second recurrence : Lk = RHSk - Lk / Dk-1 * Lk-1
[5120]414         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
415            zd_lw(ji,jj,2) = en(ji,jj,2) - zd_lw(ji,jj,2) * en(ji,jj,1)    ! Surface boudary conditions on tke
416         END DO
417      END DO
418      DO jk = 3, jpkm1
419         DO jj = 2, jpjm1
420            DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vector opt.
[1492]421               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)
[1239]422            END DO
[5120]423         END DO
424      END DO
[5836]425      DO jj = 2, jpjm1                             ! thrid recurrence : Ek = ( Lk - Uk * Ek+1 ) / Dk
[5120]426         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[1492]427            en(ji,jj,jpkm1) = zd_lw(ji,jj,jpkm1) / zdiag(ji,jj,jpkm1)
[5120]428         END DO
429      END DO
430      DO jk = jpk-2, 2, -1
431         DO jj = 2, jpjm1
432            DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vector opt.
[1492]433               en(ji,jj,jk) = ( zd_lw(ji,jj,jk) - zd_up(ji,jj,jk) * en(ji,jj,jk+1) ) / zdiag(ji,jj,jk)
[1239]434            END DO
[5120]435         END DO
436      END DO
437      DO jk = 2, jpkm1                             ! set the minimum value of tke
438         DO jj = 2, jpjm1
439            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
440               en(ji,jj,jk) = MAX( en(ji,jj,jk), rn_emin ) * wmask(ji,jj,jk)
[1239]441            END DO
442         END DO
443      END DO
444
[1492]445      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
446      !                            !  TKE due to surface and internal wave breaking
447      !                            !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
[6140]448!!gm BUG : in the exp  remove the depth of ssh !!!
449     
450     
[2528]451      IF( nn_etau == 1 ) THEN           !* penetration below the mixed layer (rn_efr fraction)
[1492]452         DO jk = 2, jpkm1
[1239]453            DO jj = 2, jpjm1
454               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]455                  en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rn_efr * en(ji,jj,1) * EXP( -gdepw_n(ji,jj,jk) / htau(ji,jj) )   &
[7813]456                     &                                 * MAX(0.,1._wp - 2.*fr_i(ji,jj) )  * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
[1239]457               END DO
458            END DO
[1492]459         END DO
[2528]460      ELSEIF( nn_etau == 2 ) THEN       !* act only at the base of the mixed layer (jk=nmln)  (rn_efr fraction)
[1492]461         DO jj = 2, jpjm1
462            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
463               jk = nmln(ji,jj)
[6140]464               en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + rn_efr * en(ji,jj,1) * EXP( -gdepw_n(ji,jj,jk) / htau(ji,jj) )   &
[7813]465                  &                                 * MAX(0.,1._wp - 2.*fr_i(ji,jj) )  * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
[1239]466            END DO
[1492]467         END DO
[2528]468      ELSEIF( nn_etau == 3 ) THEN       !* penetration belox the mixed layer (HF variability)
[1705]469         DO jk = 2, jpkm1
470            DO jj = 2, jpjm1
471               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
472                  ztx2 = utau(ji-1,jj  ) + utau(ji,jj)
473                  zty2 = vtau(ji  ,jj-1) + vtau(ji,jj)
[4990]474                  ztau = 0.5_wp * SQRT( ztx2 * ztx2 + zty2 * zty2 ) * tmask(ji,jj,1)    ! module of the mean stress
[2528]475                  zdif = taum(ji,jj) - ztau                            ! mean of modulus - modulus of the mean
476                  zdif = rhftau_scl * MAX( 0._wp, zdif + rhftau_add )  ! apply some modifications...
[6140]477                  en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + zbbrau * zdif * EXP( -gdepw_n(ji,jj,jk) / htau(ji,jj) )   &
[7813]478                     &                        * MAX(0.,1._wp - 2.*fr_i(ji,jj) ) * wmask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
[1705]479               END DO
480            END DO
481         END DO
[1239]482      ENDIF
[1492]483      CALL lbc_lnk( en, 'W', 1. )      ! Lateral boundary conditions (sign unchanged)
484      !
[5836]485      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,       imlc )    ! integer
486      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,       zhlc ) 
487      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   zpelc, zdiag, zd_up, zd_lw, z3du, z3dv ) 
[2715]488      !
[3294]489      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('tke_tke')
490      !
[1239]491   END SUBROUTINE tke_tke
492
[1492]493
494   SUBROUTINE tke_avn
[1239]495      !!----------------------------------------------------------------------
[1492]496      !!                   ***  ROUTINE tke_avn  ***
[1239]497      !!
[1492]498      !! ** Purpose :   Compute the vertical eddy viscosity and diffusivity
499      !!
500      !! ** Method  :   At this stage, en, the now TKE, is known (computed in
501      !!              the tke_tke routine). First, the now mixing lenth is
502      !!      computed from en and the strafification (N^2), then the mixings
503      !!      coefficients are computed.
504      !!              - Mixing length : a first evaluation of the mixing lengh
505      !!      scales is:
506      !!                      mxl = sqrt(2*en) / N 
507      !!      where N is the brunt-vaisala frequency, with a minimum value set
[2528]508      !!      to rmxl_min (rn_mxl0) in the interior (surface) ocean.
[1492]509      !!        The mixing and dissipative length scale are bound as follow :
510      !!         nn_mxl=0 : mxl bounded by the distance to surface and bottom.
511      !!                        zmxld = zmxlm = mxl
512      !!         nn_mxl=1 : mxl bounded by the e3w and zmxld = zmxlm = mxl
513      !!         nn_mxl=2 : mxl bounded such that the vertical derivative of mxl is
514      !!                    less than 1 (|d/dz(mxl)|<1) and zmxld = zmxlm = mxl
515      !!         nn_mxl=3 : mxl is bounded from the surface to the bottom usings
516      !!                    |d/dz(xml)|<1 to obtain lup, and from the bottom to
517      !!                    the surface to obtain ldown. the resulting length
518      !!                    scales are:
519      !!                        zmxld = sqrt( lup * ldown )
520      !!                        zmxlm = min ( lup , ldown )
521      !!              - Vertical eddy viscosity and diffusivity:
522      !!                      avm = max( avtb, rn_ediff * zmxlm * en^1/2 )
523      !!                      avt = max( avmb, pdlr * avm ) 
524      !!      with pdlr=1 if nn_pdl=0, pdlr=1/pdl=F(Ri) otherwise.
525      !!
526      !! ** Action  : - avt : now vertical eddy diffusivity (w-point)
527      !!              - avmu, avmv : now vertical eddy viscosity at uw- and vw-points
[1239]528      !!----------------------------------------------------------------------
[2715]529      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
530      REAL(wp) ::   zrn2, zraug, zcoef, zav     ! local scalars
[5836]531      REAL(wp) ::   zdku, zri, zsqen            !   -      -
[2715]532      REAL(wp) ::   zdkv, zemxl, zemlm, zemlp   !   -      -
[3294]533      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) :: zmpdl, zmxlm, zmxld
[1239]534      !!--------------------------------------------------------------------
[3294]535      !
536      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('tke_avn')
[1239]537
[3294]538      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zmpdl, zmxlm, zmxld ) 
539
[1492]540      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
541      !                     !  Mixing length
542      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
543      !
544      !                     !* Buoyancy length scale: l=sqrt(2*e/n**2)
545      !
[5120]546      ! initialisation of interior minimum value (avoid a 2d loop with mikt)
[7753]547      zmxlm(:,:,:)  = rmxl_min   
548      zmxld(:,:,:)  = rmxl_min
[5120]549      !
[2528]550      IF( ln_mxl0 ) THEN            ! surface mixing length = F(stress) : l=vkarmn*2.e5*taum/(rau0*g)
[4990]551         DO jj = 2, jpjm1
552            DO ji = fs_2, fs_jpim1
[5120]553               zraug = vkarmn * 2.e5_wp / ( rau0 * grav )
554               zmxlm(ji,jj,1) = MAX( rn_mxl0, zraug * taum(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) )
[4990]555            END DO
556         END DO
557      ELSE
[7753]558         zmxlm(:,:,1) = rn_mxl0
[1239]559      ENDIF
560      !
[5120]561      DO jk = 2, jpkm1              ! interior value : l=sqrt(2*e/n^2)
562         DO jj = 2, jpjm1
563            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[1239]564               zrn2 = MAX( rn2(ji,jj,jk), rsmall )
[5836]565               zmxlm(ji,jj,jk) = MAX(  rmxl_min,  SQRT( 2._wp * en(ji,jj,jk) / zrn2 )  )
[1239]566            END DO
567         END DO
568      END DO
[1492]569      !
570      !                     !* Physical limits for the mixing length
571      !
[7753]572      zmxld(:,:, 1 ) = zmxlm(:,:,1)   ! surface set to the minimum value
573      zmxld(:,:,jpk) = rmxl_min       ! last level  set to the minimum value
[1492]574      !
[1239]575      SELECT CASE ( nn_mxl )
576      !
[5836]577 !!gm Not sure of that coding for ISF....
[6140]578      ! where wmask = 0 set zmxlm == e3w_n
[1239]579      CASE ( 0 )           ! bounded by the distance to surface and bottom
[5120]580         DO jk = 2, jpkm1
581            DO jj = 2, jpjm1
582               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]583                  zemxl = MIN( gdepw_n(ji,jj,jk) - gdepw_n(ji,jj,mikt(ji,jj)), zmxlm(ji,jj,jk),   &
584                  &            gdepw_n(ji,jj,mbkt(ji,jj)+1) - gdepw_n(ji,jj,jk) )
[5120]585                  ! wmask prevent zmxlm = 0 if jk = mikt(ji,jj)
[6140]586                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl * wmask(ji,jj,jk) + MIN(zmxlm(ji,jj,jk),e3w_n(ji,jj,jk)) * (1 - wmask(ji,jj,jk))
587                  zmxld(ji,jj,jk) = zemxl * wmask(ji,jj,jk) + MIN(zmxlm(ji,jj,jk),e3w_n(ji,jj,jk)) * (1 - wmask(ji,jj,jk))
[1239]588               END DO
589            END DO
590         END DO
591         !
592      CASE ( 1 )           ! bounded by the vertical scale factor
[5120]593         DO jk = 2, jpkm1
594            DO jj = 2, jpjm1
595               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]596                  zemxl = MIN( e3w_n(ji,jj,jk), zmxlm(ji,jj,jk) )
[1239]597                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl
598                  zmxld(ji,jj,jk) = zemxl
599               END DO
600            END DO
601         END DO
602         !
603      CASE ( 2 )           ! |dk[xml]| bounded by e3t :
[5120]604         DO jk = 2, jpkm1         ! from the surface to the bottom :
605            DO jj = 2, jpjm1
606               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]607                  zmxlm(ji,jj,jk) = MIN( zmxlm(ji,jj,jk-1) + e3t_n(ji,jj,jk-1), zmxlm(ji,jj,jk) )
[1239]608               END DO
[5120]609            END DO
610         END DO
611         DO jk = jpkm1, 2, -1     ! from the bottom to the surface :
612            DO jj = 2, jpjm1
613               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]614                  zemxl = MIN( zmxlm(ji,jj,jk+1) + e3t_n(ji,jj,jk+1), zmxlm(ji,jj,jk) )
[1239]615                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl
616                  zmxld(ji,jj,jk) = zemxl
617               END DO
618            END DO
619         END DO
620         !
621      CASE ( 3 )           ! lup and ldown, |dk[xml]| bounded by e3t :
[5120]622         DO jk = 2, jpkm1         ! from the surface to the bottom : lup
623            DO jj = 2, jpjm1
624               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]625                  zmxld(ji,jj,jk) = MIN( zmxld(ji,jj,jk-1) + e3t_n(ji,jj,jk-1), zmxlm(ji,jj,jk) )
[1239]626               END DO
[5120]627            END DO
628         END DO
629         DO jk = jpkm1, 2, -1     ! from the bottom to the surface : ldown
630            DO jj = 2, jpjm1
631               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[6140]632                  zmxlm(ji,jj,jk) = MIN( zmxlm(ji,jj,jk+1) + e3t_n(ji,jj,jk+1), zmxlm(ji,jj,jk) )
[1239]633               END DO
634            END DO
635         END DO
636         DO jk = 2, jpkm1
637            DO jj = 2, jpjm1
638               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
639                  zemlm = MIN ( zmxld(ji,jj,jk),  zmxlm(ji,jj,jk) )
640                  zemlp = SQRT( zmxld(ji,jj,jk) * zmxlm(ji,jj,jk) )
641                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemlm
642                  zmxld(ji,jj,jk) = zemlp
643               END DO
644            END DO
645         END DO
646         !
647      END SELECT
[1492]648      !
[1239]649# if defined key_c1d
[7753]650      e_dis(:,:,:) = zmxld(:,:,:)      ! c1d configuration : save mixing and dissipation turbulent length scales
651      e_mix(:,:,:) = zmxlm(:,:,:)
[1239]652# endif
653
[1492]654      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
655      !                     !  Vertical eddy viscosity and diffusivity  (avmu, avmv, avt)
656      !                     !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
657      DO jk = 1, jpkm1            !* vertical eddy viscosity & diffivity at w-points
[1239]658         DO jj = 2, jpjm1
659            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
660               zsqen = SQRT( en(ji,jj,jk) )
661               zav   = rn_ediff * zmxlm(ji,jj,jk) * zsqen
[5120]662               avm  (ji,jj,jk) = MAX( zav,                  avmb(jk) ) * wmask(ji,jj,jk)
663               avt  (ji,jj,jk) = MAX( zav, avtb_2d(ji,jj) * avtb(jk) ) * wmask(ji,jj,jk)
[1239]664               dissl(ji,jj,jk) = zsqen / zmxld(ji,jj,jk)
665            END DO
666         END DO
667      END DO
[1492]668      CALL lbc_lnk( avm, 'W', 1. )      ! Lateral boundary conditions (sign unchanged)
669      !
[5120]670      DO jk = 2, jpkm1            !* vertical eddy viscosity at wu- and wv-points
671         DO jj = 2, jpjm1
672            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
673               avmu(ji,jj,jk) = 0.5 * ( avm(ji,jj,jk) + avm(ji+1,jj  ,jk) ) * wumask(ji,jj,jk)
674               avmv(ji,jj,jk) = 0.5 * ( avm(ji,jj,jk) + avm(ji  ,jj+1,jk) ) * wvmask(ji,jj,jk)
[4990]675            END DO
[1239]676         END DO
677      END DO
678      CALL lbc_lnk( avmu, 'U', 1. )   ;   CALL lbc_lnk( avmv, 'V', 1. )      ! Lateral boundary conditions
[1492]679      !
680      IF( nn_pdl == 1 ) THEN      !* Prandtl number case: update avt
[5120]681         DO jk = 2, jpkm1
682            DO jj = 2, jpjm1
683               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[5656]684                  avt(ji,jj,jk)   = MAX( apdlr(ji,jj,jk) * avt(ji,jj,jk), avtb_2d(ji,jj) * avtb(jk) ) * tmask(ji,jj,jk)
[1492]685# if defined key_c1d
[5656]686                  e_pdl(ji,jj,jk) = apdlr(ji,jj,jk) * wmask(ji,jj,jk)    ! c1d configuration : save masked Prandlt number
[5836]687!!gm bug NO zri here....
688!!gm remove the specific diag for c1d !
[5656]689                  e_ric(ji,jj,jk) = zri * wmask(ji,jj,jk)                            ! c1d config. : save Ri
[1239]690# endif
691              END DO
692            END DO
693         END DO
694      ENDIF
695      CALL lbc_lnk( avt, 'W', 1. )                      ! Lateral boundary conditions on avt  (sign unchanged)
696
697      IF(ln_ctl) THEN
698         CALL prt_ctl( tab3d_1=en  , clinfo1=' tke  - e: ', tab3d_2=avt, clinfo2=' t: ', ovlap=1, kdim=jpk)
699         CALL prt_ctl( tab3d_1=avmu, clinfo1=' tke  - u: ', mask1=umask,                   &
700            &          tab3d_2=avmv, clinfo2=       ' v: ', mask2=vmask, ovlap=1, kdim=jpk )
701      ENDIF
702      !
[3294]703      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zmpdl, zmxlm, zmxld ) 
704      !
705      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('tke_avn')
706      !
[1492]707   END SUBROUTINE tke_avn
[1239]708
[1492]709
[2528]710   SUBROUTINE zdf_tke_init
[1239]711      !!----------------------------------------------------------------------
[2528]712      !!                  ***  ROUTINE zdf_tke_init  ***
[1239]713      !!                     
714      !! ** Purpose :   Initialization of the vertical eddy diffivity and
[1492]715      !!              viscosity when using a tke turbulent closure scheme
[1239]716      !!
[1601]717      !! ** Method  :   Read the namzdf_tke namelist and check the parameters
[1492]718      !!              called at the first timestep (nit000)
[1239]719      !!
[1601]720      !! ** input   :   Namlist namzdf_tke
[1239]721      !!
722      !! ** Action  :   Increase by 1 the nstop flag is setting problem encounter
723      !!----------------------------------------------------------------------
724      INTEGER ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
[4147]725      INTEGER ::   ios
[1239]726      !!
[2528]727      NAMELIST/namzdf_tke/ rn_ediff, rn_ediss , rn_ebb , rn_emin  ,   &
728         &                 rn_emin0, rn_bshear, nn_mxl , ln_mxl0  ,   &
729         &                 rn_mxl0 , nn_pdl   , ln_lc  , rn_lc    ,   &
730         &                 nn_etau , nn_htau  , rn_efr   
[1239]731      !!----------------------------------------------------------------------
[2715]732      !
[4147]733      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namzdf_tke in reference namelist : Turbulent Kinetic Energy
734      READ  ( numnam_ref, namzdf_tke, IOSTAT = ios, ERR = 901)
735901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_tke in reference namelist', lwp )
736
737      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namzdf_tke in configuration namelist : Turbulent Kinetic Energy
738      READ  ( numnam_cfg, namzdf_tke, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
739902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_tke in configuration namelist', lwp )
[4624]740      IF(lwm) WRITE ( numond, namzdf_tke )
[2715]741      !
[2528]742      ri_cri   = 2._wp    / ( 2._wp + rn_ediss / rn_ediff )   ! resulting critical Richardson number
[6497]743# if defined key_zdftmx_new
744      ! key_zdftmx_new: New internal wave-driven param: specified value of rn_emin & rmxl_min are used
745      rn_emin  = 1.e-10_wp
746      rmxl_min = 1.e-03_wp
747      IF(lwp) THEN                  ! Control print
748         WRITE(numout,*)
749         WRITE(numout,*) 'zdf_tke_init :  New tidal mixing case: force rn_emin = 1.e-10 and rmxl_min = 1.e-3 '
750         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
751      ENDIF
752# else
[2528]753      rmxl_min = 1.e-6_wp / ( rn_ediff * SQRT( rn_emin ) )    ! resulting minimum length to recover molecular viscosity
[6497]754# endif
[2715]755      !
[1492]756      IF(lwp) THEN                    !* Control print
[1239]757         WRITE(numout,*)
[2528]758         WRITE(numout,*) 'zdf_tke_init : tke turbulent closure scheme - initialisation'
759         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
[1601]760         WRITE(numout,*) '   Namelist namzdf_tke : set tke mixing parameters'
[1705]761         WRITE(numout,*) '      coef. to compute avt                        rn_ediff  = ', rn_ediff
762         WRITE(numout,*) '      Kolmogoroff dissipation coef.               rn_ediss  = ', rn_ediss
763         WRITE(numout,*) '      tke surface input coef.                     rn_ebb    = ', rn_ebb
764         WRITE(numout,*) '      minimum value of tke                        rn_emin   = ', rn_emin
765         WRITE(numout,*) '      surface minimum value of tke                rn_emin0  = ', rn_emin0
766         WRITE(numout,*) '      background shear (>0)                       rn_bshear = ', rn_bshear
767         WRITE(numout,*) '      mixing length type                          nn_mxl    = ', nn_mxl
768         WRITE(numout,*) '      prandl number flag                          nn_pdl    = ', nn_pdl
769         WRITE(numout,*) '      surface mixing length = F(stress) or not    ln_mxl0   = ', ln_mxl0
[2528]770         WRITE(numout,*) '      surface  mixing length minimum value        rn_mxl0   = ', rn_mxl0
771         WRITE(numout,*) '      flag to take into acc.  Langmuir circ.      ln_lc     = ', ln_lc
772         WRITE(numout,*) '      coef to compute verticla velocity of LC     rn_lc     = ', rn_lc
[1705]773         WRITE(numout,*) '      test param. to add tke induced by wind      nn_etau   = ', nn_etau
774         WRITE(numout,*) '      flag for computation of exp. tke profile    nn_htau   = ', nn_htau
775         WRITE(numout,*) '      fraction of en which pene. the thermocline  rn_efr    = ', rn_efr
[1239]776         WRITE(numout,*)
[1601]777         WRITE(numout,*) '      critical Richardson nb with your parameters  ri_cri = ', ri_cri
[1239]778      ENDIF
[2715]779      !
780      !                              ! allocate tke arrays
781      IF( zdf_tke_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'zdf_tke_init : unable to allocate arrays' )
782      !
[1492]783      !                               !* Check of some namelist values
[4990]784      IF( nn_mxl  < 0   .OR.  nn_mxl  > 3 )   CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_mxl is  0, 1 or 2 ' )
785      IF( nn_pdl  < 0   .OR.  nn_pdl  > 1 )   CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_pdl is  0 or 1    ' )
786      IF( nn_htau < 0   .OR.  nn_htau > 1 )   CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_htau is 0, 1 or 2 ' )
[5407]787      IF( nn_etau == 3 .AND. .NOT. ln_cpl )   CALL ctl_stop( 'nn_etau == 3 : HF taum only known in coupled mode' )
[1239]788
[2528]789      IF( ln_mxl0 ) THEN
790         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   use a surface mixing length = F(stress) :   set rn_mxl0 = rmxl_min'
791         rn_mxl0 = rmxl_min
792      ENDIF
793     
[1492]794      IF( nn_etau == 2  )   CALL zdf_mxl( nit000 )      ! Initialization of nmln
[1239]795
[1492]796      !                               !* depth of penetration of surface tke
797      IF( nn_etau /= 0 ) THEN     
[1601]798         SELECT CASE( nn_htau )             ! Choice of the depth of penetration
[2528]799         CASE( 0 )                                 ! constant depth penetration (here 10 meters)
[7753]800            htau(:,:) = 10._wp
[2528]801         CASE( 1 )                                 ! F(latitude) : 0.5m to 30m poleward of 40 degrees
[7753]802            htau(:,:) = MAX(  0.5_wp, MIN( 30._wp, 45._wp* ABS( SIN( rpi/180._wp * gphit(:,:) ) ) )   )           
[1492]803         END SELECT
804      ENDIF
805      !                               !* set vertical eddy coef. to the background value
[1239]806      DO jk = 1, jpk
[7753]807         avt (:,:,jk) = avtb(jk) * wmask (:,:,jk)
808         avm (:,:,jk) = avmb(jk) * wmask (:,:,jk)
809         avmu(:,:,jk) = avmb(jk) * wumask(:,:,jk)
810         avmv(:,:,jk) = avmb(jk) * wvmask(:,:,jk)
[1239]811      END DO
[7753]812      dissl(:,:,:) = 1.e-12_wp
[2715]813      !                             
814      CALL tke_rst( nit000, 'READ' )  !* read or initialize all required files
[1239]815      !
[2528]816   END SUBROUTINE zdf_tke_init
[1239]817
818
[1531]819   SUBROUTINE tke_rst( kt, cdrw )
[1239]820     !!---------------------------------------------------------------------
[1531]821     !!                   ***  ROUTINE tke_rst  ***
[1239]822     !!                     
823     !! ** Purpose :   Read or write TKE file (en) in restart file
824     !!
825     !! ** Method  :   use of IOM library
826     !!                if the restart does not contain TKE, en is either
[1537]827     !!                set to rn_emin or recomputed
[1239]828     !!----------------------------------------------------------------------
[2715]829     INTEGER         , INTENT(in) ::   kt     ! ocean time-step
830     CHARACTER(len=*), INTENT(in) ::   cdrw   ! "READ"/"WRITE" flag
[1239]831     !
[7753]832     INTEGER ::   jit, jk   ! dummy loop indices
[2715]833     INTEGER ::   id1, id2, id3, id4, id5, id6   ! local integers
[1239]834     !!----------------------------------------------------------------------
835     !
[1481]836     IF( TRIM(cdrw) == 'READ' ) THEN        ! Read/initialise
837        !                                   ! ---------------
838        IF( ln_rstart ) THEN                   !* Read the restart file
839           id1 = iom_varid( numror, 'en'   , ldstop = .FALSE. )
840           id2 = iom_varid( numror, 'avt'  , ldstop = .FALSE. )
841           id3 = iom_varid( numror, 'avm'  , ldstop = .FALSE. )
842           id4 = iom_varid( numror, 'avmu' , ldstop = .FALSE. )
843           id5 = iom_varid( numror, 'avmv' , ldstop = .FALSE. )
844           id6 = iom_varid( numror, 'dissl', ldstop = .FALSE. )
845           !
846           IF( id1 > 0 ) THEN                       ! 'en' exists
[1239]847              CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'en', en )
[1481]848              IF( MIN( id2, id3, id4, id5, id6 ) > 0 ) THEN        ! all required arrays exist
849                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avt'  , avt   )
850                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avm'  , avm   )
851                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avmu' , avmu  )
852                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'avmv' , avmv  )
853                 CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'dissl', dissl )
[1492]854              ELSE                                                 ! one at least array is missing
855                 CALL tke_avn                                          ! compute avt, avm, avmu, avmv and dissl (approximation)
[1481]856              ENDIF
857           ELSE                                     ! No TKE array found: initialisation
858              IF(lwp) WRITE(numout,*) ' ===>>>> : previous run without tke scheme, en computed by iterative loop'
[7753]859              en (:,:,:) = rn_emin * tmask(:,:,:)
[1492]860              CALL tke_avn                               ! recompute avt, avm, avmu, avmv and dissl (approximation)
[5112]861              !
[7753]862              avt_k (:,:,:) = avt (:,:,:)
863              avm_k (:,:,:) = avm (:,:,:)
864              avmu_k(:,:,:) = avmu(:,:,:)
865              avmv_k(:,:,:) = avmv(:,:,:)
[5112]866              !
[1531]867              DO jit = nit000 + 1, nit000 + 10   ;   CALL zdf_tke( jit )   ;   END DO
[1239]868           ENDIF
[1481]869        ELSE                                   !* Start from rest
[7753]870           en(:,:,:) = rn_emin * tmask(:,:,:)
[1481]871           DO jk = 1, jpk                           ! set the Kz to the background value
[7753]872              avt (:,:,jk) = avtb(jk) * wmask (:,:,jk)
873              avm (:,:,jk) = avmb(jk) * wmask (:,:,jk)
874              avmu(:,:,jk) = avmb(jk) * wumask(:,:,jk)
875              avmv(:,:,jk) = avmb(jk) * wvmask(:,:,jk)
[1481]876           END DO
[1239]877        ENDIF
[1481]878        !
879     ELSEIF( TRIM(cdrw) == 'WRITE' ) THEN   ! Create restart file
880        !                                   ! -------------------
[1531]881        IF(lwp) WRITE(numout,*) '---- tke-rst ----'
[3632]882        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'en'   , en     )
883        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avt'  , avt_k  )
884        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avm'  , avm_k  )
885        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avmu' , avmu_k )
886        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avmv' , avmv_k )
887        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'dissl', dissl  )
[1481]888        !
[1239]889     ENDIF
890     !
[1531]891   END SUBROUTINE tke_rst
[1239]892
893#else
894   !!----------------------------------------------------------------------
895   !!   Dummy module :                                        NO TKE scheme
896   !!----------------------------------------------------------------------
[1531]897   LOGICAL, PUBLIC, PARAMETER ::   lk_zdftke = .FALSE.   !: TKE flag
[1239]898CONTAINS
[2528]899   SUBROUTINE zdf_tke_init           ! Dummy routine
900   END SUBROUTINE zdf_tke_init
901   SUBROUTINE zdf_tke( kt )          ! Dummy routine
[1531]902      WRITE(*,*) 'zdf_tke: You should not have seen this print! error?', kt
903   END SUBROUTINE zdf_tke
904   SUBROUTINE tke_rst( kt, cdrw )
[1492]905     CHARACTER(len=*) ::   cdrw
[1531]906     WRITE(*,*) 'tke_rst: You should not have seen this print! error?', kt, cdwr
907   END SUBROUTINE tke_rst
[1239]908#endif
909
910   !!======================================================================
[1531]911END MODULE zdftke
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.