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.
dynvor.F90 in trunk/NEMO/OPA_SRC/DYN – NEMO

source: trunk/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynvor.F90 @ 1104

Last change on this file since 1104 was 1104, checked in by ctlod, 16 years ago

trunk: change the second ztrdu(:,:,:) field into ztrdv(:,:,:) when calling trd_mod subroutine for the planetary vorticity trend in dynvor.F90, see ticket: #20

  • Property svn:eol-style set to native
  • Property svn:keywords set to Author Date Id Revision
File size: 37.0 KB
Line 
1MODULE dynvor
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynvor  ***
4   !! Ocean dynamics: Update the momentum trend with the relative and
5   !!                 planetary vorticity trends
6   !!======================================================================
7   !! History :  1.0  !  89-12  (P. Andrich)  vor_ens: Original code
8   !!            5.0  !  91-11  (G. Madec) vor_ene, vor_mix: Original code
9   !!            6.0  !  96-01  (G. Madec)  s-coord, suppress work arrays
10   !!            8.5  !  02-08  (G. Madec)  F90: Free form and module
11   !!            8.5  !  04-02  (G. Madec)  vor_een: Original code
12   !!            9.0  !  03-08  (G. Madec)  vor_ctl: Original code
13   !!            9.0  !  05-11  (G. Madec)  dyn_vor: Original code (new step architecture)
14   !!            9.0  !  06-11  (G. Madec)  flux form advection: add metric term
15   !!----------------------------------------------------------------------
16
17   !!----------------------------------------------------------------------
18   !!   dyn_vor     : Update the momentum trend with the vorticity trend
19   !!       vor_ens : enstrophy conserving scheme       (ln_dynvor_ens=T)
20   !!       vor_ene : energy conserving scheme          (ln_dynvor_ene=T)
21   !!       vor_mix : mixed enstrophy/energy conserving (ln_dynvor_mix=T)
22   !!       vor_een : energy and enstrophy conserving   (ln_dynvor_een=T)
23   !!       vor_ctl : set and control of the different vorticity option
24   !!----------------------------------------------------------------------
25   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
26   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
27   USE dynadv         ! momentum advection (use ln_dynadv_vec value)
28   USE trdmod         ! ocean dynamics trends
29   USE trdmod_oce     ! ocean variables trends
30   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
31   USE prtctl         ! Print control
32   USE in_out_manager ! I/O manager
33
34   IMPLICIT NONE
35   PRIVATE
36
37   PUBLIC   dyn_vor   ! routine called by step.F90
38
39   !!* Namelist nam_dynvor: vorticity term
40   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_dynvor_ene = .FALSE.   !: energy conserving scheme
41   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_dynvor_ens = .TRUE.    !: enstrophy conserving scheme
42   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_dynvor_mix = .FALSE.   !: mixed scheme
43   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_dynvor_een = .FALSE.   !: energy and enstrophy conserving scheme
44
45   INTEGER ::   nvor = 0   ! type of vorticity trend used
46   INTEGER ::   ncor = 1   ! coriolis
47   INTEGER ::   nrvm = 2   ! =2 relative vorticity ; =3 metric term
48   INTEGER ::   ntot = 4   ! =4 total vorticity (relative + planetary) ; =5 coriolis + metric term
49
50   !! * Substitutions
51#  include "domzgr_substitute.h90"
52#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
53   !!----------------------------------------------------------------------
54   !!   OPA 9.0 , LOCEAN-IPSL (2006)
55   !! $Header$
56   !! Software governed by the CeCILL licence (modipsl/doc/NEMO_CeCILL.txt)
57   !!----------------------------------------------------------------------
58
59CONTAINS
60
61   SUBROUTINE dyn_vor( kt )
62      !!----------------------------------------------------------------------
63      !!
64      !! ** Purpose :   compute the lateral ocean tracer physics.
65      !!
66      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now vorticity term trend
67      !!             - save the trends in (ztrdu,ztrdv) in 2 parts (relative
68      !!               and planetary vorticity trends) ('key_trddyn')
69      !!----------------------------------------------------------------------
70      USE oce, ONLY :   ztrdu => ta   ! use ta as 3D workspace
71      USE oce, ONLY :   ztrdv => sa   ! use sa as 3D workspace
72      !!
73      INTEGER, INTENT( in ) ::   kt   ! ocean time-step index
74      !!----------------------------------------------------------------------
75
76      IF( kt == nit000 )   CALL vor_ctl          ! initialisation & control of options
77
78      !                                          ! vorticity term
79      SELECT CASE ( nvor )                       ! compute the vorticity trend and add it to the general trend
80      !
81      CASE ( -1 )                                      ! esopa: test all possibility with control print
82         CALL vor_ene( kt, ntot, ua, va )
83         CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' vor0 - Ua: ', mask1=umask, &
84            &          tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
85         CALL vor_ens( kt, ntot, ua, va )
86         CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' vor1 - Ua: ', mask1=umask, &
87            &          tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
88         CALL vor_mix( kt )
89         CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' vor2 - Ua: ', mask1=umask, &
90            &          tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
91         CALL vor_een( kt, ntot, ua, va )
92         CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' vor3 - Ua: ', mask1=umask, &
93            &          tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
94         !
95      CASE ( 0 )                                       ! energy conserving scheme
96         IF( l_trddyn )   THEN
97            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
98            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
99            CALL vor_ene( kt, nrvm, ua, va )                ! relative vorticity or metric trend
100            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
101            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
102            CALL trd_mod( ztrdu, ztrdv, jpdyn_trd_rvo, 'DYN', kt )
103            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
104            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
105            CALL vor_ene( kt, ncor, ua, va )                ! planetary vorticity trend
106            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
107            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
108            CALL trd_mod( ztrdu, ztrdv, jpdyn_trd_pvo, 'DYN', kt )
109            CALL trd_mod( ztrdu, ztrdv, jpdyn_trd_dat, 'DYN', kt )
110         ELSE
111            CALL vor_ene( kt, ntot, ua, va )                ! total vorticity
112         ENDIF
113         !
114      CASE ( 1 )                                       ! enstrophy conserving scheme
115         IF( l_trddyn )   THEN   
116            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
117            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
118            CALL vor_ens( kt, nrvm, ua, va )                ! relative vorticity or metric trend
119            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
120            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
121            CALL trd_mod( ztrdu, ztrdv, jpdyn_trd_rvo, 'DYN', kt )
122            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
123            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
124            CALL vor_ens( kt, ncor, ua, va )                ! planetary vorticity trend
125            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
126            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
127            CALL trd_mod( ztrdu, ztrdv, jpdyn_trd_pvo, 'DYN', kt )
128            CALL trd_mod( ztrdu, ztrdv, jpdyn_trd_dat, 'DYN', kt )
129         ELSE
130            CALL vor_ens( kt, ntot, ua, va )                ! total vorticity
131         ENDIF
132         !
133      CASE ( 2 )                                       ! mixed ene-ens scheme
134         IF( l_trddyn )   THEN
135            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
136            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
137            CALL vor_ens( kt, nrvm, ua, va )                ! relative vorticity or metric trend (ens)
138            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
139            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
140            CALL trd_mod( ztrdu, ztrdv, jpdyn_trd_rvo, 'DYN', kt )
141            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
142            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
143            CALL vor_ene( kt, ncor, ua, va )                ! planetary vorticity trend (ene)
144            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
145            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
146            CALL trd_mod( ztrdu, ztrdv, jpdyn_trd_pvo, 'DYN', kt )
147            CALL trd_mod( ztrdu, ztrdv, jpdyn_trd_dat, 'DYN', kt )
148         ELSE
149            CALL vor_mix( kt )                               ! total vorticity (mix=ens-ene)
150         ENDIF
151         !
152      CASE ( 3 )                                       ! energy and enstrophy conserving scheme
153         IF( l_trddyn )   THEN
154            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
155            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
156            CALL vor_een( kt, nrvm, ua, va )                ! relative vorticity or metric trend
157            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
158            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
159            CALL trd_mod( ztrdu, ztrdv, jpdyn_trd_rvo, 'DYN', kt )
160            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
161            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
162            CALL vor_een( kt, ncor, ua, va )                ! planetary vorticity trend
163            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
164            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
165            CALL trd_mod( ztrdu, ztrdv, jpdyn_trd_pvo, 'DYN', kt )
166            CALL trd_mod( ztrdu, ztrdv, jpdyn_trd_dat, 'DYN', kt )
167         ELSE
168            CALL vor_een( kt, ntot, ua, va )                ! total vorticity
169         ENDIF
170         !
171      END SELECT
172
173      !                       ! print sum trends (used for debugging)
174      IF(ln_ctl) CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' vor  - Ua: ', mask1=umask, &
175         &                     tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
176
177   END SUBROUTINE dyn_vor
178
179
180   SUBROUTINE vor_ene( kt, kvor, pua, pva )
181      !!----------------------------------------------------------------------
182      !!                  ***  ROUTINE vor_ene  ***
183      !!
184      !! ** Purpose :   Compute the now total vorticity trend and add it to
185      !!      the general trend of the momentum equation.
186      !!
187      !! ** Method  :   Trend evaluated using now fields (centered in time)
188      !!      and the Sadourny (1975) flux form formulation : conserves the
189      !!      horizontal kinetic energy.
190      !!      The trend of the vorticity term is given by:
191      !!       * s-coordinate (ln_sco=T), the e3. are inside the derivatives:
192      !!          voru = 1/e1u  mj-1[ (rotn+f)/e3f  mi(e1v*e3v vn) ]
193      !!          vorv = 1/e2v  mi-1[ (rotn+f)/e3f  mj(e2u*e3u un) ]
194      !!       * z-coordinate (default key), e3t=e3u=e3v, the trend becomes:
195      !!          voru = 1/e1u  mj-1[ (rotn+f)  mi(e1v vn) ]
196      !!          vorv = 1/e2v  mi-1[ (rotn+f)  mj(e2u un) ]
197      !!      Add this trend to the general momentum trend (ua,va):
198      !!          (ua,va) = (ua,va) + ( voru , vorv )
199      !!
200      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now vorticity term trend
201      !!             - save the trends in (ztrdu,ztrdv) in 2 parts (relative
202      !!               and planetary vorticity trends) ('key_trddyn')
203      !!
204      !! References : Sadourny, r., 1975, j. atmos. sciences, 32, 680-689.
205      !!----------------------------------------------------------------------
206      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kt     ! ocean time-step index
207      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kvor   ! =ncor (planetary) ; =ntot (total) ;
208         !                                                        ! =nrvm (relative vorticity or metric)
209      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pua    ! total u-trend
210      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pva    ! total v-trend
211      !!
212      INTEGER  ::   ji, jj, jk         ! dummy loop indices
213      REAL(wp) ::   zx1, zy1, zfact2   ! temporary scalars
214      REAL(wp) ::   zx2, zy2           !    "         "
215      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zwx, zwy, zwz   ! temporary 2D workspace
216      !!----------------------------------------------------------------------
217
218      IF( kt == nit000 ) THEN
219         IF(lwp) WRITE(numout,*)
220         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:vor_ene : vorticity term: energy conserving scheme'
221         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
222      ENDIF
223
224      ! Local constant initialization
225      zfact2 = 0.5 * 0.5
226
227!CDIR PARALLEL DO PRIVATE( zwx, zwy, zwz )
228      !                                                ! ===============
229      DO jk = 1, jpkm1                                 ! Horizontal slab
230         !                                             ! ===============
231         ! Potential vorticity and horizontal fluxes
232         ! -----------------------------------------
233         SELECT CASE( kvor )      ! vorticity considered
234         CASE ( 1 )   ;   zwz(:,:) =                  ff(:,:)      ! planetary vorticity (Coriolis)
235         CASE ( 2 )   ;   zwz(:,:) =   rotn(:,:,jk)                ! relative  vorticity
236         CASE ( 3 )                                                ! metric term
237            DO jj = 1, jpjm1
238               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
239                  zwz(ji,jj) = (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
240                       &         - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
241                       &     * 0.5 / ( e1f(ji,jj) * e2f(ji,jj) )
242               END DO
243            END DO
244         CASE ( 4 )   ;   zwz(:,:) = ( rotn(:,:,jk) + ff(:,:) )    ! total (relative + planetary vorticity)
245         CASE ( 5 )                                                ! total (coriolis + metric)
246            DO jj = 1, jpjm1
247               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
248                  zwz(ji,jj) = ( ff (ji,jj)                                                                       &
249                       &       + (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
250                       &           - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
251                       &       * 0.5 / ( e1f(ji,jj) * e2f(ji,jj) )                                               &
252                       &       )
253               END DO
254            END DO
255         END SELECT
256
257         IF( ln_sco ) THEN
258            zwz(:,:) = zwz(:,:) / fse3f(:,:,jk)
259            zwx(:,:) = e2u(:,:) * fse3u(:,:,jk) * un(:,:,jk)
260            zwy(:,:) = e1v(:,:) * fse3v(:,:,jk) * vn(:,:,jk)
261         ELSE
262            zwx(:,:) = e2u(:,:) * un(:,:,jk)
263            zwy(:,:) = e1v(:,:) * vn(:,:,jk)
264         ENDIF
265
266         ! Compute and add the vorticity term trend
267         ! ----------------------------------------
268         DO jj = 2, jpjm1
269            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
270               zy1 = zwy(ji,jj-1) + zwy(ji+1,jj-1)
271               zy2 = zwy(ji,jj  ) + zwy(ji+1,jj  )
272               zx1 = zwx(ji-1,jj) + zwx(ji-1,jj+1)
273               zx2 = zwx(ji  ,jj) + zwx(ji  ,jj+1)
274               pua(ji,jj,jk) = pua(ji,jj,jk) + zfact2 / e1u(ji,jj) * ( zwz(ji  ,jj-1) * zy1 + zwz(ji,jj) * zy2 )
275               pva(ji,jj,jk) = pva(ji,jj,jk) - zfact2 / e2v(ji,jj) * ( zwz(ji-1,jj  ) * zx1 + zwz(ji,jj) * zx2 ) 
276            END DO 
277         END DO 
278         !                                             ! ===============
279      END DO                                           !   End of slab
280      !                                                ! ===============
281   END SUBROUTINE vor_ene
282
283
284   SUBROUTINE vor_mix( kt )
285      !!----------------------------------------------------------------------
286      !!                 ***  ROUTINE vor_mix  ***
287      !!
288      !! ** Purpose :   Compute the now total vorticity trend and add it to
289      !!      the general trend of the momentum equation.
290      !!
291      !! ** Method  :   Trend evaluated using now fields (centered in time)
292      !!      Mixte formulation : conserves the potential enstrophy of a hori-
293      !!      zontally non-divergent flow for (rotzu x uh), the relative vor-
294      !!      ticity term and the horizontal kinetic energy for (f x uh), the
295      !!      coriolis term. the now trend of the vorticity term is given by:
296      !!       * s-coordinate (ln_sco=T), the e3. are inside the derivatives:
297      !!          voru = 1/e1u  mj-1(rotn/e3f) mj-1[ mi(e1v*e3v vn) ]
298      !!              +1/e1u  mj-1[ f/e3f          mi(e1v*e3v vn) ]
299      !!          vorv = 1/e2v  mi-1(rotn/e3f) mi-1[ mj(e2u*e3u un) ]
300      !!              +1/e2v  mi-1[ f/e3f          mj(e2u*e3u un) ]
301      !!       * z-coordinate (default key), e3t=e3u=e3v, the trend becomes:
302      !!          voru = 1/e1u  mj-1(rotn) mj-1[ mi(e1v vn) ]
303      !!              +1/e1u  mj-1[ f          mi(e1v vn) ]
304      !!          vorv = 1/e2v  mi-1(rotn) mi-1[ mj(e2u un) ]
305      !!              +1/e2v  mi-1[ f          mj(e2u un) ]
306      !!      Add this now trend to the general momentum trend (ua,va):
307      !!          (ua,va) = (ua,va) + ( voru , vorv )
308      !!
309      !! ** Action : - Update (ua,va) arrays with the now vorticity term trend
310      !!             - Save the trends in (ztrdu,ztrdv) in 2 parts (relative
311      !!               and planetary vorticity trends) ('key_trddyn')
312      !!
313      !! References : Sadourny, r., 1975, j. atmos. sciences, 32, 680-689.
314      !!----------------------------------------------------------------------
315      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean timestep index
316      !!
317      INTEGER ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
318      REAL(wp) ::   zfact1, zua, zcua, zx1, zy1   ! temporary scalars
319      REAL(wp) ::   zfact2, zva, zcva, zx2, zy2   !    "         "
320      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zwx, zwy, zwz, zww   ! temporary 3D workspace
321      !!----------------------------------------------------------------------
322
323      IF( kt == nit000 ) THEN
324         IF(lwp) WRITE(numout,*)
325         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:vor_mix : vorticity term: mixed energy/enstrophy conserving scheme'
326         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
327      ENDIF
328
329      ! Local constant initialization
330      zfact1 = 0.5 * 0.25
331      zfact2 = 0.5 * 0.5
332
333!CDIR PARALLEL DO PRIVATE( zwx, zwy, zwz, zww )
334      !                                                ! ===============
335      DO jk = 1, jpkm1                                 ! Horizontal slab
336         !                                             ! ===============
337
338         ! Relative and planetary potential vorticity and horizontal fluxes
339         ! ----------------------------------------------------------------
340         IF( ln_sco ) THEN       
341            IF( ln_dynadv_vec ) THEN
342               zww(:,:) = rotn(:,:,jk) / fse3f(:,:,jk)
343            ELSE                       
344               DO jj = 1, jpjm1
345                  DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
346                     zww(ji,jj) = (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
347                        &           - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
348                        &       * 0.5 / ( e1f(ji,jj) * e2f (ji,jj) * fse3f(ji,jj,jk) )
349                  END DO
350               END DO
351            ENDIF
352            zwz(:,:) = ff  (:,:)    / fse3f(:,:,jk)
353            zwx(:,:) = e2u(:,:) * fse3u(:,:,jk) * un(:,:,jk)
354            zwy(:,:) = e1v(:,:) * fse3v(:,:,jk) * vn(:,:,jk)
355         ELSE
356            IF( ln_dynadv_vec ) THEN
357               zww(:,:) = rotn(:,:,jk)
358            ELSE                       
359               DO jj = 1, jpjm1
360                  DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
361                     zww(ji,jj) = (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
362                        &           - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
363                        &       * 0.5 / ( e1f(ji,jj) * e2f (ji,jj) )
364                  END DO
365               END DO
366            ENDIF
367            zwz(:,:) = ff (:,:)
368            zwx(:,:) = e2u(:,:) * un(:,:,jk)
369            zwy(:,:) = e1v(:,:) * vn(:,:,jk)
370         ENDIF
371
372         ! Compute and add the vorticity term trend
373         ! ----------------------------------------
374         DO jj = 2, jpjm1
375            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
376               zy1 = ( zwy(ji,jj-1) + zwy(ji+1,jj-1) ) / e1u(ji,jj)
377               zy2 = ( zwy(ji,jj  ) + zwy(ji+1,jj  ) ) / e1u(ji,jj)
378               zx1 = ( zwx(ji-1,jj) + zwx(ji-1,jj+1) ) / e2v(ji,jj)
379               zx2 = ( zwx(ji  ,jj) + zwx(ji  ,jj+1) ) / e2v(ji,jj)
380               ! enstrophy conserving formulation for relative vorticity term
381               zua = zfact1 * ( zww(ji  ,jj-1) + zww(ji,jj) ) * ( zy1 + zy2 )
382               zva =-zfact1 * ( zww(ji-1,jj  ) + zww(ji,jj) ) * ( zx1 + zx2 )
383               ! energy conserving formulation for planetary vorticity term
384               zcua = zfact2 * ( zwz(ji  ,jj-1) * zy1 + zwz(ji,jj) * zy2 )
385               zcva =-zfact2 * ( zwz(ji-1,jj  ) * zx1 + zwz(ji,jj) * zx2 )
386               ! mixed vorticity trend added to the momentum trends
387               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zcua + zua
388               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zcva + zva
389            END DO 
390         END DO 
391         !                                             ! ===============
392      END DO                                           !   End of slab
393      !                                                ! ===============
394   END SUBROUTINE vor_mix
395
396
397   SUBROUTINE vor_ens( kt, kvor, pua, pva )
398      !!----------------------------------------------------------------------
399      !!                ***  ROUTINE vor_ens  ***
400      !!
401      !! ** Purpose :   Compute the now total vorticity trend and add it to
402      !!      the general trend of the momentum equation.
403      !!
404      !! ** Method  :   Trend evaluated using now fields (centered in time)
405      !!      and the Sadourny (1975) flux FORM formulation : conserves the
406      !!      potential enstrophy of a horizontally non-divergent flow. the
407      !!      trend of the vorticity term is given by:
408      !!       * s-coordinate (ln_sco=T), the e3. are inside the derivative:
409      !!          voru = 1/e1u  mj-1[ (rotn+f)/e3f ]  mj-1[ mi(e1v*e3v vn) ]
410      !!          vorv = 1/e2v  mi-1[ (rotn+f)/e3f ]  mi-1[ mj(e2u*e3u un) ]
411      !!       * z-coordinate (default key), e3t=e3u=e3v, the trend becomes:
412      !!          voru = 1/e1u  mj-1[ rotn+f ]  mj-1[ mi(e1v vn) ]
413      !!          vorv = 1/e2v  mi-1[ rotn+f ]  mi-1[ mj(e2u un) ]
414      !!      Add this trend to the general momentum trend (ua,va):
415      !!          (ua,va) = (ua,va) + ( voru , vorv )
416      !!
417      !! ** Action : - Update (ua,va) arrays with the now vorticity term trend
418      !!             - Save the trends in (ztrdu,ztrdv) in 2 parts (relative
419      !!               and planetary vorticity trends) ('key_trddyn')
420      !!
421      !! References : Sadourny, r., 1975, j. atmos. sciences, 32, 680-689.
422      !!----------------------------------------------------------------------
423      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kt     ! ocean time-step index
424      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kvor   ! =ncor (planetary) ; =ntot (total) ;
425         !                                                        ! =nrvm (relative vorticity or metric)
426      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pua    ! total u-trend
427      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pva    ! total v-trend
428      !!
429      INTEGER  ::   ji, jj, jk           ! dummy loop indices
430      REAL(wp) ::   zfact1, zuav, zvau   ! temporary scalars
431      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zwx, zwy, zwz   ! temporary 3D workspace
432      !!----------------------------------------------------------------------
433     
434      IF( kt == nit000 ) THEN
435         IF(lwp) WRITE(numout,*)
436         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:vor_ens : vorticity term: enstrophy conserving scheme'
437         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
438      ENDIF
439
440      ! Local constant initialization
441      zfact1 = 0.5 * 0.25
442
443!CDIR PARALLEL DO PRIVATE( zwx, zwy, zwz )
444      !                                                ! ===============
445      DO jk = 1, jpkm1                                 ! Horizontal slab
446         !                                             ! ===============
447         ! Potential vorticity and horizontal fluxes
448         ! -----------------------------------------
449         SELECT CASE( kvor )      ! vorticity considered
450         CASE ( 1 )   ;   zwz(:,:) =                  ff(:,:)      ! planetary vorticity (Coriolis)
451         CASE ( 2 )   ;   zwz(:,:) =   rotn(:,:,jk)                ! relative  vorticity
452         CASE ( 3 )                                                ! metric term
453            DO jj = 1, jpjm1
454               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
455                  zwz(ji,jj) = (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
456                       &         - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
457                       &     * 0.5 / ( e1f(ji,jj) * e2f(ji,jj) )
458               END DO
459            END DO
460         CASE ( 4 )   ;   zwz(:,:) = ( rotn(:,:,jk) + ff(:,:) )    ! total (relative + planetary vorticity)
461         CASE ( 5 )                                                ! total (coriolis + metric)
462            DO jj = 1, jpjm1
463               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
464                  zwz(ji,jj) = ( ff (ji,jj)                                                                       &
465                       &       + (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
466                       &           - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
467                       &       * 0.5 / ( e1f(ji,jj) * e2f(ji,jj) )                                               &
468                       &       )
469               END DO
470            END DO
471         END SELECT
472
473         IF( ln_sco ) THEN
474            DO jj = 1, jpj                      ! caution: don't use (:,:) for this loop
475               DO ji = 1, jpi                   ! it causes optimization problems on NEC in auto-tasking
476                  zwz(ji,jj) = zwz(ji,jj) / fse3f(ji,jj,jk)
477                  zwx(ji,jj) = e2u(ji,jj) * fse3u(ji,jj,jk) * un(ji,jj,jk)
478                  zwy(ji,jj) = e1v(ji,jj) * fse3v(ji,jj,jk) * vn(ji,jj,jk)
479               END DO
480            END DO
481         ELSE
482            DO jj = 1, jpj                      ! caution: don't use (:,:) for this loop
483               DO ji = 1, jpi                   ! it causes optimization problems on NEC in auto-tasking
484                  zwx(ji,jj) = e2u(ji,jj) * un(ji,jj,jk)
485                  zwy(ji,jj) = e1v(ji,jj) * vn(ji,jj,jk)
486               END DO
487            END DO
488         ENDIF
489
490         ! Compute and add the vorticity term trend
491         ! ----------------------------------------
492         DO jj = 2, jpjm1
493            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
494               zuav = zfact1 / e1u(ji,jj) * ( zwy(ji  ,jj-1) + zwy(ji+1,jj-1)   &
495                  &                         + zwy(ji  ,jj  ) + zwy(ji+1,jj  ) )
496               zvau =-zfact1 / e2v(ji,jj) * ( zwx(ji-1,jj  ) + zwx(ji-1,jj+1)   &
497                  &                         + zwx(ji  ,jj  ) + zwx(ji  ,jj+1) )
498               pua(ji,jj,jk) = pua(ji,jj,jk) + zuav * ( zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji,jj) )
499               pva(ji,jj,jk) = pva(ji,jj,jk) + zvau * ( zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji,jj) )
500            END DO 
501         END DO 
502         !                                             ! ===============
503      END DO                                           !   End of slab
504      !                                                ! ===============
505   END SUBROUTINE vor_ens
506
507
508   SUBROUTINE vor_een( kt, kvor, pua, pva )
509      !!----------------------------------------------------------------------
510      !!                ***  ROUTINE vor_een  ***
511      !!
512      !! ** Purpose :   Compute the now total vorticity trend and add it to
513      !!      the general trend of the momentum equation.
514      !!
515      !! ** Method  :   Trend evaluated using now fields (centered in time)
516      !!      and the Arakawa and Lamb (19XX) flux form formulation : conserves
517      !!      both the horizontal kinetic energy and the potential enstrophy
518      !!      when horizontal divergence is zero.
519      !!      The trend of the vorticity term is given by:
520      !!       * s-coordinate (ln_sco=T), the e3. are inside the derivatives:
521      !!       * z-coordinate (default key), e3t=e3u=e3v, the trend becomes:
522      !!      Add this trend to the general momentum trend (ua,va):
523      !!          (ua,va) = (ua,va) + ( voru , vorv )
524      !!
525      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now vorticity term trend
526      !!             - save the trends in (ztrdu,ztrdv) in 2 parts (relative
527      !!               and planetary vorticity trends) ('key_trddyn')
528      !!
529      !! References : Arakawa and Lamb 1980, Mon. Wea. Rev., 109, 18-36
530      !!----------------------------------------------------------------------
531      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kt     ! ocean time-step index
532      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kvor   ! =ncor (planetary) ; =ntot (total) ;
533         !                                                        ! =nrvm (relative vorticity or metric)
534      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pua    ! total u-trend
535      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pva    ! total v-trend
536      !!
537      INTEGER ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
538      REAL(wp) ::   zfac12, zua, zva   ! temporary scalars
539      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zwx, zwy, zwz            ! temporary 2D workspace
540      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   ztnw, ztne, ztsw, ztse   ! temporary 3D workspace
541      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk), SAVE ::   ze3f
542      !!----------------------------------------------------------------------
543
544      IF( kt == nit000 ) THEN
545         IF(lwp) WRITE(numout,*)
546         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:vor_een : vorticity term: energy and enstrophy conserving scheme'
547         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
548
549         DO jk = 1, jpk
550            DO jj = 1, jpjm1
551               DO ji = 1, jpim1
552                  ze3f(ji,jj,jk) = ( fse3t(ji,jj+1,jk)*tmask(ji,jj+1,jk) + fse3t(ji+1,jj+1,jk)*tmask(ji+1,jj+1,jk)   &
553                     &             + fse3t(ji,jj  ,jk)*tmask(ji,jj  ,jk) + fse3t(ji+1,jj  ,jk)*tmask(ji+1,jj  ,jk) ) * 0.25
554                  IF( ze3f(ji,jj,jk) /= 0.e0 )   ze3f(ji,jj,jk) = 1.e0 / ze3f(ji,jj,jk)
555               END DO
556            END DO
557         END DO
558         CALL lbc_lnk( ze3f, 'F', 1. )
559      ENDIF
560
561      ! Local constant initialization
562      zfac12 = 1.e0 / 12.e0
563
564     
565!CDIR PARALLEL DO PRIVATE( zwx, zwy, zwz, ztnw, ztne, ztsw, ztse )
566      !                                                ! ===============
567      DO jk = 1, jpkm1                                 ! Horizontal slab
568         !                                             ! ===============
569         
570         ! Potential vorticity and horizontal fluxes
571         ! -----------------------------------------
572         SELECT CASE( kvor )      ! vorticity considered
573         CASE ( 1 )   ;   zwz(:,:) = ff(:,:)      * ze3f(:,:,jk)   ! planetary vorticity (Coriolis)
574         CASE ( 2 )   ;   zwz(:,:) = rotn(:,:,jk) * ze3f(:,:,jk)   ! relative  vorticity
575         CASE ( 3 )                                                ! metric term
576            DO jj = 1, jpjm1
577               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
578                  zwz(ji,jj) = (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
579                       &         - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
580                       &     * 0.5 / ( e1f(ji,jj) * e2f(ji,jj) ) * ze3f(ji,jj,jk)
581               END DO
582            END DO
583         CASE ( 4 )   ;   zwz(:,:) = ( rotn(:,:,jk) + ff(:,:) ) * ze3f(:,:,jk) ! total (relative + planetary vorticity)
584         CASE ( 5 )                                                ! total (coriolis + metric)
585            DO jj = 1, jpjm1
586               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
587                  zwz(ji,jj) = ( ff (ji,jj)                                                                       &
588                       &       + (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
589                       &           - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
590                       &       * 0.5 / ( e1f(ji,jj) * e2f(ji,jj) )                                               &
591                       &       ) * ze3f(ji,jj,jk)
592               END DO
593            END DO
594         END SELECT
595
596         zwx(:,:) = e2u(:,:) * fse3u(:,:,jk) * un(:,:,jk)
597         zwy(:,:) = e1v(:,:) * fse3v(:,:,jk) * vn(:,:,jk)
598
599         ! Compute and add the vorticity term trend
600         ! ----------------------------------------
601         jj=2
602         ztne(1,:) = 0 ; ztnw(1,:) = 0 ; ztse(1,:) = 0 ; ztsw(1,:) = 0
603         DO ji = 2, jpi   
604               ztne(ji,jj) = zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji  ,jj  ) + zwz(ji  ,jj-1)
605               ztnw(ji,jj) = zwz(ji-1,jj-1) + zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji  ,jj  )
606               ztse(ji,jj) = zwz(ji  ,jj  ) + zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji-1,jj-1)
607               ztsw(ji,jj) = zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji-1,jj-1) + zwz(ji-1,jj  )
608         END DO
609         DO jj = 3, jpj
610            DO ji = fs_2, jpi   ! vector opt.
611               ztne(ji,jj) = zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji  ,jj  ) + zwz(ji  ,jj-1)
612               ztnw(ji,jj) = zwz(ji-1,jj-1) + zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji  ,jj  )
613               ztse(ji,jj) = zwz(ji  ,jj  ) + zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji-1,jj-1)
614               ztsw(ji,jj) = zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji-1,jj-1) + zwz(ji-1,jj  )
615            END DO
616         END DO
617         DO jj = 2, jpjm1
618            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
619               zua = + zfac12 / e1u(ji,jj) * (  ztne(ji,jj  ) * zwy(ji  ,jj  ) + ztnw(ji+1,jj) * zwy(ji+1,jj  )   &
620                  &                           + ztse(ji,jj  ) * zwy(ji  ,jj-1) + ztsw(ji+1,jj) * zwy(ji+1,jj-1) )
621               zva = - zfac12 / e2v(ji,jj) * (  ztsw(ji,jj+1) * zwx(ji-1,jj+1) + ztse(ji,jj+1) * zwx(ji  ,jj+1)   &
622                  &                           + ztnw(ji,jj  ) * zwx(ji-1,jj  ) + ztne(ji,jj  ) * zwx(ji  ,jj  ) )
623               pua(ji,jj,jk) = pua(ji,jj,jk) + zua
624               pva(ji,jj,jk) = pva(ji,jj,jk) + zva
625            END DO 
626         END DO 
627         !                                             ! ===============
628      END DO                                           !   End of slab
629      !                                                ! ===============
630   END SUBROUTINE vor_een
631
632
633   SUBROUTINE vor_ctl
634      !!---------------------------------------------------------------------
635      !!                  ***  ROUTINE vor_ctl  ***
636      !!
637      !! ** Purpose :   Control the consistency between cpp options for
638      !!      tracer advection schemes
639      !!----------------------------------------------------------------------
640      INTEGER ::   ioptio          ! temporary integer
641      NAMELIST/nam_dynvor/ ln_dynvor_ens, ln_dynvor_ene, ln_dynvor_mix, ln_dynvor_een
642      !!----------------------------------------------------------------------
643
644      REWIND ( numnam )               ! Read Namelist nam_dynvor : Vorticity scheme options
645      READ   ( numnam, nam_dynvor )
646
647      IF(lwp) THEN                    ! Namelist print
648         WRITE(numout,*)
649         WRITE(numout,*) 'dyn:vor_ctl : vorticity term : read namelist and control the consistency'
650         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
651         WRITE(numout,*) '        Namelist nam_dynvor : oice of the vorticity term scheme'
652         WRITE(numout,*) '           energy    conserving scheme                ln_dynvor_ene = ', ln_dynvor_ene
653         WRITE(numout,*) '           enstrophy conserving scheme                ln_dynvor_ens = ', ln_dynvor_ens
654         WRITE(numout,*) '           mixed enstrophy/energy conserving scheme   ln_dynvor_mix = ', ln_dynvor_mix
655         WRITE(numout,*) '           enstrophy and energy conserving scheme     ln_dynvor_een = ', ln_dynvor_een
656      ENDIF
657
658      ioptio = 0                     ! Control of vorticity scheme options
659      IF( ln_dynvor_ene )   ioptio = ioptio + 1
660      IF( ln_dynvor_ens )   ioptio = ioptio + 1
661      IF( ln_dynvor_mix )   ioptio = ioptio + 1
662      IF( ln_dynvor_een )   ioptio = ioptio + 1
663      IF( lk_esopa      )   ioptio =          1
664
665      IF( ioptio /= 1 ) CALL ctl_stop( ' use ONE and ONLY one vorticity scheme' )
666
667      !                              ! Set nvor (type of scheme for vorticity)
668      IF( ln_dynvor_ene )   nvor =  0
669      IF( ln_dynvor_ens )   nvor =  1
670      IF( ln_dynvor_mix )   nvor =  2
671      IF( ln_dynvor_een )   nvor =  3
672      IF( lk_esopa      )   nvor = -1
673     
674      !                              ! Set ncor, nrvm, ntot (type of vorticity)
675      IF(lwp) WRITE(numout,*)
676      ncor = 1
677      IF( ln_dynadv_vec ) THEN     
678         IF(lwp) WRITE(numout,*) '         Vector form advection : vorticity = Coriolis + relative vorticity'
679         nrvm = 2
680         ntot = 4
681      ELSE                       
682         IF(lwp) WRITE(numout,*) '         Flux form advection   : vorticity = Coriolis + metric term'
683         nrvm = 3
684         ntot = 5
685      ENDIF
686     
687      IF(lwp) THEN                   ! Print the choice
688         WRITE(numout,*)
689         IF( nvor ==  0 )   WRITE(numout,*) '         vorticity scheme : energy conserving scheme'
690         IF( nvor ==  1 )   WRITE(numout,*) '         vorticity scheme : enstrophy conserving scheme'
691         IF( nvor ==  2 )   WRITE(numout,*) '         vorticity scheme : mixed enstrophy/energy conserving scheme'
692         IF( nvor ==  3 )   WRITE(numout,*) '         vorticity scheme : energy and enstrophy conserving scheme'
693         IF( nvor == -1 )   WRITE(numout,*) '         esopa test: use all lateral physics options'
694      ENDIF
695      !
696   END SUBROUTINE vor_ctl
697
698   !!==============================================================================
699END MODULE dynvor
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.