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ldfdyn_c3d.h90 in trunk/NEMO/OPA_SRC/LDF – NEMO

source: trunk/NEMO/OPA_SRC/LDF/ldfdyn_c3d.h90 @ 32

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CT : UPDATE001 : First major NEMO update

  • Property svn:eol-style set to native
  • Property svn:executable set to *
  • Property svn:keywords set to Author Date Id Revision
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Line 
1   !!----------------------------------------------------------------------
2   !!                        ***  ldfdyn_c3d.h90  ***
3   !!----------------------------------------------------------------------
4
5   !!----------------------------------------------------------------------
6   !!   'key_dynldf_c3d'             3D lateral eddy viscosity coefficients
7   !!----------------------------------------------------------------------
8
9   SUBROUTINE ldf_dyn_c3d( ld_print )
10      !!----------------------------------------------------------------------
11      !!                  ***  ROUTINE ldf_dyn_c3d  ***
12      !!                   
13      !! ** Purpose :   initializations of the horizontal ocean physics
14      !!
15      !! ** Method  :   3D eddy viscosity coef. ( longitude, latitude, depth )
16      !!       laplacian operator   : ahm1, ahm2 defined at T- and F-points
17      !!                              ahm2, ahm4 never used
18      !!       bilaplacian operator : ahm1, ahm2 never used
19      !!                           :  ahm3, ahm4 defined at U- and V-points
20      !!       ??? explanation of the default is missing
21      !!----------------------------------------------------------------------
22      !! * Modules used
23      USE ldftra_oce, ONLY : aht0
24
25      !! * Arguments
26      LOGICAL, INTENT (in) :: ld_print   ! If true, output arrays on numout
27
28      !! * local variables
29      INTEGER  ::   ji, jj, jk      ! dummy loop indices
30      REAL(wp) ::   &
31         zr = 0.2 ,   &  ! maximum of the reduction factor at the bottom ocean
32         !               ! ( 0 < zr < 1 )
33         zh = 500.,   &  ! depth of at which start the reduction ( > dept(1) )
34         zdx_max  ,   &  ! maximum grid spacing over the global domain
35         za00, zc, zd    ! temporary scalars
36      REAL(wp), DIMENSION(jpk) ::   zcoef   ! temporary workspace
37      !!----------------------------------------------------------------------
38
39      IF(lwp) WRITE(numout,*)
40      IF(lwp) WRITE(numout,*) 'ldf_dyn_c3d : 3D lateral eddy viscosity coefficient'
41      IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
42
43     
44      ! Set ahm1 and ahm2  ( T- and F- points) (used for laplacian operators
45      ! =================                       whatever its orientation is)
46      IF( ln_dynldf_lap ) THEN
47         ! define ahm1 and ahm2 at the right grid point position
48         ! (USER: modify ahm1 and ahm2 following your desiderata)
49
50         zdx_max = MAXVAL( e1t(:,:) )
51         IF( lk_mpp )   CALL mpp_max( zdx_max )   ! max over the global domain
52
53         IF(lwp) WRITE(numout,*) '              laplacian operator: ahm proportional to e1'
54         IF(lwp) WRITE(numout,*) '              Caution, here we assume your mesh is isotropic ...'
55         IF(lwp) WRITE(numout,*) '              maximum grid-spacing = ', zdx_max, ' maximum value for ahm = ', ahm0
56
57
58         za00 = ahm0 / zdx_max
59
60         IF( ln_dynldf_iso ) THEN
61            IF(lwp) WRITE(numout,*) '              Caution, as implemented now, the isopycnal part of momentum'
62            IF(lwp) WRITE(numout,*) '                 mixing use aht0 as eddy viscosity coefficient. Thus, it is'
63            IF(lwp) WRITE(numout,*) '                 uniform and you must be sure that your ahm is greater than'
64            IF(lwp) WRITE(numout,*) '                 aht0 everywhere in the model domain.'
65         ENDIF
66
67         CALL ldf_zpf( .TRUE. , 1000., 500., 0.25, fsdept(:,:,:), ahm1 )   ! vertical profile
68         CALL ldf_zpf( .TRUE. , 1000., 500., 0.25, fsdept(:,:,:), ahm2 )   ! vertical profile
69         DO jk = 1,jpk
70            ahm1(:,:,jk) = za00 * e1t(:,:) * ahm1(:,:,jk)
71            ahm2(:,:,jk) = za00 * e1f(:,:) * ahm2(:,:,jk)
72         END DO
73
74
75         ! Special case for ORCA R2 and R4 configurations (overwrite the value of ahm1 ahm2)
76         ! ==============================================
77         IF( cp_cfg == "orca" .AND. ( jp_cfg == 2 .OR. jp_cfg == 4 ) ) THEN
78            IF(lwp) WRITE(numout,*)
79            IF(lwp) WRITE(numout,*) '              ORCA R2 or R4: overwrite the previous definition of ahm'
80            IF(lwp) WRITE(numout,*) '              ============='
81            CALL ldf_dyn_c3d_orca( ld_print )
82         ENDIF
83
84      ENDIF
85     
86      ! Control print
87      IF(lwp .AND. ld_print ) THEN
88         WRITE(numout,*)
89         WRITE(numout,*) '         3D ahm1 array (k=1)'
90         CALL prihre( ahm1(:,:,1), jpi, jpj, 1, jpi, 20, 1, jpj, 20, 1.e-3, numout )
91         WRITE(numout,*)
92         WRITE(numout,*) '         3D ahm2 array (k=1)'
93         CALL prihre( ahm2(:,:,1), jpi, jpj, 1, jpi, 20, 1, jpj, 20, 1.e-3, numout )
94      ENDIF
95
96
97      ! ahm3 and ahm4 at U- and V-points (used for bilaplacian operator
98      ! ================================  whatever its orientation is)
99      ! (USER: modify ahm3 and ahm4 following your desiderata)
100      ! Here: ahm is proportional to the cube of the maximum of the gridspacing
101      !       in the to horizontal direction
102
103      IF( ln_dynldf_bilap ) THEN
104
105         zdx_max = MAXVAL( e1u(:,:) )
106         IF( lk_mpp )   CALL mpp_max( zdx_max )   ! max over the global domain
107
108         IF(lwp) WRITE(numout,*) '              bi-laplacian operator: ahm proportional to e1**3 '
109         IF(lwp) WRITE(numout,*) '              Caution, here we assume your mesh is isotropic ...'
110         IF(lwp) WRITE(numout,*) '              maximum grid-spacing = ', zdx_max, ' maximum value for ahm = ', ahm0
111
112         za00 = ahm0 / ( zdx_max * zdx_max * zdx_max )
113         ahm3(:,:,1) = za00 * e1u(:,:) * e1u(:,:) * e1u(:,:)
114         ahm4(:,:,1) = za00 * e1v(:,:) * e1v(:,:) * e1v(:,:)
115
116         zh = MAX( zh, fsdept(1,1,1) )   ! at least the first reach ahm0
117         IF( lk_zco ) THEN               ! z-coordinate, same profile everywhere
118            IF(lwp) WRITE(numout,'(36x," ahm ", 7x)')
119            DO jk = 1, jpk
120               IF( fsdept(1,1,jk) <= zh ) THEN
121                  zcoef(jk) = 1.e0
122               ELSE
123                  zcoef(jk) = 1.e0 + ( zr - 1.e0 )   &
124                     &               * (  1. - EXP( ( fsdept(1,1,jk   ) - zh ) / zh )  )   &
125                     &               / (  1. - EXP( ( fsdept(1,1,jpkm1) - zh ) / zh )  )
126               ENDIF
127               ahm3(:,:,jk) = ahm3(:,:,1) * zcoef(jk)
128               ahm4(:,:,jk) = ahm4(:,:,1) * zcoef(jk)
129               IF(lwp) WRITE(numout,'(34x,E7.2,8x,i3)') zcoef(jk) * ahm0, jk
130            END DO
131         ELSE                            ! partial steps or s-ccordinate
132            zc = MAXVAL( fsdept(:,:,jpkm1) )
133            IF( lk_mpp )   CALL mpp_max( zc )   ! max over the global domain
134
135            zc = 1. / (  1. - EXP( ( zc - zh ) / zh )  )
136            DO jk = 2, jpkm1
137               DO jj = 1, jpj
138                  DO ji = 1, jpi
139                     IF( fsdept(ji,jj,jk) <= zh ) THEN
140                        ahm3(ji,jj,jk) = ahm3(ji,jj,1)
141                        ahm4(ji,jj,jk) = ahm4(ji,jj,1)
142                     ELSE
143                        zd = 1.e0 + ( zr - 1.e0 ) * (  1. - EXP( ( fsdept(ji,jj,jk) - zh ) / zh )  ) * zc
144                        ahm3(ji,jj,jk) = ahm3(ji,jj,1) * zd
145                        ahm4(ji,jj,jk) = ahm4(ji,jj,1) * zd
146                     ENDIF
147                  END DO
148               END DO
149            END DO
150            ahm3(:,:,jpk) = ahm3(:,:,jpkm1)
151            ahm4(:,:,jpk) = ahm4(:,:,jpkm1)
152            IF(lwp) WRITE(numout,'(36x," ahm ", 7x)')
153            DO jk = 1, jpk
154               IF(lwp) WRITE(numout,'(30x,E10.2,8x,i3)') ahm3(1,1,jk), jk
155            END DO
156         ENDIF
157
158         ! Control print
159         IF( lwp .AND. ld_print ) THEN
160            WRITE(numout,*)
161            WRITE(numout,*) 'inildf: ahm3 array at level 1'
162            CALL prihre(ahm3(:,:,1  ),jpi,jpj,1,jpi,1,1,jpj,1,1.e-3,numout)
163            WRITE(numout,*)
164            WRITE(numout,*) 'inildf: ahm4 array at level 1'
165            CALL prihre(ahm4(:,:,jpk),jpi,jpj,1,jpi,1,1,jpj,1,1.e-3,numout)
166         ENDIF
167      ENDIF
168
169   END SUBROUTINE ldf_dyn_c3d
170
171
172   SUBROUTINE ldf_dyn_c3d_orca( ld_print )
173      !!----------------------------------------------------------------------
174      !!                  ***  ROUTINE ldf_dyn_c3d  ***
175      !!                   
176      !! ** Purpose :   ORCA R2 an R4 only
177      !!
178      !! ** Method  :   blah blah blah ....
179      !!----------------------------------------------------------------------
180      !! * Modules used
181      USE ldftra_oce, ONLY : aht0
182 
183      !! * Arguments
184      LOGICAL, INTENT (in) :: ld_print   ! If true, output arrays on numout
185
186      !! * local variables
187      INTEGER ::   ji, jj, jk, jn      ! dummy loop indices
188      INTEGER ::   inum = 11           ! temporary logical unit
189      INTEGER ::   iost, iim, ijm
190      INTEGER ::   ifreq, il1, il2, ij, ii
191      INTEGER, DIMENSION(jpidta, jpjdta) ::   idata
192      INTEGER, DIMENSION(jpi   , jpj   ) ::   icof
193
194      REAL(wp) ::   zahmeq, zcoff, zcoft, zmsk
195      REAL(wp), DIMENSION(jpk) ::   zcoef
196
197      CHARACTER (len=15) ::   clexp
198      !!----------------------------------------------------------------------
199
200      IF(lwp) WRITE(numout,*)
201      IF(lwp) WRITE(numout,*) 'ldfdyn_c3d_orca : 3D eddy viscosity coefficient'
202      IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~~~~'
203      IF(lwp) WRITE(numout,*)
204      IF(lwp) WRITE(numout,*) '        orca R2 or R4 ocean model'
205      IF(lwp) WRITE(numout,*) '  reduced in the surface Eq. strip '
206      IF(lwp) WRITE(numout,*)
207
208      ! Read 2d integer array to specify western boundary increase in the
209      ! ===================== equatorial strip (20N-20S) defined at t-points
210
211      OPEN( UNIT=inum, FILE='ahmcoef', STATUS='OLD',   &
212         &  FORM='FORMATTED', ACCESS='SEQUENTIAL', ERR=111 ,   &
213         &  IOSTAT= iost)
214      IF( iost == 0 ) THEN
215         IF(lwp) THEN
216            WRITE(numout,*) '     file   : ahmcoef open ok'
217            WRITE(numout,*) '     unit   = ', inum
218            WRITE(numout,*) '     status = OLD'
219            WRITE(numout,*) '     form   = FORMATTED'
220            WRITE(numout,*) '     access = SEQUENTIAL'
221            WRITE(numout,*)
222         ENDIF
223      ENDIF
224111   CONTINUE
225      IF( iost /= 0 ) THEN
226         IF(lwp) THEN
227            WRITE(numout,*)
228            WRITE(numout,*) ' ===>>>> : bad opening file: ahmcoef,  we stop. verify the file '
229            WRITE(numout,*) ' =======   ===  '
230         ENDIF
231         nstop = nstop + 1
232      ENDIF
233
234      REWIND inum
235      READ(inum,9101) clexp, iim, ijm
236      READ(inum,'(/)')
237      ifreq = 40
238      il1 = 1
239      DO jn = 1, jpidta/ifreq+1
240         READ(inum,'(/)')
241         il2 = MIN( jpidta, il1+ifreq-1 )
242         READ(inum,9201) ( ii, ji = il1, il2, 5 )
243         READ(inum,'(/)')
244         DO jj = jpjdta, 1, -1
245            READ(inum,9202) ij, ( idata(ji,jj), ji = il1, il2 )
246         END DO
247         il1 = il1 + ifreq
248      END DO
249     
250      DO jj = 1, nlcj
251         DO ji = 1, nlci
252            icof(ji,jj) = idata( mig(ji), mjg(jj) )
253         END DO
254      END DO
255      DO jj = nlcj+1, jpj
256         DO ji = 1, nlci
257            icof(ji,jj) = icof(ji,nlcj)
258         END DO
259      END DO
260      DO jj = 1, jpj
261         DO ji = nlci+1, jpi
262            icof(ji,jj) = icof(nlci,jj)
263         END DO
264      END DO
265     
2669101  FORMAT(1x,a15,2i8)
2679201  FORMAT(3x,13(i3,12x))
2689202  FORMAT(i3,41i3)
269     
270      ! Set ahm1 and ahm2
271      ! =================
272     
273      ! define ahm1 and ahm2 at the right grid point position
274      ! (USER: modify ahm1 and ahm2 following your desiderata)
275      ! biharmonic : ahm1 (ahm2) defined at u- (v-) point
276      ! harmonic   : ahm1 (ahm2) defined at t- (f-) point
277     
278      ! first level : as for 2D coefficients
279     
280      ! Decrease ahm to zahmeq m2/s in the tropics
281      ! (from 90 to 20 degre: ahm = constant
282      ! from 20 to  2.5 degre: ahm = decrease in (1-cos)/2
283      ! from  2.5 to  0 degre: ahm = constant
284      ! symmetric in the south hemisphere)
285     
286      IF( jp_cfg == 4 )   zahmeq = 5.0 * aht0
287      IF( jp_cfg == 2 )   zahmeq =       aht0
288
289      DO jj = 1, jpj
290         DO ji = 1, jpi
291            IF( ABS(gphif(ji,jj)) >= 20.) THEN
292               ahm2(ji,jj,1) =  ahm0
293            ELSEIF( ABS(gphif(ji,jj)) <= 2.5) THEN
294               ahm2(ji,jj,1) =  zahmeq
295            ELSE
296               ahm2(ji,jj,1) = zahmeq    &
297                             + (ahm0-zahmeq)/2.*(1.-COS( rad*(ABS(gphif(ji,jj))-2.5)*180./17.5 ) )
298            ENDIF
299            IF( ABS(gphit(ji,jj)) >= 20.) THEN
300               ahm1(ji,jj,1) =  ahm0
301            ELSEIF( ABS(gphit(ji,jj)) <= 2.5) THEN
302               ahm1(ji,jj,1) =  zahmeq
303            ELSE
304               ahm1(ji,jj,1) = zahmeq    &
305                             + (ahm0-zahmeq)/2.*(1.-COS( rad*(ABS(gphit(ji,jj))-2.5)*180./17.5 ) )
306            ENDIF
307         END DO
308      END DO
309     
310      ! increase along western boundaries of equatorial strip
311      ! t-point
312      DO jj = 1, jpjm1
313         DO ji = 1, jpim1
314            zcoft = float( icof(ji,jj) ) / 100.
315            ahm1(ji,jj,1) = zcoft * ahm0 + (1.-zcoft) * ahm1(ji,jj,1)
316         END DO
317      END DO
318      ! f-point
319      icof(:,:) = icof(:,:) * tmask(:,:,1)
320      DO jj = 1, jpjm1
321         DO ji = 1, jpim1
322            zmsk = tmask(ji,jj+1,1) + tmask(ji+1,jj+1,1) + tmask(ji,jj,1) + tmask(ji,jj+1,1)
323            IF( zmsk == 0. ) THEN
324               zcoff = 1.
325            ELSE
326               zcoff = FLOAT( icof(ji,jj+1) + icof(ji+1,jj+1) + icof(ji,jj) + icof(ji,jj+1) )   &
327                     / (zmsk * 100.)
328            ENDIF
329            ahm2(ji,jj,1) = zcoff * ahm0 + (1.-zcoff) * ahm2(ji,jj,1)
330         END DO
331      END DO
332
333      ! other level: re-increase the coef in the deep ocean
334     
335      DO jk = 1, 21
336         zcoef(jk) = 1.
337      END DO
338      zcoef(22) = 2.
339      zcoef(23) = 3.
340      zcoef(24) = 5.
341      zcoef(25) = 7.
342      zcoef(26) = 9.
343      DO jk = 27, jpk
344         zcoef(jk) = 10.
345      END DO
346     
347      DO jk = 2, jpk
348         ahm1(:,:,jk) = MIN( ahm0, zcoef(jk) * ahm1(:,:,1) )
349         ahm2(:,:,jk) = MIN( ahm0, zcoef(jk) * ahm2(:,:,1) )
350      END DO
351     
352      ! Lateral boundary conditions on ( ahm1, ahm2 )
353      !                                ==============
354      CALL lbc_lnk( ahm1, 'T', 1. )   ! T-point, unchanged sign
355      CALL lbc_lnk( ahm2, 'F', 1. )   ! F-point, unchanged sign
356
357      ! Control print
358
359      IF(lwp) THEN
360         WRITE(numout,*)
361         WRITE(numout,*) '         3D ahm1 array (k=1)'
362         CALL prihre( ahm1(:,:,1), jpi, jpj, 1, jpi, 20, 1, jpj, 20, 1.e-3, numout )
363         WRITE(numout,*)
364         WRITE(numout,*) '         3D ahm2 array (k=1)'
365         CALL prihre( ahm2(:,:,1), jpi, jpj, 1, jpi, 20, 1, jpj, 20, 1.e-3, numout )
366         WRITE(numout,*)
367         WRITE(numout,*) '         3D ahm2 array (k=jpk)'
368         CALL prihre( ahm2(:,:,jpk), jpi, jpj, 1, jpi, 20, 1, jpj, 20, 1.e-3, numout )
369      ENDIF
370
371
372      ! Set ahm3 and ahm4
373      ! =================
374
375      ! define ahm3 and ahm4 at the right grid point position
376      ! initialization to a constant value
377      !     (USER: modify ahm3 and ahm4 following your desiderata)
378      !     harmonic isopycnal or geopotential:
379      !                          ahm3 (ahm4) defined at u- (v-) point
380      DO jk = 1, jpk
381         DO jj = 2, jpj
382            DO ji = 2, jpi
383               ahm3(ji,jj,jk) = 0.5 * ( ahm2(ji,jj,jk) + ahm2(ji  ,jj-1,jk) )
384               ahm4(ji,jj,jk) = 0.5 * ( ahm2(ji,jj,jk) + ahm2(ji-1,jj  ,jk) )
385            END DO
386         END DO
387      END DO
388      ahm3 ( :, 1, :) = ahm3 ( :, 2, :)
389      ahm4 ( :, 1, :) = ahm4 ( :, 2, :)
390     
391      ! Lateral boundary conditions on ( ahm3, ahm4 )
392      !                                ==============
393      CALL lbc_lnk( ahm3, 'U', 1. )   ! U-point, unchanged sign
394      CALL lbc_lnk( ahm4, 'V', 1. )   ! V-point, unchanged sign
395
396      ! Control print
397
398      IF( lwp .AND. ld_print ) THEN
399         WRITE(numout,*)
400         WRITE(numout,*) '         ahm3 array level 1'
401         CALL prihre(ahm3(:,:,1),jpi,jpj,1,jpi,1,1,jpj,1,1.e-3,numout)
402         WRITE(numout,*)
403         WRITE(numout,*) '         ahm4 array level 1'
404         CALL prihre(ahm4(:,:,1),jpi,jpj,1,jpi,1,1,jpj,1,1.e-3,numout)
405      ENDIF
406
407   END SUBROUTINE ldf_dyn_c3d_orca
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.