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 trunk/NEMO/OPA_SRC/ZDF – NEMO

source: trunk/NEMO/OPA_SRC/ZDF/zdftke.F90 @ 96

Last change on this file since 96 was 49, checked in by opalod, 20 years ago

CT : UPDATE023 : Addition of new diagnostics controled with logical key l_ctl

  • Property svn:eol-style set to native
  • Property svn:keywords set to Author Date Id Revision
File size: 35.1 KB
Line 
1MODULE zdftke
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  zdftke  ***
4   !! Ocean physics:  vertical mixing coefficient compute from the tke
5   !!                 turbulent closure parameterization
6   !!=====================================================================
7#if defined key_zdftke   ||   defined key_esopa
8   !!----------------------------------------------------------------------
9   !!   'key_zdftke'                                             TKE scheme
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   !!   zdf_tke      : update momentum and tracer Kz from a tke scheme
12   !!   zdf_tke_init : initialization, namelist read, and parameters control
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !! * Modules used
15   USE oce             ! ocean dynamics and active tracers
16   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
17   USE zdf_oce         ! ocean vertical physics
18   USE in_out_manager  ! I/O manager
19   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
20   USE phycst          ! physical constants
21   USE taumod          ! surface stress
22
23   IMPLICIT NONE
24   PRIVATE
25
26   !! * Routine accessibility
27   PUBLIC zdf_tke   ! routine called by step.F90
28
29   !! * Share Module variables
30   LOGICAL, PUBLIC, PARAMETER ::   lk_zdftke = .TRUE.    !: TKE vertical mixing flag
31   LOGICAL, PUBLIC ::         & !!: ** tke namelist (namtke) **
32     ln_rstke = .FALSE.          !: =T restart with tke from a run without tke with
33     !                           !  a none zero initial value for en
34   REAL(wp), PUBLIC, DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   &   !:
35      en                         !: now turbulent kinetic energy
36
37   !! * Module variables
38   INTEGER ::                 & !!! ** tke namelist (namtke) **
39      nitke = 50 ,            &  ! number of restart iterative loops
40      nmxl  =  2 ,            &  ! = 0/1/2/3 flag for the type of mixing length used
41      npdl  =  1 ,            &  ! = 0/1/2 flag on prandtl number on vert. eddy coeff.
42      nave  =  1 ,            &  ! = 0/1 flag for horizontal average on avt, avmu, avmv
43      navb  =  0                 ! = 0/1 flag for constant or profile background avt
44   REAL(wp) ::                & !!! ** tke namlist (namtke) **
45      ediff = 0.1_wp       ,  &  ! coeff. for vertical eddy coef.; avt=ediff*mxl*sqrt(e)
46      ediss = 0.7_wp       ,  &  ! coef. of the Kolmogoroff dissipation
47      ebb   = 3.75_wp      ,  &  ! coef. of the surface input of tke
48      efave = 1._wp        ,  &  ! coef. for the tke vert. diff. coeff.; avtke=efave*avm
49      emin  = 0.7071e-6_wp ,  &  ! minimum value of tke (m2/s2)
50      emin0 = 1.e-4_wp     ,  &  ! surface minimum value of tke (m2/s2)
51      ri_c  = 2._wp / 9._wp      ! critic Richardson number
52   REAL(wp) ::   & 
53      eboost        ! multiplicative coeff of the shear product.
54
55   !! caution vectopt_memory change the solution (last digit of the solver stat)
56# if defined key_vectopt_memory
57   REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   &
58      etmean,    &  ! coefficient used for horizontal smoothing
59      eumean,    &  ! at t-, u- and v-points
60      evmean        !
61# endif
62
63   !! * Substitutions
64#  include "domzgr_substitute.h90"
65#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
66   !!----------------------------------------------------------------------
67   !!   OPA 9.0 , LODYC-IPSL   (2003)
68   !!----------------------------------------------------------------------
69
70CONTAINS
71
72# if defined key_autotasking
73   !!----------------------------------------------------------------------
74   !!   'key_autotasking' :                             j-k-i loop (j-slab)
75   !!----------------------------------------------------------------------
76#  include "zdftke_atsk.h90"
77
78# else
79   !!----------------------------------------------------------------------
80   !!   default option :                                         k-j-i loop
81   !!----------------------------------------------------------------------
82
83   SUBROUTINE zdf_tke ( kt )
84      !!----------------------------------------------------------------------
85      !!                   ***  ROUTINE zdf_tke  ***
86      !!
87      !! ** Purpose :   Compute the vertical eddy viscosity and diffusivity
88      !!      coefficients using a 1.5 turbulent closure scheme.
89      !!
90      !! ** Method  :   The time evolution of the turbulent kinetic energy
91      !!      (tke) is computed from a prognostic equation :
92      !!         d(en)/dt = eboost eav (d(u)/dz)**2       ! shear production
93      !!                  + d( efave eav d(en)/dz )/dz    ! diffusion of tke
94      !!                  + grav/rau0 pdl eav d(rau)/dz   ! stratif. destruc.
95      !!                  - ediss / emxl en**(2/3)        ! dissipation
96      !!      with the boundary conditions:
97      !!         surface: en = max( emin0,ebb sqrt(taux^2 + tauy^2) )
98      !!         bottom : en = emin
99      !!      -1- The dissipation and mixing turbulent lengh scales are computed
100      !!      from the usual diagnostic buoyancy length scale: 
101      !!         mxl= 1/(sqrt(en)/N)  WHERE N is the brunt-vaisala frequency
102      !!      Four cases :
103      !!         nmxl=0 : mxl bounded by the distance to surface and bottom.
104      !!                  zmxld = zmxlm = mxl
105      !!         nmxl=1 : mxl bounded by the vertical scale factor.
106      !!                  zmxld = zmxlm = mxl
107      !!         nmxl=2 : mxl bounded such that the vertical derivative of mxl
108      !!                  is less than 1 (|d/dz(xml)|<1).
109      !!                  zmxld = zmxlm = mxl
110      !!         nmxl=3 : lup = mxl bounded using |d/dz(xml)|<1 from the surface
111      !!                        to the bottom
112      !!                  ldown = mxl bounded using |d/dz(xml)|<1 from the bottom
113      !!                        to the surface
114      !!                  zmxld = sqrt (lup*ldown) ; zmxlm = min(lup,ldown)
115      !!      -2- Compute the now Turbulent kinetic energy. The time differencing
116      !!      is implicit for vertical diffusion term, linearized for kolmo-
117      !!      goroff dissipation term, and explicit forward for both buoyancy
118      !!      and dynamic production terms. Thus a tridiagonal linear system is
119      !!      solved.
120      !!         Note that - the shear production is multiplied by eboost in order
121      !!      to set the critic richardson number to ri_c (namelist parameter)
122      !!                   - the destruction by stratification term is multiplied
123      !!      by the Prandtl number (defined by an empirical funtion of the local
124      !!      Richardson number) if npdl=1 (namelist parameter)
125      !!      coefficient (zesh2):
126      !!      -3- Compute the now vertical eddy vicosity and diffusivity
127      !!      coefficients from en (before the time stepping) and zmxlm:
128      !!              avm = max( avtb, ediff*zmxlm*en^1/2 )
129      !!              avt = max( avmb, pdl*avm )  (pdl=1 if npdl=0)
130      !!              eav = max( avmb, avm )
131      !!      avt and avm are horizontally averaged to avoid numerical insta-
132      !!      bilities.
133      !!        N.B. The computation is done from jk=2 to jpkm1 except for
134      !!      en. Surface value of avt avmu avmv are set once a time to
135      !!      their background value in routine zdf_tke_init.
136      !!
137      !! ** Action  :   compute en (now turbulent kinetic energy)
138      !!                update avt, avmu, avmv (before vertical eddy coef.)
139      !!
140      !! References :
141      !!      Gaspar et al., jgr, 95, 1990,
142      !!      Blanke and Delecluse, jpo, 1991
143      !! History :
144      !!   6.0  !  91-03  (b. blanke)  Original code
145      !!   7.0  !  91-11  (G. Madec)   bug fix
146      !!   7.1  !  92-10  (G. Madec)   new mixing length and eav
147      !!   7.2  !  93-03  (M. Guyon)   symetrical conditions
148      !!   7.3  !  94-08  (G. Madec, M. Imbard)   npdl flag
149      !!   7.5  !  96-01  (G. Madec)   s-coordinates
150      !!   8.0  !  97-07  (G. Madec)   lbc
151      !!   8.1  !  99-01  (E. Stretta) new option for the mixing length
152      !!   8.5  !  02-08  (G. Madec)  ri_c and Free form, F90
153      !!----------------------------------------------------------------------
154      !! * Modules used
155      USE oce     , zwd   => ua,  &  ! use ua as workspace
156         &          zmxlm => ta,  &  ! use ta as workspace
157         &          zmxld => sa      ! use sa as workspace
158
159      !! * arguments
160      INTEGER, INTENT( in  ) ::   kt ! ocean time step
161
162      !! * local declarations
163      INTEGER ::   ji, jj, jk        ! dummy loop arguments
164      REAL(wp) ::   &
165         zmlmin, zbbrau,          &  ! temporary scalars
166         zfact1, zfact2, zfact3,  &  !
167         zrn2, zesurf,            &  !
168         ztx2, zty2, zav,         &  !
169         zcoef, zcof, zsh2,       &  !
170         zdku, zdkv, zpdl, zri,   &  !
171         zsqen, zesh2,            &  !
172         zemxl, zemlm, zemlp
173      !!--------------------------------------------------------------------
174
175      ! Initialization (first time-step only)
176      ! --------------
177      IF( kt == nit000  )   CALL zdf_tke_init
178
179      ! Local constant initialization
180      zmlmin = 1.e-8
181      zbbrau =  .5 * ebb / rau0
182      zfact1 = -.5 * rdt * efave
183      zfact2 = 1.5 * rdt * ediss
184      zfact3 = 0.5 * rdt * ediss
185
186
187      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
188      ! I.  Mixing length
189      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
190
191
192      ! Buoyancy length scale: l=sqrt(2*e/n**2)
193      ! ---------------------
194      zmxlm(:,:, 1 ) = zmlmin   ! surface set to the minimum value
195      zmxlm(:,:,jpk) = zmlmin   ! bottom  set to the minimum value
196!CDIR NOVERRCHK
197      DO jk = 2, jpkm1
198!CDIR NOVERRCHK
199         DO jj = 2, jpjm1
200!CDIR NOVERRCHK
201            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
202               zrn2 = MAX( rn2(ji,jj,jk), rsmall )
203               zmxlm(ji,jj,jk) = MAX( SQRT( 2. * en(ji,jj,jk) / zrn2 ), zmlmin  )
204            END DO
205         END DO
206      END DO
207
208
209      ! Physical limits for the mixing length
210      ! -------------------------------------
211      zmxld(:,:, 1 ) = zmlmin   ! surface set to the minimum value
212      zmxld(:,:,jpk) = zmlmin   ! bottom  set to the minimum value
213
214      SELECT CASE ( nmxl )
215
216      CASE ( 0 )           ! bounded by the distance to surface and bottom
217         DO jk = 2, jpkm1
218            DO jj = 2, jpjm1
219               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
220                  zemxl = MIN( fsdepw(ji,jj,jk), zmxlm(ji,jj,jk),   &
221                  &            fsdepw(ji,jj,mbathy(ji,jj)) - fsdepw(ji,jj,jk) )
222                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl
223                  zmxld(ji,jj,jk) = zemxl
224               END DO
225            END DO
226         END DO
227
228      CASE ( 1 )           ! bounded by the vertical scale factor
229         DO jk = 2, jpkm1
230            DO jj = 2, jpjm1
231               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
232                  zemxl = MIN( fse3w(ji,jj,jk), zmxlm(ji,jj,jk) )
233                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl
234                  zmxld(ji,jj,jk) = zemxl
235               END DO
236            END DO
237         END DO
238
239      CASE ( 2 )           ! |dk[xml]| bounded by e3t :
240         DO jk = 2, jpkm1         ! from the surface to the bottom :
241            DO jj = 2, jpjm1
242               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
243                  zmxlm(ji,jj,jk) = MIN( zmxlm(ji,jj,jk-1) + fse3t(ji,jj,jk-1), zmxlm(ji,jj,jk) )
244               END DO
245            END DO
246         END DO
247         DO jk = jpkm1, 2, -1     ! from the bottom to the surface :
248            DO jj = 2, jpjm1
249               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
250                  zemxl = MIN( zmxlm(ji,jj,jk+1) + fse3t(ji,jj,jk+1), zmxlm(ji,jj,jk) )
251                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemxl
252                  zmxld(ji,jj,jk) = zemxl
253               END DO
254            END DO
255         END DO
256
257      CASE ( 3 )           ! lup and ldown, |dk[xml]| bounded by e3t :
258         DO jk = 2, jpkm1         ! from the surface to the bottom : lup
259            DO jj = 2, jpjm1
260               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
261                  zmxld(ji,jj,jk) = MIN( zmxld(ji,jj,jk-1) + fse3t(ji,jj,jk-1), zmxlm(ji,jj,jk) )
262               END DO
263            END DO
264         END DO
265         DO jk = jpkm1, 2, -1     ! from the bottom to the surface : ldown
266            DO jj = 2, jpjm1
267               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
268                  zmxlm(ji,jj,jk) = MIN( zmxlm(ji,jj,jk+1) + fse3t(ji,jj,jk+1), zmxlm(ji,jj,jk) )
269               END DO
270            END DO
271         END DO
272!CDIR NOVERRCHK
273         DO jk = 2, jpkm1
274!CDIR NOVERRCHK
275            DO jj = 2, jpjm1
276!CDIR NOVERRCHK
277               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
278                  zemlm = MIN ( zmxld(ji,jj,jk),  zmxlm(ji,jj,jk) )
279                  zemlp = SQRT( zmxld(ji,jj,jk) * zmxlm(ji,jj,jk) )
280                  zmxlm(ji,jj,jk) = zemlm
281                  zmxld(ji,jj,jk) = zemlp
282               END DO
283            END DO
284         END DO
285
286      END SELECT
287
288
289      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
290      ! II  Tubulent kinetic energy time stepping
291      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
292
293
294      ! 1. Vertical eddy viscosity on tke (put in zmxlm) and first estimate of avt
295      ! ---------------------------------------------------------------------
296!CDIR NOVERRCHK
297      DO jk = 2, jpkm1
298!CDIR NOVERRCHK
299         DO jj = 2, jpjm1
300!CDIR NOVERRCHK
301            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
302               zsqen = SQRT( en(ji,jj,jk) )
303               zav   = ediff * zmxlm(ji,jj,jk) * zsqen
304               avt  (ji,jj,jk) = MAX( zav, avtb(jk) ) * tmask(ji,jj,jk)
305               zmxlm(ji,jj,jk) = MAX( zav, avmb(jk) ) * tmask(ji,jj,jk)
306               zmxld(ji,jj,jk) = zsqen / zmxld(ji,jj,jk)
307            END DO
308         END DO
309      END DO
310
311      ! 2. Surface boundary condition on tke and its eddy viscosity (zmxlm)
312      ! -------------------------------------------------
313      ! en(1)   = ebb sqrt(taux^2+tauy^2) / rau0  (min value emin0)
314      ! zmxlm(1) = avmb(1) and zmxlm(jpk) = 0.
315!CDIR NOVERRCHK
316      DO jj = 2, jpjm1
317!CDIR NOVERRCHK
318         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
319            ztx2 = taux(ji-1,jj  ) + taux(ji,jj)
320            zty2 = tauy(ji  ,jj-1) + tauy(ji,jj)
321            zesurf = zbbrau * SQRT( ztx2 * ztx2 + zty2 * zty2 )
322            en (ji,jj,1) = MAX( zesurf, emin0 ) * tmask(ji,jj,1)
323            zmxlm(ji,jj,1  ) = avmb(1) * tmask(ji,jj,1)
324            zmxlm(ji,jj,jpk) = 0.e0
325         END DO
326      END DO
327
328      ! 3. Now Turbulent kinetic energy (output in en)
329      ! -------------------------------
330      ! Resolution of a tridiagonal linear system by a "methode de chasse"
331      ! computation from level 2 to jpkm1  (e(1) already computed and
332      ! e(jpk)=0 ).
333
334      SELECT CASE ( npdl )
335
336      CASE ( 0 )           ! No Prandtl number
337         DO jk = 2, jpkm1
338            DO jj = 2, jpjm1
339               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
340                  ! zesh2 = eboost * (du/dz)^2 - N^2
341                  zcoef = 0.5 / fse3w(ji,jj,jk)
342                  ! shear
343                  zdku = zcoef * (   ub(ji-1, jj ,jk-1) + ub(ji,jj,jk-1)   &
344                  &                - ub(ji-1, jj ,jk  ) - ub(ji,jj,jk  )  )
345                  zdkv = zcoef * (   vb( ji ,jj-1,jk-1) + vb(ji,jj,jk-1)   &
346                  &                - vb( ji ,jj-1,jk  ) - vb(ji,jj,jk  )  )
347                  ! coefficient (zesh2)
348                  zesh2 =  eboost * ( zdku*zdku + zdkv*zdkv ) - rn2(ji,jj,jk)
349
350                  ! Matrix
351                  zcof = zfact1 * tmask(ji,jj,jk)
352                  ! lower diagonal
353                  avmv(ji,jj,jk) = zcof * ( zmxlm(ji,jj,jk  ) + zmxlm(ji,jj,jk-1) )   &
354                  &                    / ( fse3t(ji,jj,jk-1) * fse3w(ji,jj,jk  ) )
355                  ! upper diagonal
356                  avmu(ji,jj,jk) = zcof * ( zmxlm(ji,jj,jk+1) + zmxlm(ji,jj,jk  ) )   &
357                  &                    / ( fse3t(ji,jj,jk  ) * fse3w(ji,jj,jk) )
358                  ! diagonal
359                  zwd(ji,jj,jk) = 1. - avmv(ji,jj,jk) - avmu(ji,jj,jk) + zfact2 * zmxld(ji,jj,jk)
360                  ! right hand side in en
361                  en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + zfact3 * zmxld(ji,jj,jk) * en   (ji,jj,jk)   &
362                  &                           +   rdt  * zmxlm(ji,jj,jk) * zesh2
363               END DO
364            END DO
365         END DO
366
367      CASE ( 1 )           ! Prandtl number
368         DO jk = 2, jpkm1
369            DO jj = 2, jpjm1
370               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
371                  ! zesh2 =  eboost * (du/dz)^2 - pdl * N^2
372                  zcoef = 0.5 / fse3w(ji,jj,jk)
373                  ! shear
374                  zdku = zcoef * (   ub(ji-1,jj  ,jk-1) + ub(ji,jj,jk-1) &
375                  &                - ub(ji-1,jj  ,jk  ) - ub(ji,jj,jk  )   )
376                  zdkv = zcoef * (   vb(ji  ,jj-1,jk-1) + vb(ji,jj,jk-1) &
377                  &                - vb(ji  ,jj-1,jk  ) - vb(ji,jj,jk  )   )
378                  ! square of vertical shear
379                  zsh2 = zdku * zdku + zdkv * zdkv
380                  ! Prandtl number
381                  zri  = MAX( rn2(ji,jj,jk), 0. ) / ( zsh2 + 1.e-20 )
382                  zpdl = 1.0
383                  IF( zri >= 0.2 ) zpdl = 0.2 / zri
384                  zpdl = MAX( 0.1, zpdl )
385                  ! coefficient (esh2)
386                  zesh2 = eboost * zsh2 - zpdl * rn2(ji,jj,jk)
387
388                  ! Matrix
389                  zcof = zfact1 * tmask(ji,jj,jk)
390                  ! lower diagonal
391                  avmv(ji,jj,jk) = zcof * ( zmxlm(ji,jj,jk  ) + zmxlm(ji,jj,jk-1) )   &
392                  &                     / ( fse3t(ji,jj,jk-1) * fse3w(ji,jj,jk  ) )
393                  ! upper diagonal
394                  avmu(ji,jj,jk) = zcof * ( zmxlm(ji,jj,jk+1) + zmxlm(ji,jj,jk  ) )   &
395                  &                     / ( fse3t(ji,jj,jk  ) * fse3w(ji,jj,jk) )
396                  ! diagonal
397                  zwd(ji,jj,jk) = 1. - avmv(ji,jj,jk) - avmu(ji,jj,jk) + zfact2 * zmxld(ji,jj,jk)
398                  ! right hand side in en
399                  en(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) + zfact3 * zmxld(ji,jj,jk) * en   (ji,jj,jk)   &
400                  &                           +   rdt  * zmxlm(ji,jj,jk) * zesh2
401                  ! save masked Prandlt number in zmxlm array
402                  zmxld(ji,jj,jk) = zpdl * tmask(ji,jj,jk)
403               END DO
404            END DO
405         END DO
406
407      END SELECT
408
409      ! 4. Matrix inversion from level 2 (tke prescribed at level 1)
410      !!--------------------------------
411      ! First recurrence : Dk = Dk - Lk * Uk-1 / Dk-1
412      DO jk = 3, jpkm1
413         DO jj = 2, jpjm1
414            DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vector opt.
415               zwd(ji,jj,jk) = zwd(ji,jj,jk) - avmv(ji,jj,jk) * avmu(ji,jj,jk-1) / zwd(ji,jj,jk-1)
416            END DO
417         END DO
418      END DO
419
420      ! Second recurrence : Lk = RHSk - Lk / Dk-1 * Lk-1
421      DO jj = 2, jpjm1
422         DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vector opt.
423            avmv(ji,jj,2) = en(ji,jj,2) - avmv(ji,jj,2) * en(ji,jj,1)    ! Surface boudary conditions on tke
424         END DO
425      END DO
426      DO jk = 3, jpkm1
427         DO jj = 2, jpjm1
428            DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vector opt.
429               avmv(ji,jj,jk) = en(ji,jj,jk) - avmv(ji,jj,jk) / zwd(ji,jj,jk-1) *avmv(ji,jj,jk-1)
430            END DO
431         END DO
432      END DO
433
434      ! thrid recurrence : Ek = ( Lk - Uk * Ek+1 ) / Dk
435      DO jj = 2, jpjm1
436         DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vector opt.
437            en(ji,jj,jpkm1) = avmv(ji,jj,jpkm1) / zwd(ji,jj,jpkm1)
438         END DO
439      END DO
440      DO jk = jpk-2, 2, -1
441         DO jj = 2, jpjm1
442            DO ji = fs_2, fs_jpim1    ! vector opt.
443               en(ji,jj,jk) = ( avmv(ji,jj,jk) - avmu(ji,jj,jk) * en(ji,jj,jk+1) ) / zwd(ji,jj,jk)
444            END DO
445         END DO
446      END DO
447
448      ! Save the result in en and set minimum value of tke : emin
449      DO jk = 2, jpkm1
450         DO jj = 2, jpjm1
451            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
452               en(ji,jj,jk) = MAX( en(ji,jj,jk), emin ) * tmask(ji,jj,jk)
453            END DO
454         END DO
455      END DO
456
457      ! Lateral boundary conditions on ( avt, en )   (sign unchanged)
458      CALL lbc_lnk( en , 'W', 1. )   ;   CALL lbc_lnk( avt, 'W', 1. )
459
460
461      !>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
462      ! III.  Before vertical eddy vicosity and diffusivity coefficients
463      !<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
464
465      !                                                ! ===============
466      DO jk = 2, jpkm1                                 ! Horizontal slab
467         !                                             ! ===============
468         SELECT CASE ( nave )
469           
470         CASE ( 0 )                ! no horizontal average
471
472            ! Vertical eddy viscosity
473
474            DO jj = 2, jpjm1
475               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
476                  avmu(ji,jj,jk) = ( avt  (ji,jj,jk) + avt  (ji+1,jj  ,jk) ) * umask(ji,jj,jk)   &
477                  &     / MAX( 1.,   tmask(ji,jj,jk) + tmask(ji+1,jj  ,jk) )
478                  avmv(ji,jj,jk) = ( avt  (ji,jj,jk) + avt  (ji  ,jj+1,jk) ) * vmask(ji,jj,jk)   &
479                  &     / MAX( 1.,   tmask(ji,jj,jk) + tmask(ji  ,jj+1,jk) )
480               END DO
481            END DO
482
483            ! Lateral boundary conditions (avmu,avmv) (U- and V- points, sign unchanged)
484            CALL lbc_lnk( avmu(:,:,jk), 'U', 1. )   ;    CALL lbc_lnk( avmv(:,:,jk), 'V', 1. )
485           
486         CASE ( 1 )                ! horizontal average
487
488            !                                                ( 1/2  1/2 )
489            ! Eddy viscosity: horizontal average: avmu = 1/4 ( 1    1   )
490            !                      ( 1/2  1 1/2 )            ( 1/2  1/2 )
491            !           avmv = 1/4 ( 1/2  1 1/2 )     
492           
493!! caution vectopt_memory change the solution (last digit of the solver stat)
494#  if defined key_vectopt_memory
495            DO jj = 2, jpjm1
496               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
497                  avmu(ji,jj,jk) = (      avt(ji,jj  ,jk) + avt(ji+1,jj  ,jk)   &
498                  &                 +.5*( avt(ji,jj-1,jk) + avt(ji+1,jj-1,jk)   &
499                  &                      +avt(ji,jj+1,jk) + avt(ji+1,jj+1,jk) ) ) * eumean(ji,jj,jk)
500
501                  avmv(ji,jj,jk) = (      avt(ji  ,jj,jk) + avt(ji  ,jj+1,jk)   &
502                  &                 +.5*( avt(ji-1,jj,jk) + avt(ji-1,jj+1,jk)   &
503                  &                      +avt(ji+1,jj,jk) + avt(ji+1,jj+1,jk) ) ) * evmean(ji,jj,jk)
504               END DO
505            END DO
506#  else
507            DO jj = 2, jpjm1
508               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
509                  avmu(ji,jj,jk) = (   avt  (ji,jj  ,jk) + avt  (ji+1,jj  ,jk)   &
510                  &              +.5*( avt  (ji,jj-1,jk) + avt  (ji+1,jj-1,jk)   &
511                  &                   +avt  (ji,jj+1,jk) + avt  (ji+1,jj+1,jk) ) ) * umask(ji,jj,jk)  &
512                  &       / MAX( 1.,   tmask(ji,jj  ,jk) + tmask(ji+1,jj  ,jk)   &
513                  &              +.5*( tmask(ji,jj-1,jk) + tmask(ji+1,jj-1,jk)   &
514                  &                   +tmask(ji,jj+1,jk) + tmask(ji+1,jj+1,jk) )  )
515
516                  avmv(ji,jj,jk) = (   avt  (ji  ,jj,jk) + avt  (ji  ,jj+1,jk)   &
517                  &              +.5*( avt  (ji-1,jj,jk) + avt  (ji-1,jj+1,jk)   &
518                  &                   +avt  (ji+1,jj,jk) + avt  (ji+1,jj+1,jk) ) ) * vmask(ji,jj,jk)  &
519                  &      /  MAX( 1.,   tmask(ji  ,jj,jk) + tmask(ji  ,jj+1,jk)   &
520                  &              +.5*( tmask(ji-1,jj,jk) + tmask(ji-1,jj+1,jk)   &
521                  &                   +tmask(ji+1,jj,jk) + tmask(ji+1,jj+1,jk) )  )
522               END DO
523            END DO
524#  endif
525
526            ! Lateral boundary conditions (avmu,avmv) (sign unchanged)
527            CALL lbc_lnk( avmu(:,:,jk), 'U', 1. )   ;    CALL lbc_lnk( avmv(:,:,jk), 'V', 1. )
528
529            ! Vertical eddy diffusivity
530            ! ------------------------------
531            !                                (1 2 1)
532            ! horizontal average  avt = 1/16 (2 4 2)
533            !                                (1 2 1)
534#  if defined key_vectopt_memory
535            DO jj = 2, jpjm1
536               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
537                  avt(ji,jj,jk) = ( avmu(ji,jj,jk) + avmu(ji-1,jj  ,jk)    &
538                  &               + avmv(ji,jj,jk) + avmv(ji  ,jj-1,jk)  ) * etmean(ji,jj,jk)
539               END DO
540            END DO
541#  else
542            DO jj = 2, jpjm1
543               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
544                  avt(ji,jj,jk) = ( avmu (ji,jj,jk) + avmu (ji-1,jj  ,jk)   &
545                  &               + avmv (ji,jj,jk) + avmv (ji  ,jj-1,jk)  ) * tmask(ji,jj,jk)   &
546                  &     / MAX( 1.,  umask(ji,jj,jk) + umask(ji-1,jj  ,jk)   &
547                  &               + vmask(ji,jj,jk) + vmask(ji  ,jj-1,jk)  )
548               END DO
549            END DO
550#  endif
551         END SELECT
552
553         ! multiplied by the Prandtl number (npdl>1)
554         ! ----------------------------------------
555         IF( npdl == 1 ) THEN
556            DO jj = 2, jpjm1
557               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
558                  zpdl = zmxld(ji,jj,jk)
559                  avt(ji,jj,jk) = MAX( zpdl * avt(ji,jj,jk), avtb(jk) ) * tmask(ji,jj,jk)
560               END DO
561            END DO
562         ENDIF
563
564         ! Minimum value on the eddy viscosity
565         ! ----------------------------------------
566         DO jj = 1, jpj
567            DO ji = 1, jpi
568               avmu(ji,jj,jk) = MAX( avmu(ji,jj,jk), avmb(jk) ) * umask(ji,jj,jk)
569               avmv(ji,jj,jk) = MAX( avmv(ji,jj,jk), avmb(jk) ) * vmask(ji,jj,jk)
570            END DO
571         END DO
572         !                                             ! ===============
573      END DO                                           !   End of slab
574      !                                                ! ===============
575
576      ! Lateral boundary conditions on avt  (sign unchanged)
577      ! ------------------------------=====
578      CALL lbc_lnk( avt, 'W', 1. )
579
580      IF( l_ctl ) THEN
581         WRITE(numout,*) ' tke  e : ', SUM( en  (:,:,:) ), ' t : ', SUM( avt (:,:,:) )
582         WRITE(numout,*) '      u : ', SUM( avmu(:,:,:) ), ' v : ', SUM( avmv(:,:,:) )
583      ENDIF
584
585   END SUBROUTINE zdf_tke
586
587# endif
588
589   SUBROUTINE zdf_tke_init
590      !!----------------------------------------------------------------------
591      !!                  ***  ROUTINE zdf_tke_init  ***
592      !!                     
593      !! ** Purpose :   Initialization of the vertical eddy diffivity and
594      !!      viscosity when using a tke turbulent closure scheme
595      !!
596      !! ** Method  :   Read the namtke namelist and check the parameters
597      !!      called at the first timestep (nit000)
598      !!
599      !! ** input   :   Namlist namtke
600      !!
601      !! ** Action  :   Increase by 1 the nstop flag is setting problem encounter
602      !!
603      !! history :
604      !!  8.5  ! 02-06 (G. Madec) original code
605      !!----------------------------------------------------------------------
606      !! * Module used
607      USE dynzdf_exp
608      USE trazdf_exp
609
610      !! * local declarations
611      !! caution vectopt_memory change the solution (last digit of the solver stat)
612# if defined key_vectopt_memory
613      INTEGER ::   ji, jj, jk, jit   ! dummy loop indices
614# else
615      INTEGER ::           jk, jit   ! dummy loop indices
616# endif
617
618      NAMELIST/namtke/ ln_rstke, ediff, ediss, ebb, efave, emin, emin0,   &
619         ri_c, nitke, nmxl, npdl, nave, navb
620      !!----------------------------------------------------------------------
621
622      ! Read Namelist namtke : Turbulente Kinetic Energy
623      ! --------------------
624      REWIND ( numnam )
625      READ   ( numnam, namtke )
626
627      ! Compute boost associated with the Richardson critic
628      !     (control values: ri_c = 0.3   ==> eboost=1.25 for npdl=1 or 2)
629      !     (                ri_c = 0.222 ==> eboost=1.                  )
630      eboost = ri_c * ( 2. + ediss / ediff ) / 2.
631
632
633      ! Parameter control and print
634      ! ---------------------------
635      ! Control print
636      IF(lwp) THEN
637         WRITE(numout,*)
638         WRITE(numout,*) 'zdf_tke_init : tke turbulent closure scheme'
639         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
640         WRITE(numout,*) '          Namelist namtke : set tke mixing parameters'
641         WRITE(numout,*) '             restart with tke from no tke ln_rstke = ', ln_rstke
642         WRITE(numout,*) '             coef. to compute avt           ediff  = ', ediff
643         WRITE(numout,*) '             Kolmogoroff dissipation coef.  ediss  = ', ediss
644         WRITE(numout,*) '             tke surface input coef.        ebb    = ', ebb
645         WRITE(numout,*) '             tke diffusion coef.            efave  = ', efave
646         WRITE(numout,*) '             minimum value of tke           emin   = ', emin
647         WRITE(numout,*) '             surface minimum value of tke   emin0  = ', emin0
648         WRITE(numout,*) '             number of restart iter loops   nitke  = ', nitke
649         WRITE(numout,*) '             mixing length type             nmxl   = ', nmxl
650         WRITE(numout,*) '             prandl number flag             npdl   = ', npdl
651         WRITE(numout,*) '             horizontal average flag        nave   = ', nave
652         WRITE(numout,*) '             critic Richardson nb           ri_c   = ', ri_c
653         WRITE(numout,*) '                and its associated coeff.   eboost = ', eboost
654         WRITE(numout,*) '             constant background or profile navb   = ', navb
655         WRITE(numout,*)
656      ENDIF
657
658      ! Check nmxl and npdl values
659      IF( nmxl < 0 .OR. nmxl > 3 ) THEN
660         IF(lwp) WRITE(numout,cform_err)
661         IF(lwp) WRITE(numout,*) '          bad flag: nmxl is < 0 or > 3 '
662         nstop = nstop + 1
663      ENDIF
664      IF ( npdl < 0 .OR. npdl > 1 ) THEN
665         IF(lwp) WRITE(numout,cform_err)
666         IF(lwp) WRITE(numout,*) '          bad flag: npdl is < 0 or > 1 '
667         nstop = nstop + 1
668      ENDIF
669
670
671      ! Horizontal average : initialization of weighting arrays
672      ! -------------------
673     
674      SELECT CASE ( nave )
675
676      CASE ( 0 )                ! no horizontal average
677         IF(lwp) WRITE(numout,*) '          no horizontal average on avt, avmu, avmv'
678         IF(lwp) WRITE(numout,*) '          only in very high horizontal resolution !'
679!! caution vectopt_memory change the solution (last digit of the solver stat)
680# if defined key_vectopt_memory
681         ! weighting mean arrays etmean, eumean and evmean
682         !           ( 1  1 )                                          ( 1 )
683         ! avt = 1/4 ( 1  1 )     avmu = 1/2 ( 1  1 )       avmv=  1/2 ( 1 )
684         !                         
685         etmean(:,:,:) = 0.e0
686         eumean(:,:,:) = 0.e0
687         evmean(:,:,:) = 0.e0
688         
689         DO jk = 1, jpkm1
690            DO jj = 2, jpjm1
691               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
692                  etmean(ji,jj,jk) = tmask(ji,jj,jk)                     &
693                  &  / MAX( 1.,  umask(ji-1,jj  ,jk) + umask(ji,jj,jk)   &
694                  &            + vmask(ji  ,jj-1,jk) + vmask(ji,jj,jk)  )
695                 
696                  eumean(ji,jj,jk) = umask(ji,jj,jk)                     &
697                  &  / MAX( 1.,  tmask(ji,jj,jk) + tmask(ji+1,jj  ,jk)  )
698
699                  evmean(ji,jj,jk) = vmask(ji,jj,jk)                     &
700                  &  / MAX( 1.,  tmask(ji,jj,jk) + tmask(ji  ,jj+1,jk)  )
701               END DO
702            END DO
703         END DO
704# endif
705
706      CASE ( 1 )                ! horizontal average
707         IF(lwp) WRITE(numout,*) '          horizontal average on avt, avmu, avmv'
708!! caution vectopt_memory change the solution (last digit of the solver stat)
709# if defined key_vectopt_memory
710         ! weighting mean arrays etmean, eumean and evmean
711         !           ( 1  1 )              ( 1/2  1/2 )             ( 1/2  1  1/2 )
712         ! avt = 1/4 ( 1  1 )   avmu = 1/4 ( 1    1   )   avmv= 1/4 ( 1/2  1  1/2 )
713         !                                 ( 1/2  1/2 )
714         etmean(:,:,:) = 0.e0
715         eumean(:,:,:) = 0.e0
716         evmean(:,:,:) = 0.e0
717         
718         DO jk = 1, jpkm1
719            DO jj = 2, jpjm1
720               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
721                  etmean(ji,jj,jk) = tmask(ji,jj,jk)                     &
722                  &  / MAX( 1.,  umask(ji-1,jj  ,jk) + umask(ji,jj,jk)   &
723                  &            + vmask(ji  ,jj-1,jk) + vmask(ji,jj,jk)  )
724                 
725                  eumean(ji,jj,jk) = umask(ji,jj,jk)                        &
726                  &  / MAX( 1.,   tmask(ji,jj  ,jk) + tmask(ji+1,jj  ,jk)   &
727                  &       +.5 * ( tmask(ji,jj-1,jk) + tmask(ji+1,jj-1,jk)   &
728                  &              +tmask(ji,jj+1,jk) + tmask(ji+1,jj+1,jk) )  )
729
730                  evmean(ji,jj,jk) = vmask(ji,jj,jk)                        &
731                  &  / MAX( 1.,   tmask(ji  ,jj,jk) + tmask(ji  ,jj+1,jk)   &
732                  &       +.5 * ( tmask(ji-1,jj,jk) + tmask(ji-1,jj+1,jk)   &
733                  &              +tmask(ji+1,jj,jk) + tmask(ji+1,jj+1,jk) )  )
734               END DO
735            END DO
736         END DO
737# endif
738
739      CASE DEFAULT
740         IF(lwp) WRITE(numout,cform_err)
741         IF(lwp) WRITE(numout,*) '          bad flag value for nave = ', nave
742         nstop = nstop + 1
743
744      END SELECT
745
746
747      ! Background eddy viscosity and diffusivity profil
748      ! ------------------------------------------------
749      IF( navb == 0 ) THEN
750         !   Define avmb, avtb from namelist parameter
751         avmb(:) = avm0
752         avtb(:) = avt0
753      ELSE
754         !   Background profile of avt (fit a theoretical/observational profile (Krauss 1990)
755         avmb(:) = avm0
756         avtb(:) = 1.e-5 + 2.8e-8 * gdepw(:)   ! m2/s
757      ENDIF
758
759      !   Increase the background in the surface layers
760      avmb(1) = 10.  * avmb(1)      ;      avtb(1) = 10.  * avtb(1)
761      avmb(2) = 10.  * avmb(2)      ;      avtb(2) = 10.  * avtb(2)
762      avmb(3) =  5.  * avmb(3)      ;      avtb(3) =  5.  * avtb(3)
763      avmb(4) =  2.5 * avmb(4)      ;      avtb(4) =  2.5 * avtb(4)
764
765
766      ! Initialization of vertical eddy coef. to the background value
767      ! -------------------------------------------------------------
768      DO jk = 1, jpk
769         avt (:,:,jk) = avtb(jk) * tmask(:,:,jk)
770         avmu(:,:,jk) = avmb(jk) * umask(:,:,jk)
771         avmv(:,:,jk) = avmb(jk) * vmask(:,:,jk)
772      END DO
773
774
775      ! Initialization of turbulent kinetic energy ( en )
776      ! -------------------------------------------------
777      IF( ln_rstart ) THEN
778         ! no en field in the restart file, en set by iterative loop
779         IF( ln_rstke ) THEN
780            en (:,:,:) = emin * tmask(:,:,:)
781            DO jit = 2, nitke+1
782               CALL zdf_tke( jit )
783            END DO
784         ENDIF
785         ! otherwise en is already read in dtrlec called by inidtr
786      ELSE
787         ! no restart: en set to emin
788         en(:,:,:) = emin * tmask(:,:,:)
789      ENDIF
790
791   END SUBROUTINE zdf_tke_init
792
793#else
794   !!----------------------------------------------------------------------
795   !!   Dummy module :                                        NO TKE scheme
796   !!----------------------------------------------------------------------
797   LOGICAL, PUBLIC, PARAMETER ::   lk_zdftke = .FALSE.   !: TKE flag
798CONTAINS
799   SUBROUTINE zdf_tke( kt )          ! Empty routine
800      WRITE(*,*) 'zdf_tke: You should not have seen this print! error?', kt
801   END SUBROUTINE zdf_tke
802#endif
803
804   !!======================================================================
805END MODULE zdftke
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.