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.
domvvl.F90 in trunk/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DOM – NEMO

source: trunk/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DOM/domvvl.F90 @ 7897

Last change on this file since 7897 was 7753, checked in by mocavero, 7 years ago

Reverting trunk to remove OpenMP

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 54.8 KB
RevLine 
[592]1MODULE domvvl
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE domvvl   ***
4   !! Ocean :
5   !!======================================================================
[1438]6   !! History :  2.0  !  2006-06  (B. Levier, L. Marie)  original code
7   !!            3.1  !  2009-02  (G. Madec, M. Leclair, R. Benshila)  pure z* coordinate
[4292]8   !!            3.3  !  2011-10  (M. Leclair) totally rewrote domvvl:
9   !!                                          vvl option includes z_star and z_tilde coordinates
[5120]10   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) add ice shelf capability
[592]11   !!----------------------------------------------------------------------
[5836]12
[592]13   !!----------------------------------------------------------------------
[4292]14   !!   dom_vvl_init     : define initial vertical scale factors, depths and column thickness
15   !!   dom_vvl_sf_nxt   : Compute next vertical scale factors
16   !!   dom_vvl_sf_swp   : Swap vertical scale factors and update the vertical grid
17   !!   dom_vvl_interpol : Interpolate vertical scale factors from one grid point to another
18   !!   dom_vvl_rst      : read/write restart file
19   !!   dom_vvl_ctl      : Check the vvl options
20   !!----------------------------------------------------------------------
[592]21   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
[6140]22   USE phycst          ! physical constant
[592]23   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
[4292]24   USE sbc_oce         ! ocean surface boundary condition
[6152]25   USE wet_dry         ! wetting and drying
[7646]26   USE usrdef_istate   ! user defined initial state (wad only)
[6140]27   USE restart         ! ocean restart
28   !
[592]29   USE in_out_manager  ! I/O manager
[4292]30   USE iom             ! I/O manager library
[592]31   USE lib_mpp         ! distributed memory computing library
32   USE lbclnk          ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
[3294]33   USE wrk_nemo        ! Memory allocation
34   USE timing          ! Timing
[592]35
36   IMPLICIT NONE
37   PRIVATE
38
[4292]39   PUBLIC  dom_vvl_init       ! called by domain.F90
40   PUBLIC  dom_vvl_sf_nxt     ! called by step.F90
41   PUBLIC  dom_vvl_sf_swp     ! called by step.F90
42   PUBLIC  dom_vvl_interpol   ! called by dynnxt.F90
[592]43
[5836]44   !                                                      !!* Namelist nam_vvl
45   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_zstar           = .FALSE.    ! zstar  vertical coordinate
46   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_ztilde          = .FALSE.    ! ztilde vertical coordinate
47   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_layer           = .FALSE.    ! level  vertical coordinate
48   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_ztilde_as_zstar = .FALSE.    ! ztilde vertical coordinate
49   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_zstar_at_eqtor  = .FALSE.    ! ztilde vertical coordinate
50   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_kepe            = .FALSE.    ! kinetic/potential energy transfer
51   !                                                       ! conservation: not used yet
52   REAL(wp)         :: rn_ahe3                             ! thickness diffusion coefficient
53   REAL(wp)         :: rn_rst_e3t                          ! ztilde to zstar restoration timescale [days]
54   REAL(wp)         :: rn_lf_cutoff                        ! cutoff frequency for low-pass filter  [days]
55   REAL(wp)         :: rn_zdef_max                         ! maximum fractional e3t deformation
56   LOGICAL , PUBLIC :: ln_vvl_dbg = .FALSE.                ! debug control prints
[592]57
[5836]58   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: un_td, vn_td                ! thickness diffusion transport
59   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: hdiv_lf                     ! low frequency part of hz divergence
60   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: tilde_e3t_b, tilde_e3t_n    ! baroclinic scale factors
61   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) :: tilde_e3t_a, dtilde_e3t_a   ! baroclinic scale factors
62   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   :: frq_rst_e3t                 ! retoring period for scale factors
63   REAL(wp)        , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   :: frq_rst_hdv                 ! retoring period for low freq. divergence
[1438]64
[592]65   !! * Substitutions
66#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
67   !!----------------------------------------------------------------------
[6140]68   !! NEMO/OPA 3.7 , NEMO-Consortium (2015)
[888]69   !! $Id$
[2715]70   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
[592]71   !!----------------------------------------------------------------------
[4292]72CONTAINS
73
[2715]74   INTEGER FUNCTION dom_vvl_alloc()
75      !!----------------------------------------------------------------------
[4292]76      !!                ***  FUNCTION dom_vvl_alloc  ***
[2715]77      !!----------------------------------------------------------------------
[6140]78      IF( ln_vvl_zstar )   dom_vvl_alloc = 0
[4292]79      IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ) THEN
[4338]80         ALLOCATE( tilde_e3t_b(jpi,jpj,jpk)  , tilde_e3t_n(jpi,jpj,jpk) , tilde_e3t_a(jpi,jpj,jpk) ,   &
81            &      dtilde_e3t_a(jpi,jpj,jpk) , un_td  (jpi,jpj,jpk)     , vn_td  (jpi,jpj,jpk)     ,   &
82            &      STAT = dom_vvl_alloc        )
[4292]83         IF( lk_mpp             )   CALL mpp_sum ( dom_vvl_alloc )
84         IF( dom_vvl_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('dom_vvl_alloc: failed to allocate arrays')
[6140]85         un_td = 0._wp
86         vn_td = 0._wp
[4292]87      ENDIF
88      IF( ln_vvl_ztilde ) THEN
89         ALLOCATE( frq_rst_e3t(jpi,jpj) , frq_rst_hdv(jpi,jpj) , hdiv_lf(jpi,jpj,jpk) , STAT= dom_vvl_alloc )
90         IF( lk_mpp             )   CALL mpp_sum ( dom_vvl_alloc )
91         IF( dom_vvl_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('dom_vvl_alloc: failed to allocate arrays')
92      ENDIF
[6140]93      !
[2715]94   END FUNCTION dom_vvl_alloc
95
96
[4292]97   SUBROUTINE dom_vvl_init
[592]98      !!----------------------------------------------------------------------
[4292]99      !!                ***  ROUTINE dom_vvl_init  ***
[592]100      !!                   
[4292]101      !! ** Purpose :  Initialization of all scale factors, depths
102      !!               and water column heights
103      !!
104      !! ** Method  :  - use restart file and/or initialize
105      !!               - interpolate scale factors
106      !!
[6140]107      !! ** Action  : - e3t_(n/b) and tilde_e3t_(n/b)
108      !!              - Regrid: e3(u/v)_n
109      !!                        e3(u/v)_b       
110      !!                        e3w_n           
111      !!                        e3(u/v)w_b     
112      !!                        e3(u/v)w_n     
113      !!                        gdept_n, gdepw_n and gde3w_n
[4292]114      !!              - h(t/u/v)_0
115      !!              - frq_rst_e3t and frq_rst_hdv
116      !!
117      !! Reference  : Leclair, M., and G. Madec, 2011, Ocean Modelling.
[592]118      !!----------------------------------------------------------------------
[6140]119      INTEGER ::   ji, jj, jk
[4292]120      INTEGER ::   ii0, ii1, ij0, ij1
[5120]121      REAL(wp)::   zcoef
[592]122      !!----------------------------------------------------------------------
[6140]123      !
124      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_start('dom_vvl_init')
125      !
[4292]126      IF(lwp) WRITE(numout,*)
127      IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dom_vvl_init : Variable volume activated'
128      IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
[6140]129      !
130      CALL dom_vvl_ctl     ! choose vertical coordinate (z_star, z_tilde or layer)
131      !
132      !                    ! Allocate module arrays
[4292]133      IF( dom_vvl_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'dom_vvl_init : unable to allocate arrays' )
[6140]134      !
135      !                    ! Read or initialize e3t_(b/n), tilde_e3t_(b/n) and hdiv_lf
[4292]136      CALL dom_vvl_rst( nit000, 'READ' )
[7753]137      e3t_a(:,:,jpk) = e3t_0(:,:,jpk)  ! last level always inside the sea floor set one for all
[6140]138      !
139      !                    !== Set of all other vertical scale factors  ==!  (now and before)
140      !                                ! Horizontal interpolation of e3t
141      CALL dom_vvl_interpol( e3t_b(:,:,:), e3u_b(:,:,:), 'U' )    ! from T to U
142      CALL dom_vvl_interpol( e3t_n(:,:,:), e3u_n(:,:,:), 'U' )
143      CALL dom_vvl_interpol( e3t_b(:,:,:), e3v_b(:,:,:), 'V' )    ! from T to V
144      CALL dom_vvl_interpol( e3t_n(:,:,:), e3v_n(:,:,:), 'V' )
145      CALL dom_vvl_interpol( e3u_n(:,:,:), e3f_n(:,:,:), 'F' )    ! from U to F
146      !                                ! Vertical interpolation of e3t,u,v
147      CALL dom_vvl_interpol( e3t_n(:,:,:), e3w_n (:,:,:), 'W'  )  ! from T to W
148      CALL dom_vvl_interpol( e3t_b(:,:,:), e3w_b (:,:,:), 'W'  )
149      CALL dom_vvl_interpol( e3u_n(:,:,:), e3uw_n(:,:,:), 'UW' )  ! from U to UW
150      CALL dom_vvl_interpol( e3u_b(:,:,:), e3uw_b(:,:,:), 'UW' )
151      CALL dom_vvl_interpol( e3v_n(:,:,:), e3vw_n(:,:,:), 'VW' )  ! from V to UW
152      CALL dom_vvl_interpol( e3v_b(:,:,:), e3vw_b(:,:,:), 'VW' )
153      !
154      !                    !==  depth of t and w-point  ==!   (set the isf depth as it is in the initial timestep)
[7753]155      gdept_n(:,:,1) = 0.5_wp * e3w_n(:,:,1)       ! reference to the ocean surface (used for MLD and light penetration)
156      gdepw_n(:,:,1) = 0.0_wp
157      gde3w_n(:,:,1) = gdept_n(:,:,1) - sshn(:,:)  ! reference to a common level z=0 for hpg
158      gdept_b(:,:,1) = 0.5_wp * e3w_b(:,:,1)
159      gdepw_b(:,:,1) = 0.0_wp
[6140]160      DO jk = 2, jpk                               ! vertical sum
[5120]161         DO jj = 1,jpj
162            DO ji = 1,jpi
[6140]163               !    zcoef = tmask - wmask    ! 0 everywhere tmask = wmask, ie everywhere expect at jk = mikt
164               !                             ! 1 everywhere from mbkt to mikt + 1 or 1 (if no isf)
165               !                             ! 0.5 where jk = mikt     
166!!gm ???????   BUG ?  gdept_n as well as gde3w_n  does not include the thickness of ISF ??
167               zcoef = ( tmask(ji,jj,jk) - wmask(ji,jj,jk) )
168               gdepw_n(ji,jj,jk) = gdepw_n(ji,jj,jk-1) + e3t_n(ji,jj,jk-1)
169               gdept_n(ji,jj,jk) =      zcoef  * ( gdepw_n(ji,jj,jk  ) + 0.5 * e3w_n(ji,jj,jk))  &
170                  &                + (1-zcoef) * ( gdept_n(ji,jj,jk-1) +       e3w_n(ji,jj,jk)) 
171               gde3w_n(ji,jj,jk) = gdept_n(ji,jj,jk) - sshn(ji,jj)
172               gdepw_b(ji,jj,jk) = gdepw_b(ji,jj,jk-1) + e3t_b(ji,jj,jk-1)
173               gdept_b(ji,jj,jk) =      zcoef  * ( gdepw_b(ji,jj,jk  ) + 0.5 * e3w_b(ji,jj,jk))  &
174                  &                + (1-zcoef) * ( gdept_b(ji,jj,jk-1) +       e3w_b(ji,jj,jk)) 
[4990]175            END DO
176         END DO
[592]177      END DO
[6140]178      !
179      !                    !==  thickness of the water column  !!   (ocean portion only)
[7753]180      ht_n(:,:) = e3t_n(:,:,1) * tmask(:,:,1)   !!gm  BUG  :  this should be 1/2 * e3w(k=1) ....
181      hu_b(:,:) = e3u_b(:,:,1) * umask(:,:,1)
182      hu_n(:,:) = e3u_n(:,:,1) * umask(:,:,1)
183      hv_b(:,:) = e3v_b(:,:,1) * vmask(:,:,1)
184      hv_n(:,:) = e3v_n(:,:,1) * vmask(:,:,1)
[6140]185      DO jk = 2, jpkm1
[7753]186         ht_n(:,:) = ht_n(:,:) + e3t_n(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
187         hu_b(:,:) = hu_b(:,:) + e3u_b(:,:,jk) * umask(:,:,jk)
188         hu_n(:,:) = hu_n(:,:) + e3u_n(:,:,jk) * umask(:,:,jk)
189         hv_b(:,:) = hv_b(:,:) + e3v_b(:,:,jk) * vmask(:,:,jk)
190         hv_n(:,:) = hv_n(:,:) + e3v_n(:,:,jk) * vmask(:,:,jk)
[4370]191      END DO
[6140]192      !
193      !                    !==  inverse of water column thickness   ==!   (u- and v- points)
[7753]194      r1_hu_b(:,:) = ssumask(:,:) / ( hu_b(:,:) + 1._wp - ssumask(:,:) )    ! _i mask due to ISF
195      r1_hu_n(:,:) = ssumask(:,:) / ( hu_n(:,:) + 1._wp - ssumask(:,:) )
196      r1_hv_b(:,:) = ssvmask(:,:) / ( hv_b(:,:) + 1._wp - ssvmask(:,:) )
197      r1_hv_n(:,:) = ssvmask(:,:) / ( hv_n(:,:) + 1._wp - ssvmask(:,:) )
198
[6140]199      !                    !==   z_tilde coordinate case  ==!   (Restoring frequencies)
[4292]200      IF( ln_vvl_ztilde ) THEN
[6140]201!!gm : idea: add here a READ in a file of custumized restoring frequency
202         !                                   ! Values in days provided via the namelist
203         !                                   ! use rsmall to avoid possible division by zero errors with faulty settings
[7753]204         frq_rst_e3t(:,:) = 2._wp * rpi / ( MAX( rn_rst_e3t  , rsmall ) * 86400.0_wp )
205         frq_rst_hdv(:,:) = 2._wp * rpi / ( MAX( rn_lf_cutoff, rsmall ) * 86400.0_wp )
[6140]206         !
207         IF( ln_vvl_ztilde_as_zstar ) THEN   ! z-star emulation using z-tile
[7753]208            frq_rst_e3t(:,:) = 0._wp               !Ignore namelist settings
209            frq_rst_hdv(:,:) = 1._wp / rdt
[4292]210         ENDIF
[6140]211         IF ( ln_vvl_zstar_at_eqtor ) THEN   ! use z-star in vicinity of the Equator
[4292]212            DO jj = 1, jpj
213               DO ji = 1, jpi
[6140]214!!gm  case |gphi| >= 6 degrees is useless   initialized just above by default
[4292]215                  IF( ABS(gphit(ji,jj)) >= 6.) THEN
216                     ! values outside the equatorial band and transition zone (ztilde)
217                     frq_rst_e3t(ji,jj) =  2.0_wp * rpi / ( MAX( rn_rst_e3t  , rsmall ) * 86400.e0_wp )
218                     frq_rst_hdv(ji,jj) =  2.0_wp * rpi / ( MAX( rn_lf_cutoff, rsmall ) * 86400.e0_wp )
[6140]219                  ELSEIF( ABS(gphit(ji,jj)) <= 2.5) THEN    ! Equator strip ==> z-star
[4292]220                     ! values inside the equatorial band (ztilde as zstar)
221                     frq_rst_e3t(ji,jj) =  0.0_wp
222                     frq_rst_hdv(ji,jj) =  1.0_wp / rdt
[6140]223                  ELSE                                      ! transition band (2.5 to 6 degrees N/S)
224                     !                                      ! (linearly transition from z-tilde to z-star)
[4292]225                     frq_rst_e3t(ji,jj) = 0.0_wp + (frq_rst_e3t(ji,jj)-0.0_wp)*0.5_wp   &
226                        &            * (  1.0_wp - COS( rad*(ABS(gphit(ji,jj))-2.5_wp)  &
227                        &                                          * 180._wp / 3.5_wp ) )
228                     frq_rst_hdv(ji,jj) = (1.0_wp / rdt)                                &
229                        &            + (  frq_rst_hdv(ji,jj)-(1.e0_wp / rdt) )*0.5_wp   &
230                        &            * (  1._wp  - COS( rad*(ABS(gphit(ji,jj))-2.5_wp)  &
231                        &                                          * 180._wp / 3.5_wp ) )
232                  ENDIF
233               END DO
234            END DO
[7646]235            IF( cn_cfg == "orca" .AND. nn_cfg == 3 ) THEN   ! ORCA2: Suppress ztilde in the Foxe Basin for ORCA2
[6140]236               ii0 = 103   ;   ii1 = 111       
[4292]237               ij0 = 128   ;   ij1 = 135   ;   
238               frq_rst_e3t( mi0(ii0):mi1(ii1) , mj0(ij0):mj1(ij1) ) =  0.0_wp
239               frq_rst_hdv( mi0(ii0):mi1(ii1) , mj0(ij0):mj1(ij1) ) =  1.e0_wp / rdt
240            ENDIF
241         ENDIF
242      ENDIF
[6140]243      !
[4292]244      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dom_vvl_init')
[6140]245      !
[4292]246   END SUBROUTINE dom_vvl_init
247
248
[4338]249   SUBROUTINE dom_vvl_sf_nxt( kt, kcall ) 
[4292]250      !!----------------------------------------------------------------------
251      !!                ***  ROUTINE dom_vvl_sf_nxt  ***
252      !!                   
253      !! ** Purpose :  - compute the after scale factors used in tra_zdf, dynnxt,
254      !!                 tranxt and dynspg routines
255      !!
256      !! ** Method  :  - z_star case:  Repartition of ssh INCREMENT proportionnaly to the level thickness.
257      !!               - z_tilde_case: after scale factor increment =
258      !!                                    high frequency part of horizontal divergence
259      !!                                  + retsoring towards the background grid
260      !!                                  + thickness difusion
261      !!                               Then repartition of ssh INCREMENT proportionnaly
262      !!                               to the "baroclinic" level thickness.
263      !!
264      !! ** Action  :  - hdiv_lf    : restoring towards full baroclinic divergence in z_tilde case
265      !!               - tilde_e3t_a: after increment of vertical scale factor
266      !!                              in z_tilde case
[6140]267      !!               - e3(t/u/v)_a
[4292]268      !!
269      !! Reference  : Leclair, M., and Madec, G. 2011, Ocean Modelling.
270      !!----------------------------------------------------------------------
[6140]271      INTEGER, INTENT( in )           ::   kt      ! time step
272      INTEGER, INTENT( in ), OPTIONAL ::   kcall   ! optional argument indicating call sequence
273      !
274      INTEGER                ::   ji, jj, jk            ! dummy loop indices
275      INTEGER , DIMENSION(3) ::   ijk_max, ijk_min      ! temporary integers
276      REAL(wp)               ::   z2dt, z_tmin, z_tmax  ! local scalars
277      LOGICAL                ::   ll_do_bclinic         ! local logical
278      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   ze3t
279      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) ::   zht, z_scale, zwu, zwv, zhdiv
[4292]280      !!----------------------------------------------------------------------
[6140]281      !
282      IF( ln_linssh )   RETURN      ! No calculation in linear free surface
283      !
284      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_start('dom_vvl_sf_nxt')
285      !
286      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,zht,   z_scale, zwu, zwv, zhdiv )
287      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   ze3t )
[4292]288
[6140]289      IF( kt == nit000 ) THEN
[4292]290         IF(lwp) WRITE(numout,*)
291         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dom_vvl_sf_nxt : compute after scale factors'
292         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~~~'
293      ENDIF
294
[4338]295      ll_do_bclinic = .TRUE.
296      IF( PRESENT(kcall) ) THEN
[6140]297         IF( kcall == 2 .AND. ln_vvl_ztilde )   ll_do_bclinic = .FALSE.
[4338]298      ENDIF
299
[4292]300      ! ******************************* !
301      ! After acale factors at t-points !
302      ! ******************************* !
[4338]303      !                                                ! --------------------------------------------- !
[6140]304      !                                                ! z_star coordinate and barotropic z-tilde part !
[4338]305      !                                                ! --------------------------------------------- !
[6140]306      !
[7753]307      z_scale(:,:) = ( ssha(:,:) - sshb(:,:) ) * ssmask(:,:) / ( ht_0(:,:) + sshn(:,:) + 1. - ssmask(:,:) )
[4338]308      DO jk = 1, jpkm1
[7753]309         ! formally this is the same as e3t_a = e3t_0*(1+ssha/ht_0)
310         e3t_a(:,:,jk) = e3t_b(:,:,jk) + e3t_n(:,:,jk) * z_scale(:,:) * tmask(:,:,jk)
[4338]311      END DO
[6140]312      !
[4338]313      IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer .AND. ll_do_bclinic ) THEN   ! z_tilde or layer coordinate !
314         !                                                            ! ------baroclinic part------ !
[4292]315         ! I - initialization
316         ! ==================
317
318         ! 1 - barotropic divergence
319         ! -------------------------
[7753]320         zhdiv(:,:) = 0._wp
321         zht(:,:)   = 0._wp
[4292]322         DO jk = 1, jpkm1
[7753]323            zhdiv(:,:) = zhdiv(:,:) + e3t_n(:,:,jk) * hdivn(:,:,jk)
324            zht  (:,:) = zht  (:,:) + e3t_n(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
[592]325         END DO
[7753]326         zhdiv(:,:) = zhdiv(:,:) / ( zht(:,:) + 1. - tmask_i(:,:) )
[2528]327
[4292]328         ! 2 - Low frequency baroclinic horizontal divergence  (z-tilde case only)
329         ! --------------------------------------------------
330         IF( ln_vvl_ztilde ) THEN
[6140]331            IF( kt > nit000 ) THEN
[4292]332               DO jk = 1, jpkm1
[7753]333                  hdiv_lf(:,:,jk) = hdiv_lf(:,:,jk) - rdt * frq_rst_hdv(:,:)   &
334                     &          * ( hdiv_lf(:,:,jk) - e3t_n(:,:,jk) * ( hdivn(:,:,jk) - zhdiv(:,:) ) )
[4292]335               END DO
336            ENDIF
[6140]337         ENDIF
[3294]338
[4292]339         ! II - after z_tilde increments of vertical scale factors
340         ! =======================================================
[7753]341         tilde_e3t_a(:,:,:) = 0._wp  ! tilde_e3t_a used to store tendency terms
[4292]342
343         ! 1 - High frequency divergence term
344         ! ----------------------------------
345         IF( ln_vvl_ztilde ) THEN     ! z_tilde case
346            DO jk = 1, jpkm1
[7753]347               tilde_e3t_a(:,:,jk) = tilde_e3t_a(:,:,jk) - ( e3t_n(:,:,jk) * ( hdivn(:,:,jk) - zhdiv(:,:) ) - hdiv_lf(:,:,jk) )
[4292]348            END DO
349         ELSE                         ! layer case
350            DO jk = 1, jpkm1
[7753]351               tilde_e3t_a(:,:,jk) = tilde_e3t_a(:,:,jk) -   e3t_n(:,:,jk) * ( hdivn(:,:,jk) - zhdiv(:,:) ) * tmask(:,:,jk)
[4292]352            END DO
[6140]353         ENDIF
[4292]354
355         ! 2 - Restoring term (z-tilde case only)
356         ! ------------------
357         IF( ln_vvl_ztilde ) THEN
358            DO jk = 1, jpk
[7753]359               tilde_e3t_a(:,:,jk) = tilde_e3t_a(:,:,jk) - frq_rst_e3t(:,:) * tilde_e3t_b(:,:,jk)
[4292]360            END DO
[6140]361         ENDIF
[4292]362
363         ! 3 - Thickness diffusion term
364         ! ----------------------------
[7753]365         zwu(:,:) = 0._wp
366         zwv(:,:) = 0._wp
[6140]367         DO jk = 1, jpkm1        ! a - first derivative: diffusive fluxes
[4292]368            DO jj = 1, jpjm1
369               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[5836]370                  un_td(ji,jj,jk) = rn_ahe3 * umask(ji,jj,jk) * e2_e1u(ji,jj)           &
371                     &            * ( tilde_e3t_b(ji,jj,jk) - tilde_e3t_b(ji+1,jj  ,jk) )
372                  vn_td(ji,jj,jk) = rn_ahe3 * vmask(ji,jj,jk) * e1_e2v(ji,jj)           & 
373                     &            * ( tilde_e3t_b(ji,jj,jk) - tilde_e3t_b(ji  ,jj+1,jk) )
[4292]374                  zwu(ji,jj) = zwu(ji,jj) + un_td(ji,jj,jk)
375                  zwv(ji,jj) = zwv(ji,jj) + vn_td(ji,jj,jk)
376               END DO
377            END DO
378         END DO
[6140]379         DO jj = 1, jpj          ! b - correction for last oceanic u-v points
[4292]380            DO ji = 1, jpi
381               un_td(ji,jj,mbku(ji,jj)) = un_td(ji,jj,mbku(ji,jj)) - zwu(ji,jj)
382               vn_td(ji,jj,mbkv(ji,jj)) = vn_td(ji,jj,mbkv(ji,jj)) - zwv(ji,jj)
383            END DO
384         END DO
[6140]385         DO jk = 1, jpkm1        ! c - second derivative: divergence of diffusive fluxes
[4292]386            DO jj = 2, jpjm1
387               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
388                  tilde_e3t_a(ji,jj,jk) = tilde_e3t_a(ji,jj,jk) + (   un_td(ji-1,jj  ,jk) - un_td(ji,jj,jk)    &
389                     &                                          +     vn_td(ji  ,jj-1,jk) - vn_td(ji,jj,jk)    &
[5836]390                     &                                            ) * r1_e1e2t(ji,jj)
[4292]391               END DO
392            END DO
393         END DO
[6140]394         !                       ! d - thickness diffusion transport: boundary conditions
395         !                             (stored for tracer advction and continuity equation)
[4990]396         CALL lbc_lnk( un_td , 'U' , -1._wp)
397         CALL lbc_lnk( vn_td , 'V' , -1._wp)
[4292]398
399         ! 4 - Time stepping of baroclinic scale factors
400         ! ---------------------------------------------
401         ! Leapfrog time stepping
402         ! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
403         IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 ) THEN
404            z2dt =  rdt
405         ELSE
406            z2dt = 2.0_wp * rdt
407         ENDIF
[4990]408         CALL lbc_lnk( tilde_e3t_a(:,:,:), 'T', 1._wp )
[7753]409         tilde_e3t_a(:,:,:) = tilde_e3t_b(:,:,:) + z2dt * tmask(:,:,:) * tilde_e3t_a(:,:,:)
[4292]410
411         ! Maximum deformation control
412         ! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
[7753]413         ze3t(:,:,jpk) = 0._wp
[4292]414         DO jk = 1, jpkm1
[7753]415            ze3t(:,:,jk) = tilde_e3t_a(:,:,jk) / e3t_0(:,:,jk) * tmask(:,:,jk) * tmask_i(:,:)
[4292]416         END DO
417         z_tmax = MAXVAL( ze3t(:,:,:) )
418         IF( lk_mpp )   CALL mpp_max( z_tmax )                 ! max over the global domain
419         z_tmin = MINVAL( ze3t(:,:,:) )
420         IF( lk_mpp )   CALL mpp_min( z_tmin )                 ! min over the global domain
421         ! - ML - test: for the moment, stop simulation for too large e3_t variations
[6140]422         IF( ( z_tmax >  rn_zdef_max ) .OR. ( z_tmin < - rn_zdef_max ) ) THEN
[4292]423            IF( lk_mpp ) THEN
424               CALL mpp_maxloc( ze3t, tmask, z_tmax, ijk_max(1), ijk_max(2), ijk_max(3) )
425               CALL mpp_minloc( ze3t, tmask, z_tmin, ijk_min(1), ijk_min(2), ijk_min(3) )
426            ELSE
427               ijk_max = MAXLOC( ze3t(:,:,:) )
428               ijk_max(1) = ijk_max(1) + nimpp - 1
429               ijk_max(2) = ijk_max(2) + njmpp - 1
430               ijk_min = MINLOC( ze3t(:,:,:) )
431               ijk_min(1) = ijk_min(1) + nimpp - 1
432               ijk_min(2) = ijk_min(2) + njmpp - 1
433            ENDIF
434            IF (lwp) THEN
435               WRITE(numout, *) 'MAX( tilde_e3t_a(:,:,:) / e3t_0(:,:,:) ) =', z_tmax
436               WRITE(numout, *) 'at i, j, k=', ijk_max
437               WRITE(numout, *) 'MIN( tilde_e3t_a(:,:,:) / e3t_0(:,:,:) ) =', z_tmin
438               WRITE(numout, *) 'at i, j, k=', ijk_min           
439               CALL ctl_warn('MAX( ABS( tilde_e3t_a(:,:,:) ) / e3t_0(:,:,:) ) too high')
440            ENDIF
441         ENDIF
442         ! - ML - end test
443         ! - ML - Imposing these limits will cause a baroclinicity error which is corrected for below
[7753]444         tilde_e3t_a(:,:,:) = MIN( tilde_e3t_a(:,:,:),   rn_zdef_max * e3t_0(:,:,:) )
445         tilde_e3t_a(:,:,:) = MAX( tilde_e3t_a(:,:,:), - rn_zdef_max * e3t_0(:,:,:) )
[4292]446
[4338]447         !
448         ! "tilda" change in the after scale factor
[4292]449         ! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
[4338]450         DO jk = 1, jpkm1
[7753]451            dtilde_e3t_a(:,:,jk) = tilde_e3t_a(:,:,jk) - tilde_e3t_b(:,:,jk)
[4338]452         END DO
[4292]453         ! III - Barotropic repartition of the sea surface height over the baroclinic profile
454         ! ==================================================================================
[4338]455         ! add ( ssh increment + "baroclinicity error" ) proportionly to e3t(n)
[4292]456         ! - ML - baroclinicity error should be better treated in the future
457         !        i.e. locally and not spread over the water column.
458         !        (keep in mind that the idea is to reduce Eulerian velocity as much as possible)
[7753]459         zht(:,:) = 0.
[4292]460         DO jk = 1, jpkm1
[7753]461            zht(:,:)  = zht(:,:) + tilde_e3t_a(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
[4292]462         END DO
[7753]463         z_scale(:,:) =  - zht(:,:) / ( ht_0(:,:) + sshn(:,:) + 1. - ssmask(:,:) )
[4292]464         DO jk = 1, jpkm1
[7753]465            dtilde_e3t_a(:,:,jk) = dtilde_e3t_a(:,:,jk) + e3t_n(:,:,jk) * z_scale(:,:) * tmask(:,:,jk)
[4292]466         END DO
[7753]467
[4292]468      ENDIF
469
[4338]470      IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer )  THEN   ! z_tilde or layer coordinate !
471      !                                           ! ---baroclinic part--------- !
472         DO jk = 1, jpkm1
[7753]473            e3t_a(:,:,jk) = e3t_a(:,:,jk) + dtilde_e3t_a(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
[4338]474         END DO
475      ENDIF
476
477      IF( ln_vvl_dbg .AND. .NOT. ll_do_bclinic ) THEN   ! - ML - test: control prints for debuging
[4292]478         !
479         IF( lwp ) WRITE(numout, *) 'kt =', kt
480         IF ( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ) THEN
481            z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) * tmask_i(:,:) * ABS( zht(:,:) ) )
482            IF( lk_mpp ) CALL mpp_max( z_tmax )                             ! max over the global domain
483            IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(SUM(tilde_e3t_a))) =', z_tmax
484         END IF
485         !
[7753]486         zht(:,:) = 0.0_wp
[4292]487         DO jk = 1, jpkm1
[7753]488            zht(:,:) = zht(:,:) + e3t_n(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
[4292]489         END DO
490         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) * tmask_i(:,:) * ABS( ht_0(:,:) + sshn(:,:) - zht(:,:) ) )
491         IF( lk_mpp ) CALL mpp_max( z_tmax )                                ! max over the global domain
[6140]492         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(ht_0+sshn-SUM(e3t_n))) =', z_tmax
[4292]493         !
[7753]494         zht(:,:) = 0.0_wp
[4292]495         DO jk = 1, jpkm1
[7753]496            zht(:,:) = zht(:,:) + e3t_a(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
[4292]497         END DO
498         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) * tmask_i(:,:) * ABS( ht_0(:,:) + ssha(:,:) - zht(:,:) ) )
499         IF( lk_mpp ) CALL mpp_max( z_tmax )                                ! max over the global domain
[6140]500         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(ht_0+ssha-SUM(e3t_a))) =', z_tmax
[4292]501         !
[7753]502         zht(:,:) = 0.0_wp
[4292]503         DO jk = 1, jpkm1
[7753]504            zht(:,:) = zht(:,:) + e3t_b(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
[4292]505         END DO
506         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) * tmask_i(:,:) * ABS( ht_0(:,:) + sshb(:,:) - zht(:,:) ) )
507         IF( lk_mpp ) CALL mpp_max( z_tmax )                                ! max over the global domain
[6140]508         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(ht_0+sshb-SUM(e3t_b))) =', z_tmax
[4292]509         !
510         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) *  ABS( sshb(:,:) ) )
511         IF( lk_mpp ) CALL mpp_max( z_tmax )                                ! max over the global domain
512         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(sshb))) =', z_tmax
513         !
514         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) *  ABS( sshn(:,:) ) )
515         IF( lk_mpp ) CALL mpp_max( z_tmax )                                ! max over the global domain
516         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(sshn))) =', z_tmax
517         !
518         z_tmax = MAXVAL( tmask(:,:,1) *  ABS( ssha(:,:) ) )
519         IF( lk_mpp ) CALL mpp_max( z_tmax )                                ! max over the global domain
520         IF( lwp    ) WRITE(numout, *) kt,' MAXVAL(abs(ssha))) =', z_tmax
521      END IF
522
523      ! *********************************** !
524      ! After scale factors at u- v- points !
525      ! *********************************** !
526
[6140]527      CALL dom_vvl_interpol( e3t_a(:,:,:), e3u_a(:,:,:), 'U' )
528      CALL dom_vvl_interpol( e3t_a(:,:,:), e3v_a(:,:,:), 'V' )
[4292]529
[4370]530      ! *********************************** !
531      ! After depths at u- v points         !
532      ! *********************************** !
533
[7753]534      hu_a(:,:) = e3u_a(:,:,1) * umask(:,:,1)
535      hv_a(:,:) = e3v_a(:,:,1) * vmask(:,:,1)
[6140]536      DO jk = 2, jpkm1
[7753]537         hu_a(:,:) = hu_a(:,:) + e3u_a(:,:,jk) * umask(:,:,jk)
538         hv_a(:,:) = hv_a(:,:) + e3v_a(:,:,jk) * vmask(:,:,jk)
[4370]539      END DO
540      !                                        ! Inverse of the local depth
[6140]541!!gm BUG ?  don't understand the use of umask_i here .....
[7753]542      r1_hu_a(:,:) = ssumask(:,:) / ( hu_a(:,:) + 1._wp - ssumask(:,:) )
543      r1_hv_a(:,:) = ssvmask(:,:) / ( hv_a(:,:) + 1._wp - ssvmask(:,:) )
[6140]544      !
545      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,       zht, z_scale, zwu, zwv, zhdiv )
546      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   ze3t )
547      !
[4386]548      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dom_vvl_sf_nxt')
[6140]549      !
[4292]550   END SUBROUTINE dom_vvl_sf_nxt
551
552
553   SUBROUTINE dom_vvl_sf_swp( kt )
[3294]554      !!----------------------------------------------------------------------
[4292]555      !!                ***  ROUTINE dom_vvl_sf_swp  ***
[3294]556      !!                   
[4292]557      !! ** Purpose :  compute time filter and swap of scale factors
558      !!               compute all depths and related variables for next time step
559      !!               write outputs and restart file
[3294]560      !!
[4292]561      !! ** Method  :  - swap of e3t with trick for volume/tracer conservation
562      !!               - reconstruct scale factor at other grid points (interpolate)
563      !!               - recompute depths and water height fields
564      !!
[6140]565      !! ** Action  :  - e3t_(b/n), tilde_e3t_(b/n) and e3(u/v)_n ready for next time step
[4292]566      !!               - Recompute:
[6140]567      !!                    e3(u/v)_b       
568      !!                    e3w_n           
569      !!                    e3(u/v)w_b     
570      !!                    e3(u/v)w_n     
571      !!                    gdept_n, gdepw_n  and gde3w_n
[4292]572      !!                    h(u/v) and h(u/v)r
573      !!
574      !! Reference  : Leclair, M., and G. Madec, 2009, Ocean Modelling.
575      !!              Leclair, M., and G. Madec, 2011, Ocean Modelling.
[3294]576      !!----------------------------------------------------------------------
[6140]577      INTEGER, INTENT( in ) ::   kt   ! time step
578      !
579      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
580      REAL(wp) ::   zcoef        ! local scalar
[3294]581      !!----------------------------------------------------------------------
[6140]582      !
583      IF( ln_linssh )   RETURN      ! No calculation in linear free surface
584      !
[4292]585      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dom_vvl_sf_swp')
[3294]586      !
[4292]587      IF( kt == nit000 )   THEN
588         IF(lwp) WRITE(numout,*)
589         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dom_vvl_sf_swp : - time filter and swap of scale factors'
590         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~~~   - interpolate scale factors and compute depths for next time step'
[3294]591      ENDIF
[4292]592      !
593      ! Time filter and swap of scale factors
594      ! =====================================
[6140]595      ! - ML - e3(t/u/v)_b are allready computed in dynnxt.
[4292]596      IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ) THEN
597         IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 ) THEN
[7753]598            tilde_e3t_b(:,:,:) = tilde_e3t_n(:,:,:)
[4292]599         ELSE
[7753]600            tilde_e3t_b(:,:,:) = tilde_e3t_n(:,:,:) & 
601            &         + atfp * ( tilde_e3t_b(:,:,:) - 2.0_wp * tilde_e3t_n(:,:,:) + tilde_e3t_a(:,:,:) )
[4292]602         ENDIF
[7753]603         tilde_e3t_n(:,:,:) = tilde_e3t_a(:,:,:)
[4292]604      ENDIF
[7753]605      gdept_b(:,:,:) = gdept_n(:,:,:)
606      gdepw_b(:,:,:) = gdepw_n(:,:,:)
[4488]607
[7753]608      e3t_n(:,:,:) = e3t_a(:,:,:)
609      e3u_n(:,:,:) = e3u_a(:,:,:)
610      e3v_n(:,:,:) = e3v_a(:,:,:)
611
[4292]612      ! Compute all missing vertical scale factor and depths
613      ! ====================================================
614      ! Horizontal scale factor interpolations
615      ! --------------------------------------
[6140]616      ! - ML - e3u_b and e3v_b are allready computed in dynnxt
[4370]617      ! - JC - hu_b, hv_b, hur_b, hvr_b also
[6140]618     
619      CALL dom_vvl_interpol( e3u_n(:,:,:), e3f_n(:,:,:), 'F'  )
620     
[4292]621      ! Vertical scale factor interpolations
[6140]622      CALL dom_vvl_interpol( e3t_n(:,:,:),  e3w_n(:,:,:), 'W'  )
623      CALL dom_vvl_interpol( e3u_n(:,:,:), e3uw_n(:,:,:), 'UW' )
624      CALL dom_vvl_interpol( e3v_n(:,:,:), e3vw_n(:,:,:), 'VW' )
625      CALL dom_vvl_interpol( e3t_b(:,:,:),  e3w_b(:,:,:), 'W'  )
626      CALL dom_vvl_interpol( e3u_b(:,:,:), e3uw_b(:,:,:), 'UW' )
627      CALL dom_vvl_interpol( e3v_b(:,:,:), e3vw_b(:,:,:), 'VW' )
[5120]628
[6140]629      ! t- and w- points depth (set the isf depth as it is in the initial step)
[7753]630      gdept_n(:,:,1) = 0.5_wp * e3w_n(:,:,1)
631      gdepw_n(:,:,1) = 0.0_wp
632      gde3w_n(:,:,1) = gdept_n(:,:,1) - sshn(:,:)
[5120]633      DO jk = 2, jpk
634         DO jj = 1,jpj
635            DO ji = 1,jpi
636              !    zcoef = (tmask(ji,jj,jk) - wmask(ji,jj,jk))   ! 0 everywhere tmask = wmask, ie everywhere expect at jk = mikt
637                                                                 ! 1 for jk = mikt
638               zcoef = (tmask(ji,jj,jk) - wmask(ji,jj,jk))
[6140]639               gdepw_n(ji,jj,jk) = gdepw_n(ji,jj,jk-1) + e3t_n(ji,jj,jk-1)
640               gdept_n(ji,jj,jk) =    zcoef  * ( gdepw_n(ji,jj,jk  ) + 0.5 * e3w_n(ji,jj,jk) )  &
641                   &             + (1-zcoef) * ( gdept_n(ji,jj,jk-1) +       e3w_n(ji,jj,jk) ) 
642               gde3w_n(ji,jj,jk) = gdept_n(ji,jj,jk) - sshn(ji,jj)
[4990]643            END DO
644         END DO
[4292]645      END DO
[5120]646
[6140]647      ! Local depth and Inverse of the local depth of the water
648      ! -------------------------------------------------------
[7753]649      hu_n(:,:) = hu_a(:,:)   ;   r1_hu_n(:,:) = r1_hu_a(:,:)
650      hv_n(:,:) = hv_a(:,:)   ;   r1_hv_n(:,:) = r1_hv_a(:,:)
651      !
652      ht_n(:,:) = e3t_n(:,:,1) * tmask(:,:,1)
[6140]653      DO jk = 2, jpkm1
[7753]654         ht_n(:,:) = ht_n(:,:) + e3t_n(:,:,jk) * tmask(:,:,jk)
[4370]655      END DO
[7753]656
[4292]657      ! write restart file
658      ! ==================
[6140]659      IF( lrst_oce )   CALL dom_vvl_rst( kt, 'WRITE' )
[4292]660      !
[6140]661      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_stop('dom_vvl_sf_swp')
662      !
[4292]663   END SUBROUTINE dom_vvl_sf_swp
664
665
666   SUBROUTINE dom_vvl_interpol( pe3_in, pe3_out, pout )
667      !!---------------------------------------------------------------------
668      !!                  ***  ROUTINE dom_vvl__interpol  ***
669      !!
670      !! ** Purpose :   interpolate scale factors from one grid point to another
671      !!
672      !! ** Method  :   e3_out = e3_0 + interpolation(e3_in - e3_0)
673      !!                - horizontal interpolation: grid cell surface averaging
674      !!                - vertical interpolation: simple averaging
675      !!----------------------------------------------------------------------
[5836]676      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk), INTENT(in   ) ::  pe3_in    ! input e3 to be interpolated
677      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk), INTENT(inout) ::  pe3_out   ! output interpolated e3
678      CHARACTER(LEN=*)                , INTENT(in   ) ::  pout      ! grid point of out scale factors
679      !                                                             !   =  'U', 'V', 'W, 'F', 'UW' or 'VW'
680      !
[6152]681      INTEGER ::   ji, jj, jk                                       ! dummy loop indices
682      REAL(wp) ::  zlnwd                                            ! =1./0. when ln_wd = T/F
[4292]683      !!----------------------------------------------------------------------
[5836]684      !
[6140]685      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_start('dom_vvl_interpol')
[5836]686      !
[6152]687      IF(ln_wd) THEN
688        zlnwd = 1.0_wp
689      ELSE
690        zlnwd = 0.0_wp
691      END IF
692      !
[5836]693      SELECT CASE ( pout )    !==  type of interpolation  ==!
[4292]694         !
[5836]695      CASE( 'U' )                   !* from T- to U-point : hor. surface weighted mean
[4292]696         DO jk = 1, jpk
697            DO jj = 1, jpjm1
698               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[6152]699                  pe3_out(ji,jj,jk) = 0.5_wp * (  umask(ji,jj,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) * r1_e1e2u(ji,jj)   &
[5836]700                     &                       * (   e1e2t(ji  ,jj) * ( pe3_in(ji  ,jj,jk) - e3t_0(ji  ,jj,jk) )     &
701                     &                           + e1e2t(ji+1,jj) * ( pe3_in(ji+1,jj,jk) - e3t_0(ji+1,jj,jk) ) )
[4292]702               END DO
[2528]703            END DO
704         END DO
[4990]705         CALL lbc_lnk( pe3_out(:,:,:), 'U', 1._wp )
[7753]706         pe3_out(:,:,:) = pe3_out(:,:,:) + e3u_0(:,:,:)
[5836]707         !
708      CASE( 'V' )                   !* from T- to V-point : hor. surface weighted mean
[4292]709         DO jk = 1, jpk
710            DO jj = 1, jpjm1
711               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[6152]712                  pe3_out(ji,jj,jk) = 0.5_wp * ( vmask(ji,jj,jk)  * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) * r1_e1e2v(ji,jj)   &
[5836]713                     &                       * (   e1e2t(ji,jj  ) * ( pe3_in(ji,jj  ,jk) - e3t_0(ji,jj  ,jk) )     &
714                     &                           + e1e2t(ji,jj+1) * ( pe3_in(ji,jj+1,jk) - e3t_0(ji,jj+1,jk) ) )
[4292]715               END DO
716            END DO
717         END DO
[4990]718         CALL lbc_lnk( pe3_out(:,:,:), 'V', 1._wp )
[7753]719         pe3_out(:,:,:) = pe3_out(:,:,:) + e3v_0(:,:,:)
[5836]720         !
721      CASE( 'F' )                   !* from U-point to F-point : hor. surface weighted mean
[4292]722         DO jk = 1, jpk
723            DO jj = 1, jpjm1
724               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[6152]725                  pe3_out(ji,jj,jk) = 0.5_wp * (  umask(ji,jj,jk) * umask(ji,jj+1,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) &
726                     &                       *    r1_e1e2f(ji,jj)                                                  &
[5836]727                     &                       * (   e1e2u(ji,jj  ) * ( pe3_in(ji,jj  ,jk) - e3u_0(ji,jj  ,jk) )     &
728                     &                           + e1e2u(ji,jj+1) * ( pe3_in(ji,jj+1,jk) - e3u_0(ji,jj+1,jk) ) )
[4292]729               END DO
730            END DO
731         END DO
[4990]732         CALL lbc_lnk( pe3_out(:,:,:), 'F', 1._wp )
[7753]733         pe3_out(:,:,:) = pe3_out(:,:,:) + e3f_0(:,:,:)
[5836]734         !
735      CASE( 'W' )                   !* from T- to W-point : vertical simple mean
736         !
[7753]737         pe3_out(:,:,1) = e3w_0(:,:,1) + pe3_in(:,:,1) - e3t_0(:,:,1)
[5836]738         ! - ML - The use of mask in this formulea enables the special treatment of the last w-point without indirect adressing
739!!gm BUG? use here wmask in case of ISF ?  to be checked
[4292]740         DO jk = 2, jpk
[7753]741            pe3_out(:,:,jk) = e3w_0(:,:,jk) + ( 1.0_wp - 0.5_wp * ( tmask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) )   &
742               &                            * ( pe3_in(:,:,jk-1) - e3t_0(:,:,jk-1) )                               &
743               &                            +            0.5_wp * ( tmask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd )     &
744               &                            * ( pe3_in(:,:,jk  ) - e3t_0(:,:,jk  ) )
[4292]745         END DO
[5836]746         !
747      CASE( 'UW' )                  !* from U- to UW-point : vertical simple mean
748         !
[7753]749         pe3_out(:,:,1) = e3uw_0(:,:,1) + pe3_in(:,:,1) - e3u_0(:,:,1)
[4292]750         ! - ML - The use of mask in this formaula enables the special treatment of the last w- point without indirect adressing
[5836]751!!gm BUG? use here wumask in case of ISF ?  to be checked
[4292]752         DO jk = 2, jpk
[7753]753            pe3_out(:,:,jk) = e3uw_0(:,:,jk) + ( 1.0_wp - 0.5_wp * ( umask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) )  &
754               &                             * ( pe3_in(:,:,jk-1) - e3u_0(:,:,jk-1) )                              &
755               &                             +            0.5_wp * ( umask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd )    &
756               &                             * ( pe3_in(:,:,jk  ) - e3u_0(:,:,jk  ) )
[4292]757         END DO
[5836]758         !
759      CASE( 'VW' )                  !* from V- to VW-point : vertical simple mean
760         !
[7753]761         pe3_out(:,:,1) = e3vw_0(:,:,1) + pe3_in(:,:,1) - e3v_0(:,:,1)
[4292]762         ! - ML - The use of mask in this formaula enables the special treatment of the last w- point without indirect adressing
[5836]763!!gm BUG? use here wvmask in case of ISF ?  to be checked
[4292]764         DO jk = 2, jpk
[7753]765            pe3_out(:,:,jk) = e3vw_0(:,:,jk) + ( 1.0_wp - 0.5_wp * ( vmask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd ) )  &
766               &                             * ( pe3_in(:,:,jk-1) - e3v_0(:,:,jk-1) )                              &
767               &                             +            0.5_wp * ( vmask(:,:,jk) * (1.0_wp - zlnwd) + zlnwd )    &
768               &                             * ( pe3_in(:,:,jk  ) - e3v_0(:,:,jk  ) )
[4292]769         END DO
770      END SELECT
771      !
[6140]772      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_stop('dom_vvl_interpol')
[5836]773      !
[4292]774   END SUBROUTINE dom_vvl_interpol
775
[5836]776
[4292]777   SUBROUTINE dom_vvl_rst( kt, cdrw )
778      !!---------------------------------------------------------------------
779      !!                   ***  ROUTINE dom_vvl_rst  ***
780      !!                     
781      !! ** Purpose :   Read or write VVL file in restart file
782      !!
783      !! ** Method  :   use of IOM library
784      !!                if the restart does not contain vertical scale factors,
785      !!                they are set to the _0 values
786      !!                if the restart does not contain vertical scale factors increments (z_tilde),
787      !!                they are set to 0.
788      !!----------------------------------------------------------------------
789      INTEGER         , INTENT(in) ::   kt     ! ocean time-step
790      CHARACTER(len=*), INTENT(in) ::   cdrw   ! "READ"/"WRITE" flag
[5836]791      !
[6152]792      INTEGER ::   ji, jj, jk
[4292]793      INTEGER ::   id1, id2, id3, id4, id5     ! local integers
794      !!----------------------------------------------------------------------
795      !
796      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dom_vvl_rst')
797      IF( TRIM(cdrw) == 'READ' ) THEN        ! Read/initialise
798         !                                   ! ===============
799         IF( ln_rstart ) THEN                   !* Read the restart file
800            CALL rst_read_open                  !  open the restart file if necessary
[4366]801            CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'sshn'   , sshn    )
802            !
[6140]803            id1 = iom_varid( numror, 'e3t_b', ldstop = .FALSE. )
804            id2 = iom_varid( numror, 'e3t_n', ldstop = .FALSE. )
[4292]805            id3 = iom_varid( numror, 'tilde_e3t_b', ldstop = .FALSE. )
806            id4 = iom_varid( numror, 'tilde_e3t_n', ldstop = .FALSE. )
[4795]807            id5 = iom_varid( numror, 'hdiv_lf', ldstop = .FALSE. )
[4292]808            !                             ! --------- !
809            !                             ! all cases !
810            !                             ! --------- !
811            IF( MIN( id1, id2 ) > 0 ) THEN       ! all required arrays exist
[6140]812               CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'e3t_b', e3t_b(:,:,:) )
813               CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'e3t_n', e3t_n(:,:,:) )
[4990]814               ! needed to restart if land processor not computed
[6140]815               IF(lwp) write(numout,*) 'dom_vvl_rst : e3t_b and e3t_n found in restart files'
[4990]816               WHERE ( tmask(:,:,:) == 0.0_wp ) 
[6140]817                  e3t_n(:,:,:) = e3t_0(:,:,:)
818                  e3t_b(:,:,:) = e3t_0(:,:,:)
[4990]819               END WHERE
[4292]820               IF( neuler == 0 ) THEN
[6140]821                  e3t_b(:,:,:) = e3t_n(:,:,:)
[4292]822               ENDIF
823            ELSE IF( id1 > 0 ) THEN
[6140]824               IF(lwp) write(numout,*) 'dom_vvl_rst WARNING : e3t_n not found in restart files'
825               IF(lwp) write(numout,*) 'e3t_n set equal to e3t_b.'
[4990]826               IF(lwp) write(numout,*) 'neuler is forced to 0'
[6140]827               CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'e3t_b', e3t_b(:,:,:) )
828               e3t_n(:,:,:) = e3t_b(:,:,:)
[4990]829               neuler = 0
830            ELSE IF( id2 > 0 ) THEN
[6140]831               IF(lwp) write(numout,*) 'dom_vvl_rst WARNING : e3t_b not found in restart files'
832               IF(lwp) write(numout,*) 'e3t_b set equal to e3t_n.'
[4490]833               IF(lwp) write(numout,*) 'neuler is forced to 0'
[6140]834               CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'e3t_n', e3t_n(:,:,:) )
835               e3t_b(:,:,:) = e3t_n(:,:,:)
[4490]836               neuler = 0
837            ELSE
[6140]838               IF(lwp) write(numout,*) 'dom_vvl_rst WARNING : e3t_n not found in restart file'
[4490]839               IF(lwp) write(numout,*) 'Compute scale factor from sshn'
840               IF(lwp) write(numout,*) 'neuler is forced to 0'
[6140]841               DO jk = 1, jpk
842                  e3t_n(:,:,jk) =  e3t_0(:,:,jk) * ( ht_0(:,:) + sshn(:,:) ) &
843                      &                          / ( ht_0(:,:) + 1._wp - ssmask(:,:) ) * tmask(:,:,jk)   &
844                      &          + e3t_0(:,:,jk)                               * (1._wp -tmask(:,:,jk))
[4490]845               END DO
[6140]846               e3t_b(:,:,:) = e3t_n(:,:,:)
[4490]847               neuler = 0
[4292]848            ENDIF
849            !                             ! ----------- !
850            IF( ln_vvl_zstar ) THEN       ! z_star case !
851               !                          ! ----------- !
852               IF( MIN( id3, id4 ) > 0 ) THEN
853                  CALL ctl_stop( 'dom_vvl_rst: z_star cannot restart from a z_tilde or layer run' )
854               ENDIF
855               !                          ! ----------------------- !
856            ELSE                          ! z_tilde and layer cases !
857               !                          ! ----------------------- !
858               IF( MIN( id3, id4 ) > 0 ) THEN  ! all required arrays exist
859                  CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'tilde_e3t_b', tilde_e3t_b(:,:,:) )
860                  CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'tilde_e3t_n', tilde_e3t_n(:,:,:) )
861               ELSE                            ! one at least array is missing
862                  tilde_e3t_b(:,:,:) = 0.0_wp
863                  tilde_e3t_n(:,:,:) = 0.0_wp
864               ENDIF
865               !                          ! ------------ !
866               IF( ln_vvl_ztilde ) THEN   ! z_tilde case !
867                  !                       ! ------------ !
868                  IF( id5 > 0 ) THEN  ! required array exists
869                     CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'hdiv_lf', hdiv_lf(:,:,:) )
870                  ELSE                ! array is missing
871                     hdiv_lf(:,:,:) = 0.0_wp
872                  ENDIF
873               ENDIF
874            ENDIF
875            !
876         ELSE                                   !* Initialize at "rest"
[7646]877            !
878            IF( ln_wd .AND. ( cn_cfg == 'wad' ) ) THEN
879              ! Wetting and drying test case
880              CALL usr_def_istate( gdept_b, tmask, tsb, ub, vb, sshb  )
881                       tsn  (:,:,:,:) = tsb (:,:,:,:)       ! set now values from to before ones
882                       sshn (:,:)     = sshb(:,:)
883                       un   (:,:,:)   = ub  (:,:,:)
884                       vn   (:,:,:)   = vb  (:,:,:)
885                                                ! uniform T-S fields and initial ssh slope
886               ! needs to be called here and in istate which is called later.
887               ! Adjust vertical metrics
888               DO jk = 1, jpk
889                  e3t_n(:,:,jk) =  e3t_0(:,:,jk) * ( ht_0(:,:) + sshn(:,:) ) &
890                    &                            / ( ht_0(:,:) + 1._wp - ssmask(:,:) ) * tmask(:,:,jk)   &
891                    &            + e3t_0(:,:,jk)                               * (1._wp -tmask(:,:,jk))
892               END DO
893               e3t_b(:,:,:) = e3t_n(:,:,:)
894               !
895            ELSEIF( ln_wd ) THEN
896               !
[6152]897              DO jj = 1, jpj
898                DO ji = 1, jpi
899                  IF( e3t_0(ji,jj,1) <= 0.5_wp * rn_wdmin1 ) THEN
[7646]900                     ! potential bug
901                     ! Warning this assumes 2 layers only over wetting locations. needs investigating
902                     e3t_b(ji,jj,:) = 0.5_wp * rn_wdmin1
903                     e3t_n(ji,jj,:) = 0.5_wp * rn_wdmin1
904                     e3t_a(ji,jj,:) = 0.5_wp * rn_wdmin1
905                     sshb(ji,jj) = rn_wdmin1 - ht_wd(ji,jj)           !!gm I don't understand that !
906                     sshn(ji,jj) = rn_wdmin1 - ht_wd(ji,jj)
[7753]907                     ssha(ji,jj) = rn_wdmin1 - ht_wd(ji,jj)
[6152]908                  ENDIF
909                ENDDO
910              ENDDO
[7646]911               !
912            ELSE
913               !
914               e3t_b(:,:,:) = e3t_0(:,:,:)
915               e3t_n(:,:,:) = e3t_0(:,:,:)
916               sshn(:,:) = 0.0_wp
917               !
[6152]918            END IF
919
[4292]920            IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer) THEN
[7646]921               tilde_e3t_b(:,:,:) = 0._wp
922               tilde_e3t_n(:,:,:) = 0._wp
923               IF( ln_vvl_ztilde ) hdiv_lf(:,:,:) = 0._wp
[4292]924            END IF
925         ENDIF
[5836]926         !
[4292]927      ELSEIF( TRIM(cdrw) == 'WRITE' ) THEN   ! Create restart file
928         !                                   ! ===================
929         IF(lwp) WRITE(numout,*) '---- dom_vvl_rst ----'
930         !                                           ! --------- !
931         !                                           ! all cases !
932         !                                           ! --------- !
[6140]933         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'e3t_b', e3t_b(:,:,:) )
934         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'e3t_n', e3t_n(:,:,:) )
[4292]935         !                                           ! ----------------------- !
936         IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ) THEN  ! z_tilde and layer cases !
937            !                                        ! ----------------------- !
938            CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'tilde_e3t_b', tilde_e3t_b(:,:,:) )
939            CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'tilde_e3t_n', tilde_e3t_n(:,:,:) )
940         END IF
941         !                                           ! -------------!   
942         IF( ln_vvl_ztilde ) THEN                    ! z_tilde case !
943            !                                        ! ------------ !
944            CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'hdiv_lf', hdiv_lf(:,:,:) )
945         ENDIF
[5836]946         !
[4292]947      ENDIF
[5836]948      !
[4292]949      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dom_vvl_rst')
[5836]950      !
[4292]951   END SUBROUTINE dom_vvl_rst
952
953
954   SUBROUTINE dom_vvl_ctl
955      !!---------------------------------------------------------------------
956      !!                  ***  ROUTINE dom_vvl_ctl  ***
957      !!               
958      !! ** Purpose :   Control the consistency between namelist options
959      !!                for vertical coordinate
960      !!----------------------------------------------------------------------
[5836]961      INTEGER ::   ioptio, ios
962      !!
[4292]963      NAMELIST/nam_vvl/ ln_vvl_zstar, ln_vvl_ztilde, ln_vvl_layer, ln_vvl_ztilde_as_zstar, &
[5836]964         &              ln_vvl_zstar_at_eqtor      , rn_ahe3     , rn_rst_e3t            , &
965         &              rn_lf_cutoff               , rn_zdef_max , ln_vvl_dbg                ! not yet implemented: ln_vvl_kepe
[4292]966      !!----------------------------------------------------------------------
[5836]967      !
[4294]968      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist nam_vvl in reference namelist :
969      READ  ( numnam_ref, nam_vvl, IOSTAT = ios, ERR = 901)
970901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nam_vvl in reference namelist', lwp )
[5836]971      !
[4294]972      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist nam_vvl in configuration namelist : Parameters of the run
973      READ  ( numnam_cfg, nam_vvl, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
974902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nam_vvl in configuration namelist', lwp )
[4624]975      IF(lwm) WRITE ( numond, nam_vvl )
[5836]976      !
[4292]977      IF(lwp) THEN                    ! Namelist print
978         WRITE(numout,*)
979         WRITE(numout,*) 'dom_vvl_ctl : choice/control of the variable vertical coordinate'
980         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
981         WRITE(numout,*) '           Namelist nam_vvl : chose a vertical coordinate'
982         WRITE(numout,*) '              zstar                      ln_vvl_zstar   = ', ln_vvl_zstar
983         WRITE(numout,*) '              ztilde                     ln_vvl_ztilde  = ', ln_vvl_ztilde
984         WRITE(numout,*) '              layer                      ln_vvl_layer   = ', ln_vvl_layer
985         WRITE(numout,*) '              ztilde as zstar   ln_vvl_ztilde_as_zstar  = ', ln_vvl_ztilde_as_zstar
986         WRITE(numout,*) '      ztilde near the equator    ln_vvl_zstar_at_eqtor  = ', ln_vvl_zstar_at_eqtor
987         ! WRITE(numout,*) '           Namelist nam_vvl : chose kinetic-to-potential energy conservation'
988         ! WRITE(numout,*) '                                         ln_vvl_kepe    = ', ln_vvl_kepe
989         WRITE(numout,*) '           Namelist nam_vvl : thickness diffusion coefficient'
990         WRITE(numout,*) '                                         rn_ahe3        = ', rn_ahe3
991         WRITE(numout,*) '           Namelist nam_vvl : maximum e3t deformation fractional change'
992         WRITE(numout,*) '                                         rn_zdef_max    = ', rn_zdef_max
993         IF( ln_vvl_ztilde_as_zstar ) THEN
994            WRITE(numout,*) '           ztilde running in zstar emulation mode; '
995            WRITE(numout,*) '           ignoring namelist timescale parameters and using:'
996            WRITE(numout,*) '                 hard-wired : z-tilde to zstar restoration timescale (days)'
997            WRITE(numout,*) '                                         rn_rst_e3t     =    0.0'
998            WRITE(numout,*) '                 hard-wired : z-tilde cutoff frequency of low-pass filter (days)'
999            WRITE(numout,*) '                                         rn_lf_cutoff   =    1.0/rdt'
1000         ELSE
1001            WRITE(numout,*) '           Namelist nam_vvl : z-tilde to zstar restoration timescale (days)'
1002            WRITE(numout,*) '                                         rn_rst_e3t     = ', rn_rst_e3t
1003            WRITE(numout,*) '           Namelist nam_vvl : z-tilde cutoff frequency of low-pass filter (days)'
1004            WRITE(numout,*) '                                         rn_lf_cutoff   = ', rn_lf_cutoff
1005         ENDIF
1006         WRITE(numout,*) '           Namelist nam_vvl : debug prints'
1007         WRITE(numout,*) '                                         ln_vvl_dbg     = ', ln_vvl_dbg
1008      ENDIF
[5836]1009      !
[4292]1010      ioptio = 0                      ! Parameter control
[5836]1011      IF( ln_vvl_ztilde_as_zstar )   ln_vvl_ztilde = .true.
1012      IF( ln_vvl_zstar           )   ioptio = ioptio + 1
1013      IF( ln_vvl_ztilde          )   ioptio = ioptio + 1
1014      IF( ln_vvl_layer           )   ioptio = ioptio + 1
1015      !
[4292]1016      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'Choose ONE vertical coordinate in namelist nam_vvl' )
[6140]1017      IF( .NOT. ln_vvl_zstar .AND. ln_isf ) CALL ctl_stop( 'Only vvl_zstar has been tested with ice shelf cavity' )
[5836]1018      !
[4292]1019      IF(lwp) THEN                   ! Print the choice
1020         WRITE(numout,*)
1021         IF( ln_vvl_zstar           ) WRITE(numout,*) '              zstar vertical coordinate is used'
1022         IF( ln_vvl_ztilde          ) WRITE(numout,*) '              ztilde vertical coordinate is used'
1023         IF( ln_vvl_layer           ) WRITE(numout,*) '              layer vertical coordinate is used'
1024         IF( ln_vvl_ztilde_as_zstar ) WRITE(numout,*) '              to emulate a zstar coordinate'
1025         ! - ML - Option not developed yet
1026         ! IF(       ln_vvl_kepe ) WRITE(numout,*) '              kinetic to potential energy transfer : option used'
1027         ! IF( .NOT. ln_vvl_kepe ) WRITE(numout,*) '              kinetic to potential energy transfer : option not used'
1028      ENDIF
[5836]1029      !
[4486]1030#if defined key_agrif
[6140]1031      IF(.NOT.Agrif_Root() )   CALL ctl_stop( 'AGRIF not implemented with non-linear free surface' )
[4486]1032#endif
[5836]1033      !
[4292]1034   END SUBROUTINE dom_vvl_ctl
1035
[592]1036   !!======================================================================
1037END MODULE domvvl
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.