New URL for NEMO forge!   http://forge.nemo-ocean.eu

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
dynvor.F90 in trunk/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN – NEMO

source: trunk/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynvor.F90 @ 5861

Last change on this file since 5861 was 5836, checked in by cetlod, 9 years ago

merge the simplification branch onto the trunk, see ticket #1612

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 36.6 KB
RevLine 
[3]1MODULE dynvor
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynvor  ***
4   !! Ocean dynamics: Update the momentum trend with the relative and
5   !!                 planetary vorticity trends
6   !!======================================================================
[2715]7   !! History :  OPA  ! 1989-12  (P. Andrich)  vor_ens: Original code
8   !!            5.0  ! 1991-11  (G. Madec) vor_ene, vor_mix: Original code
9   !!            6.0  ! 1996-01  (G. Madec)  s-coord, suppress work arrays
10   !!   NEMO     0.5  ! 2002-08  (G. Madec)  F90: Free form and module
11   !!            1.0  ! 2004-02  (G. Madec)  vor_een: Original code
12   !!             -   ! 2003-08  (G. Madec)  add vor_ctl
13   !!             -   ! 2005-11  (G. Madec)  add dyn_vor (new step architecture)
14   !!            2.0  ! 2006-11  (G. Madec)  flux form advection: add metric term
15   !!            3.2  ! 2009-04  (R. Benshila)  vvl: correction of een scheme
16   !!            3.3  ! 2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
[4990]17   !!            3.7  ! 2014-04  (G. Madec) trend simplification: suppress jpdyn_trd_dat vorticity
[5836]18   !!             -   ! 2014-06  (G. Madec) suppression of velocity curl from in-core memory
[503]19   !!----------------------------------------------------------------------
[3]20
21   !!----------------------------------------------------------------------
[2528]22   !!   dyn_vor      : Update the momentum trend with the vorticity trend
23   !!       vor_ens  : enstrophy conserving scheme       (ln_dynvor_ens=T)
24   !!       vor_ene  : energy conserving scheme          (ln_dynvor_ene=T)
25   !!       vor_een  : energy and enstrophy conserving   (ln_dynvor_een=T)
26   !!   dyn_vor_init : set and control of the different vorticity option
[3]27   !!----------------------------------------------------------------------
[503]28   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
29   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
[3294]30   USE dommsk         ! ocean mask
[643]31   USE dynadv         ! momentum advection (use ln_dynadv_vec value)
[4990]32   USE trd_oce        ! trends: ocean variables
33   USE trddyn         ! trend manager: dynamics
[5836]34   !
[503]35   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
36   USE prtctl         ! Print control
37   USE in_out_manager ! I/O manager
[3294]38   USE lib_mpp        ! MPP library
39   USE wrk_nemo       ! Memory Allocation
40   USE timing         ! Timing
[3]41
[3294]42
[3]43   IMPLICIT NONE
44   PRIVATE
45
[2528]46   PUBLIC   dyn_vor        ! routine called by step.F90
[5836]47   PUBLIC   dyn_vor_init   ! routine called by nemogcm.F90
[3]48
[4147]49   !                                   !!* Namelist namdyn_vor: vorticity term
[5836]50   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_dynvor_ene   !: energy conserving scheme    (ENE)
51   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_dynvor_ens   !: enstrophy conserving scheme (ENS)
52   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_dynvor_mix   !: mixed scheme                (MIX)
53   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_dynvor_een   !: energy and enstrophy conserving scheme (EEN)
54   INTEGER, PUBLIC ::      nn_een_e3f      !: e3f=masked averaging of e3t divided by 4 (=0) or by the sum of mask (=1)
55   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_dynvor_msk   !: vorticity multiplied by fmask (=T) or not (=F) (all vorticity schemes)
[3]56
[5836]57   INTEGER ::   nvor_scheme        ! choice of the type of advection scheme
58   !                               ! associated indices:
59   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   np_ENE = 1   ! ENE scheme
60   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   np_ENS = 2   ! ENS scheme
61   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   np_MIX = 3   ! MIX scheme
62   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   np_EEN = 4   ! EEN scheme
[455]63
[5836]64   INTEGER ::   ncor, nrvm, ntot   ! choice of calculated vorticity
65   !                               ! associated indices:
66   INTEGER, PARAMETER ::   np_COR = 1         ! Coriolis (planetary)
67   INTEGER, PARAMETER ::   np_RVO = 2         ! relative vorticity
68   INTEGER, PARAMETER ::   np_MET = 3         ! metric term
69   INTEGER, PARAMETER ::   np_CRV = 4         ! relative + planetary (total vorticity)
70   INTEGER, PARAMETER ::   np_CME = 5         ! Coriolis + metric term
71   
72   REAL(wp) ::   r1_4  = 0.250_wp         ! =1/4
73   REAL(wp) ::   r1_8  = 0.125_wp         ! =1/8
74   REAL(wp) ::   r1_12 = 1._wp / 12._wp   ! 1/12
75   
[3]76   !! * Substitutions
77#  include "domzgr_substitute.h90"
78#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
79   !!----------------------------------------------------------------------
[5836]80   !! NEMO/OPA 3.7 , NEMO Consortium (2014)
[1152]81   !! $Id$
[2715]82   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
[3]83   !!----------------------------------------------------------------------
84CONTAINS
85
[455]86   SUBROUTINE dyn_vor( kt )
[3]87      !!----------------------------------------------------------------------
88      !!
[455]89      !! ** Purpose :   compute the lateral ocean tracer physics.
90      !!
91      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now vorticity term trend
[503]92      !!             - save the trends in (ztrdu,ztrdv) in 2 parts (relative
[4990]93      !!               and planetary vorticity trends) and send them to trd_dyn
94      !!               for futher diagnostics (l_trddyn=T)
[503]95      !!----------------------------------------------------------------------
[3294]96      INTEGER, INTENT( in ) ::   kt   ! ocean time-step index
[2715]97      !
[3294]98      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  ztrdu, ztrdv
[455]99      !!----------------------------------------------------------------------
[2715]100      !
[3294]101      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dyn_vor')
102      !
103      IF( l_trddyn )   CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
104      !
[5836]105      SELECT CASE ( nvor_scheme )               !==  vorticity trend added to the general trend  ==!
[643]106      !
[5836]107      CASE ( np_ENE )                                 !* energy conserving scheme
108         IF( l_trddyn ) THEN                                ! trend diagnostics: split the trend in two
[455]109            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
110            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]111            CALL vor_ene( kt, nrvm, ua, va )                      ! relative vorticity or metric trend
[455]112            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
113            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]114            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_rvo, kt )
[455]115            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
116            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]117            CALL vor_ene( kt, ncor, ua, va )                      ! planetary vorticity trend
[455]118            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
119            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]120            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_pvo, kt )
[455]121         ELSE
[5836]122            CALL vor_ene( kt, ntot, ua, va )                ! total vorticity trend
[455]123         ENDIF
[643]124         !
[5836]125      CASE ( np_ENS )                                 !* enstrophy conserving scheme
126         IF( l_trddyn ) THEN                                ! trend diagnostics: splitthe trend in two   
[455]127            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
128            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]129            CALL vor_ens( kt, nrvm, ua, va )                      ! relative vorticity or metric trend
[455]130            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
131            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]132            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_rvo, kt )
[455]133            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
134            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]135            CALL vor_ens( kt, ncor, ua, va )                      ! planetary vorticity trend
[455]136            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
137            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]138            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_pvo, kt )
[455]139         ELSE
[5836]140            CALL vor_ens( kt, ntot, ua, va )                ! total vorticity trend
[455]141         ENDIF
[643]142         !
[5836]143      CASE ( np_MIX )                                 !* mixed ene-ens scheme
144         IF( l_trddyn ) THEN                                ! trend diagnostics: split the trend in two
[455]145            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
146            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]147            CALL vor_ens( kt, nrvm, ua, va )                      ! relative vorticity or metric trend (ens)
[455]148            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
149            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]150            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_rvo, kt )
[455]151            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
152            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]153            CALL vor_ene( kt, ncor, ua, va )                      ! planetary vorticity trend (ene)
[455]154            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
155            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]156            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_pvo, kt )
[455]157         ELSE
[5836]158            CALL vor_ens( kt, nrvm, ua, va )                ! relative vorticity or metric trend (ens)
159            CALL vor_ene( kt, ncor, ua, va )                ! planetary vorticity trend (ene)
160        ENDIF
[643]161         !
[5836]162      CASE ( np_EEN )                                 !* energy and enstrophy conserving scheme
163         IF( l_trddyn ) THEN                                ! trend diagnostics: split the trend in two
[455]164            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
165            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]166            CALL vor_een( kt, nrvm, ua, va )                      ! relative vorticity or metric trend
[455]167            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
168            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]169            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_rvo, kt )
[455]170            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
171            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
[5836]172            CALL vor_een( kt, ncor, ua, va )                      ! planetary vorticity trend
[455]173            ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
174            ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
[4990]175            CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_pvo, kt )
[455]176         ELSE
[5836]177            CALL vor_een( kt, ntot, ua, va )                ! total vorticity trend
[455]178         ENDIF
[643]179         !
[455]180      END SELECT
[2715]181      !
[455]182      !                       ! print sum trends (used for debugging)
[2715]183      IF(ln_ctl) CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' vor  - Ua: ', mask1=umask,               &
[455]184         &                     tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
[1438]185      !
[3294]186      IF( l_trddyn )   CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
187      !
188      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dyn_vor')
189      !
[455]190   END SUBROUTINE dyn_vor
191
192
[643]193   SUBROUTINE vor_ene( kt, kvor, pua, pva )
[455]194      !!----------------------------------------------------------------------
195      !!                  ***  ROUTINE vor_ene  ***
196      !!
[3]197      !! ** Purpose :   Compute the now total vorticity trend and add it to
198      !!      the general trend of the momentum equation.
199      !!
200      !! ** Method  :   Trend evaluated using now fields (centered in time)
[5836]201      !!       and the Sadourny (1975) flux form formulation : conserves the
202      !!       horizontal kinetic energy.
203      !!         The general trend of momentum is increased due to the vorticity
204      !!       term which is given by:
205      !!          voru = 1/e1u  mj-1[ (rvor+f)/e3f  mi(e1v*e3v vn) ]
206      !!          vorv = 1/e2v  mi-1[ (rvor+f)/e3f  mj(e2u*e3u un) ]
207      !!       where rvor is the relative vorticity
[3]208      !!
209      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now vorticity term trend
210      !!
[503]211      !! References : Sadourny, r., 1975, j. atmos. sciences, 32, 680-689.
[3]212      !!----------------------------------------------------------------------
[643]213      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kt     ! ocean time-step index
214      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kvor   ! =ncor (planetary) ; =ntot (total) ;
[1438]215      !                                                           ! =nrvm (relative vorticity or metric)
[643]216      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pua    ! total u-trend
217      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pva    ! total v-trend
[2715]218      !
[5836]219      INTEGER  ::   ji, jj, jk           ! dummy loop indices
220      REAL(wp) ::   zx1, zy1, zx2, zy2   ! local scalars
221      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zwx, zwy, zwz   ! 2D workspace
[3]222      !!----------------------------------------------------------------------
[3294]223      !
224      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('vor_ene')
225      !
226      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, zwx, zwy, zwz ) 
227      !
[52]228      IF( kt == nit000 ) THEN
229         IF(lwp) WRITE(numout,*)
[455]230         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:vor_ene : vorticity term: energy conserving scheme'
231         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
[52]232      ENDIF
[5836]233      !
[3]234      !                                                ! ===============
235      DO jk = 1, jpkm1                                 ! Horizontal slab
236         !                                             ! ===============
[1438]237         !
[5836]238         SELECT CASE( kvor )                 !==  vorticity considered  ==!
239         CASE ( np_COR )                           !* Coriolis (planetary vorticity)
240            zwz(:,:) = ff(:,:) 
241         CASE ( np_RVO )                           !* relative vorticity
[643]242            DO jj = 1, jpjm1
243               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[5836]244                  zwz(ji,jj) = (  e2v(ji+1,jj  ) * vn(ji+1,jj  ,jk) - e2v(ji,jj) * vn(ji,jj,jk)    &
245                     &          - e1u(ji  ,jj+1) * un(ji  ,jj+1,jk) + e1u(ji,jj) * un(ji,jj,jk)  ) * r1_e1e2f(ji,jj)
246               END DO
247            END DO
248         CASE ( np_MET )                           !* metric term
249            DO jj = 1, jpjm1
250               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[643]251                  zwz(ji,jj) = (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
252                       &         - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
[5836]253                       &     * 0.5 * r1_e1e2f(ji,jj)
[643]254               END DO
255            END DO
[5836]256         CASE ( np_CRV )                           !* Coriolis + relative vorticity
[643]257            DO jj = 1, jpjm1
258               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[5836]259                  zwz(ji,jj) = ff(ji,jj) + (  e2v(ji+1,jj  ) * vn(ji+1,jj  ,jk) - e2v(ji,jj) * vn(ji,jj,jk)    &
260                     &                      - e1u(ji  ,jj+1) * un(ji  ,jj+1,jk) + e1u(ji,jj) * un(ji,jj,jk)  ) &
261                     &                   * r1_e1e2f(ji,jj)
[643]262               END DO
263            END DO
[5836]264         CASE ( np_CME )                           !* Coriolis + metric
265            DO jj = 1, jpjm1
266               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
267                  zwz(ji,jj) = ff(ji,jj)                                                                        &
268                       &     + (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
269                       &         - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
270                       &     * 0.5 * r1_e1e2f(ji,jj)
271               END DO
272            END DO
273         CASE DEFAULT                                             ! error
274            CALL ctl_stop('STOP','dyn_vor: wrong value for kvor'  )
[455]275         END SELECT
[5836]276         !
277         IF( ln_dynvor_msk ) THEN          !==  mask/unmask vorticity ==!
278            DO jj = 1, jpjm1
279               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
280                  zwz(ji,jj) = zwz(ji,jj) * fmask(ji,jj,jk)
281               END DO
282            END DO
283         ENDIF
[455]284
285         IF( ln_sco ) THEN
286            zwz(:,:) = zwz(:,:) / fse3f(:,:,jk)
[3]287            zwx(:,:) = e2u(:,:) * fse3u(:,:,jk) * un(:,:,jk)
288            zwy(:,:) = e1v(:,:) * fse3v(:,:,jk) * vn(:,:,jk)
289         ELSE
290            zwx(:,:) = e2u(:,:) * un(:,:,jk)
291            zwy(:,:) = e1v(:,:) * vn(:,:,jk)
292         ENDIF
[5836]293         !                                   !==  compute and add the vorticity term trend  =!
[3]294         DO jj = 2, jpjm1
295            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
296               zy1 = zwy(ji,jj-1) + zwy(ji+1,jj-1)
297               zy2 = zwy(ji,jj  ) + zwy(ji+1,jj  )
298               zx1 = zwx(ji-1,jj) + zwx(ji-1,jj+1)
299               zx2 = zwx(ji  ,jj) + zwx(ji  ,jj+1)
[5836]300               pua(ji,jj,jk) = pua(ji,jj,jk) + r1_4 * r1_e1u(ji,jj) * ( zwz(ji  ,jj-1) * zy1 + zwz(ji,jj) * zy2 )
301               pva(ji,jj,jk) = pva(ji,jj,jk) - r1_4 * r1_e2v(ji,jj) * ( zwz(ji-1,jj  ) * zx1 + zwz(ji,jj) * zx2 ) 
[3]302            END DO 
303         END DO 
304         !                                             ! ===============
305      END DO                                           !   End of slab
306      !                                                ! ===============
[3294]307      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, zwx, zwy, zwz ) 
[2715]308      !
[3294]309      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('vor_ene')
310      !
[455]311   END SUBROUTINE vor_ene
[216]312
313
[643]314   SUBROUTINE vor_ens( kt, kvor, pua, pva )
[3]315      !!----------------------------------------------------------------------
[455]316      !!                ***  ROUTINE vor_ens  ***
[3]317      !!
318      !! ** Purpose :   Compute the now total vorticity trend and add it to
319      !!      the general trend of the momentum equation.
320      !!
321      !! ** Method  :   Trend evaluated using now fields (centered in time)
322      !!      and the Sadourny (1975) flux FORM formulation : conserves the
323      !!      potential enstrophy of a horizontally non-divergent flow. the
324      !!      trend of the vorticity term is given by:
[5836]325      !!          voru = 1/e1u  mj-1[ (rvor+f)/e3f ]  mj-1[ mi(e1v*e3v vn) ]
326      !!          vorv = 1/e2v  mi-1[ (rvor+f)/e3f ]  mi-1[ mj(e2u*e3u un) ]
[3]327      !!      Add this trend to the general momentum trend (ua,va):
328      !!          (ua,va) = (ua,va) + ( voru , vorv )
329      !!
330      !! ** Action : - Update (ua,va) arrays with the now vorticity term trend
331      !!
[503]332      !! References : Sadourny, r., 1975, j. atmos. sciences, 32, 680-689.
[3]333      !!----------------------------------------------------------------------
[643]334      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kt     ! ocean time-step index
335      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kvor   ! =ncor (planetary) ; =ntot (total) ;
336         !                                                        ! =nrvm (relative vorticity or metric)
337      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pua    ! total u-trend
338      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pva    ! total v-trend
[2715]339      !
[5836]340      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
341      REAL(wp) ::   zuav, zvau   ! local scalars
342      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zwx, zwy, zwz, zww   ! 2D workspace
[3]343      !!----------------------------------------------------------------------
[3294]344      !
345      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('vor_ens')
346      !
347      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, zwx, zwy, zwz ) 
348      !
[52]349      IF( kt == nit000 ) THEN
350         IF(lwp) WRITE(numout,*)
[455]351         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:vor_ens : vorticity term: enstrophy conserving scheme'
352         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
[52]353      ENDIF
[3]354      !                                                ! ===============
355      DO jk = 1, jpkm1                                 ! Horizontal slab
356         !                                             ! ===============
[1438]357         !
[5836]358         SELECT CASE( kvor )                 !==  vorticity considered  ==!
359         CASE ( np_COR )                           !* Coriolis (planetary vorticity)
360            zwz(:,:) = ff(:,:) 
361         CASE ( np_RVO )                           !* relative vorticity
[643]362            DO jj = 1, jpjm1
363               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[5836]364                  zwz(ji,jj) = (  e2v(ji+1,jj  ) * vn(ji+1,jj  ,jk) - e2v(ji,jj) * vn(ji,jj,jk)    &
365                     &          - e1u(ji  ,jj+1) * un(ji  ,jj+1,jk) + e1u(ji,jj) * un(ji,jj,jk)  ) * r1_e1e2f(ji,jj)
366               END DO
367            END DO
368         CASE ( np_MET )                           !* metric term
369            DO jj = 1, jpjm1
370               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[643]371                  zwz(ji,jj) = (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
372                       &         - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
[5836]373                       &     * 0.5 * r1_e1e2f(ji,jj)
[643]374               END DO
375            END DO
[5836]376         CASE ( np_CRV )                           !* Coriolis + relative vorticity
[643]377            DO jj = 1, jpjm1
378               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[5836]379                  zwz(ji,jj) = ff(ji,jj) + (  e2v(ji+1,jj  ) * vn(ji+1,jj  ,jk) - e2v(ji,jj) * vn(ji,jj,jk)    &
380                     &                      - e1u(ji  ,jj+1) * un(ji  ,jj+1,jk) + e1u(ji,jj) * un(ji,jj,jk)  ) &
381                     &                   * r1_e1e2f(ji,jj)
[643]382               END DO
383            END DO
[5836]384         CASE ( np_CME )                           !* Coriolis + metric
385            DO jj = 1, jpjm1
386               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
387                  zwz(ji,jj) = ff(ji,jj)                                                                       &
388                       &     + (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
389                       &         - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
390                       &     * 0.5 * r1_e1e2f(ji,jj)
391               END DO
392            END DO
393         CASE DEFAULT                                             ! error
394            CALL ctl_stop('STOP','dyn_vor: wrong value for kvor'  )
[455]395         END SELECT
[1438]396         !
[5836]397         IF( ln_dynvor_msk ) THEN           !==  mask/unmask vorticity ==!
398            DO jj = 1, jpjm1
399               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
400                  zwz(ji,jj) = zwz(ji,jj) * fmask(ji,jj,jk)
[3]401               END DO
402            END DO
[5836]403         ENDIF
404         !
405         IF( ln_sco ) THEN                   !==  horizontal fluxes  ==!
406            zwz(:,:) = zwz(:,:) / fse3f(:,:,jk)
407            zwx(:,:) = e2u(:,:) * fse3u(:,:,jk) * un(:,:,jk)
408            zwy(:,:) = e1v(:,:) * fse3v(:,:,jk) * vn(:,:,jk)
[3]409         ELSE
[5836]410            zwx(:,:) = e2u(:,:) * un(:,:,jk)
411            zwy(:,:) = e1v(:,:) * vn(:,:,jk)
[3]412         ENDIF
[5836]413         !                                   !==  compute and add the vorticity term trend  =!
[3]414         DO jj = 2, jpjm1
415            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[5836]416               zuav = r1_8 * r1_e1u(ji,jj) * ( zwy(ji  ,jj-1) + zwy(ji+1,jj-1)   &
417                  &                       + zwy(ji  ,jj  ) + zwy(ji+1,jj  ) )
418               zvau =-r1_8 * r1_e2v(ji,jj) * ( zwx(ji-1,jj  ) + zwx(ji-1,jj+1)   &
419                  &                       + zwx(ji  ,jj  ) + zwx(ji  ,jj+1) )
[455]420               pua(ji,jj,jk) = pua(ji,jj,jk) + zuav * ( zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji,jj) )
421               pva(ji,jj,jk) = pva(ji,jj,jk) + zvau * ( zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji,jj) )
[3]422            END DO 
423         END DO 
424         !                                             ! ===============
425      END DO                                           !   End of slab
426      !                                                ! ===============
[3294]427      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, zwx, zwy, zwz ) 
[2715]428      !
[3294]429      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('vor_ens')
430      !
[455]431   END SUBROUTINE vor_ens
[216]432
433
[643]434   SUBROUTINE vor_een( kt, kvor, pua, pva )
[108]435      !!----------------------------------------------------------------------
[455]436      !!                ***  ROUTINE vor_een  ***
[108]437      !!
438      !! ** Purpose :   Compute the now total vorticity trend and add it to
439      !!      the general trend of the momentum equation.
440      !!
441      !! ** Method  :   Trend evaluated using now fields (centered in time)
[1438]442      !!      and the Arakawa and Lamb (1980) flux form formulation : conserves
[108]443      !!      both the horizontal kinetic energy and the potential enstrophy
[1438]444      !!      when horizontal divergence is zero (see the NEMO documentation)
445      !!      Add this trend to the general momentum trend (ua,va).
[108]446      !!
447      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now vorticity term trend
448      !!
[503]449      !! References : Arakawa and Lamb 1980, Mon. Wea. Rev., 109, 18-36
450      !!----------------------------------------------------------------------
[643]451      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kt     ! ocean time-step index
[5836]452      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   kvor   ! =ncor (planetary) ; =ntot (total) ; =nrvm (relative or metric)
[643]453      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pua    ! total u-trend
454      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pva    ! total v-trend
[5836]455      !
456      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
457      INTEGER  ::   ierr         ! local integer
458      REAL(wp) ::   zua, zva     ! local scalars
459      REAL(wp) ::   zmsk, ze3    ! local scalars
460      !
461      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   :: zwx, zwy, zwz, z1_e3f
462      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   :: ztnw, ztne, ztsw, ztse
[108]463      !!----------------------------------------------------------------------
[3294]464      !
465      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('vor_een')
466      !
[5836]467      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,   zwx , zwy , zwz , z1_e3f ) 
468      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,   ztnw, ztne, ztsw, ztse   ) 
[3294]469      !
[108]470      IF( kt == nit000 ) THEN
471         IF(lwp) WRITE(numout,*)
[455]472         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:vor_een : vorticity term: energy and enstrophy conserving scheme'
473         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
[1438]474      ENDIF
[5836]475      !
476      !                                                ! ===============
477      DO jk = 1, jpkm1                                 ! Horizontal slab
478         !                                             ! ===============
479         !
480         SELECT CASE( nn_een_e3f )           ! == reciprocal of e3 at F-point
481         CASE ( 0 )                                   ! original formulation  (masked averaging of e3t divided by 4)
482            DO jj = 1, jpjm1
483               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
484                  ze3  = ( fse3t(ji,jj+1,jk)*tmask(ji,jj+1,jk) + fse3t(ji+1,jj+1,jk)*tmask(ji+1,jj+1,jk)   &
485                     &   + fse3t(ji,jj  ,jk)*tmask(ji,jj  ,jk) + fse3t(ji+1,jj  ,jk)*tmask(ji+1,jj  ,jk) )
486                  IF( ze3 /= 0._wp ) THEN   ;   z1_e3f(ji,jj) = 4.0_wp / ze3
487                  ELSE                      ;   z1_e3f(ji,jj) = 0.0_wp
488                  ENDIF
[108]489               END DO
490            END DO
[5836]491         CASE ( 1 )                                   ! new formulation  (masked averaging of e3t divided by the sum of mask)
492            DO jj = 1, jpjm1
493               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
494                  ze3  = ( fse3t(ji,jj+1,jk)*tmask(ji,jj+1,jk) + fse3t(ji+1,jj+1,jk)*tmask(ji+1,jj+1,jk)   &
495                     &   + fse3t(ji,jj  ,jk)*tmask(ji,jj  ,jk) + fse3t(ji+1,jj  ,jk)*tmask(ji+1,jj  ,jk) )
496                  zmsk = (                   tmask(ji,jj+1,jk) +                     tmask(ji+1,jj+1,jk)   &
497                     &                     + tmask(ji,jj  ,jk) +                     tmask(ji+1,jj  ,jk) )
498                  IF( ze3 /= 0._wp ) THEN   ;   z1_e3f(ji,jj) = zmsk / ze3
499                  ELSE                      ;   z1_e3f(ji,jj) = 0.0_wp
500                  ENDIF
[5029]501               END DO
502            END DO
[5836]503         END SELECT
504         !
505         SELECT CASE( kvor )                 !==  vorticity considered  ==!
506         CASE ( np_COR )                           !* Coriolis (planetary vorticity)
[643]507            DO jj = 1, jpjm1
508               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[5836]509                  zwz(ji,jj) = ff(ji,jj) * z1_e3f(ji,jj)
510               END DO
511            END DO
512         CASE ( np_RVO )                           !* relative vorticity
513            DO jj = 1, jpjm1
514               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
515                  zwz(ji,jj) = (  e2v(ji+1,jj  ) * vn(ji+1,jj  ,jk) - e2v(ji,jj) * vn(ji,jj,jk)    &
516                     &          - e1u(ji  ,jj+1) * un(ji  ,jj+1,jk) + e1u(ji,jj) * un(ji,jj,jk)  ) &
517                     &       * r1_e1e2f(ji,jj) * z1_e3f(ji,jj)
518               END DO
519            END DO
520         CASE ( np_MET )                           !* metric term
521            DO jj = 1, jpjm1
522               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[643]523                  zwz(ji,jj) = (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
524                       &         - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
[5836]525                       &     * 0.5 * r1_e1e2f(ji,jj) * z1_e3f(ji,jj)
[643]526               END DO
527            END DO
[5836]528         CASE ( np_CRV )                           !* Coriolis + relative vorticity
[643]529            DO jj = 1, jpjm1
530               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
[5836]531                  zwz(ji,jj) = (  ff(ji,jj) + (  e2v(ji+1,jj  ) * vn(ji+1,jj  ,jk) - e2v(ji,jj) * vn(ji,jj,jk)    &
532                     &                         - e1u(ji  ,jj+1) * un(ji  ,jj+1,jk) + e1u(ji,jj) * un(ji,jj,jk)  ) &
533                     &                      * r1_e1e2f(ji,jj)    ) * z1_e3f(ji,jj)
[643]534               END DO
535            END DO
[5836]536         CASE ( np_CME )                           !* Coriolis + metric
537            DO jj = 1, jpjm1
538               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
539                  zwz(ji,jj) = (  ff(ji,jj)                                                                        &
540                       &        + (   ( vn(ji+1,jj  ,jk) + vn (ji,jj,jk) ) * ( e2v(ji+1,jj  ) - e2v(ji,jj) )       &
541                       &            - ( un(ji  ,jj+1,jk) + un (ji,jj,jk) ) * ( e1u(ji  ,jj+1) - e1u(ji,jj) )   )   &
542                       &        * 0.5 * r1_e1e2f(ji,jj)   ) * z1_e3f(ji,jj)
543               END DO
544            END DO
545         CASE DEFAULT                                             ! error
546            CALL ctl_stop('STOP','dyn_vor: wrong value for kvor'  )
[455]547         END SELECT
[5836]548         !
549         CALL lbc_lnk( zwz, 'F', 1. )
550         !
551         IF( ln_dynvor_msk ) THEN          !==  mask/unmask vorticity ==!
552            DO jj = 1, jpjm1
553               DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
554                  zwz(ji,jj) = zwz(ji,jj) * fmask(ji,jj,jk)
555               END DO
556            END DO
557         ENDIF
558         !
559         !                                   !==  horizontal fluxes  ==!
[108]560         zwx(:,:) = e2u(:,:) * fse3u(:,:,jk) * un(:,:,jk)
561         zwy(:,:) = e1v(:,:) * fse3v(:,:,jk) * vn(:,:,jk)
562
[5836]563         !                                   !==  compute and add the vorticity term trend  =!
[1438]564         jj = 2
565         ztne(1,:) = 0   ;   ztnw(1,:) = 0   ;   ztse(1,:) = 0   ;   ztsw(1,:) = 0
[5836]566         DO ji = 2, jpi          ! split in 2 parts due to vector opt.
[108]567               ztne(ji,jj) = zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji  ,jj  ) + zwz(ji  ,jj-1)
568               ztnw(ji,jj) = zwz(ji-1,jj-1) + zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji  ,jj  )
569               ztse(ji,jj) = zwz(ji  ,jj  ) + zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji-1,jj-1)
570               ztsw(ji,jj) = zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji-1,jj-1) + zwz(ji-1,jj  )
571         END DO
572         DO jj = 3, jpj
[1694]573            DO ji = fs_2, jpi   ! vector opt. ok because we start at jj = 3
[108]574               ztne(ji,jj) = zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji  ,jj  ) + zwz(ji  ,jj-1)
575               ztnw(ji,jj) = zwz(ji-1,jj-1) + zwz(ji-1,jj  ) + zwz(ji  ,jj  )
576               ztse(ji,jj) = zwz(ji  ,jj  ) + zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji-1,jj-1)
577               ztsw(ji,jj) = zwz(ji  ,jj-1) + zwz(ji-1,jj-1) + zwz(ji-1,jj  )
578            END DO
579         END DO
580         DO jj = 2, jpjm1
581            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
[5836]582               zua = + r1_12 * r1_e1u(ji,jj) * (  ztne(ji,jj  ) * zwy(ji  ,jj  ) + ztnw(ji+1,jj) * zwy(ji+1,jj  )   &
583                  &                             + ztse(ji,jj  ) * zwy(ji  ,jj-1) + ztsw(ji+1,jj) * zwy(ji+1,jj-1) )
584               zva = - r1_12 * r1_e2v(ji,jj) * (  ztsw(ji,jj+1) * zwx(ji-1,jj+1) + ztse(ji,jj+1) * zwx(ji  ,jj+1)   &
585                  &                             + ztnw(ji,jj  ) * zwx(ji-1,jj  ) + ztne(ji,jj  ) * zwx(ji  ,jj  ) )
[455]586               pua(ji,jj,jk) = pua(ji,jj,jk) + zua
587               pva(ji,jj,jk) = pva(ji,jj,jk) + zva
[108]588            END DO 
589         END DO 
590         !                                             ! ===============
591      END DO                                           !   End of slab
592      !                                                ! ===============
[2715]593      !
[5836]594      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,   zwx , zwy , zwz , z1_e3f ) 
595      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,   ztnw, ztne, ztsw, ztse   ) 
596      !
[3294]597      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('vor_een')
598      !
[455]599   END SUBROUTINE vor_een
[216]600
601
[2528]602   SUBROUTINE dyn_vor_init
[3]603      !!---------------------------------------------------------------------
[2528]604      !!                  ***  ROUTINE dyn_vor_init  ***
[3]605      !!
606      !! ** Purpose :   Control the consistency between cpp options for
[1438]607      !!              tracer advection schemes
[3]608      !!----------------------------------------------------------------------
[2715]609      INTEGER ::   ioptio          ! local integer
[3294]610      INTEGER ::   ji, jj, jk      ! dummy loop indices
[4147]611      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
[2715]612      !!
[5836]613      NAMELIST/namdyn_vor/ ln_dynvor_ens, ln_dynvor_ene, ln_dynvor_mix, ln_dynvor_een, nn_een_e3f, ln_dynvor_msk
[3]614      !!----------------------------------------------------------------------
615
[4147]616      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namdyn_vor in reference namelist : Vorticity scheme options
617      READ  ( numnam_ref, namdyn_vor, IOSTAT = ios, ERR = 901)
618901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_vor in reference namelist', lwp )
[3]619
[4147]620      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namdyn_vor in configuration namelist : Vorticity scheme options
621      READ  ( numnam_cfg, namdyn_vor, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
622902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_vor in configuration namelist', lwp )
[4624]623      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_vor )
[4147]624
[503]625      IF(lwp) THEN                    ! Namelist print
[3]626         WRITE(numout,*)
[2528]627         WRITE(numout,*) 'dyn_vor_init : vorticity term : read namelist and control the consistency'
628         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
[4147]629         WRITE(numout,*) '        Namelist namdyn_vor : choice of the vorticity term scheme'
[5836]630         WRITE(numout,*) '           energy    conserving scheme                    ln_dynvor_ene = ', ln_dynvor_ene
631         WRITE(numout,*) '           enstrophy conserving scheme                    ln_dynvor_ens = ', ln_dynvor_ens
632         WRITE(numout,*) '           mixed enstrophy/energy conserving scheme       ln_dynvor_mix = ', ln_dynvor_mix
633         WRITE(numout,*) '           enstrophy and energy conserving scheme         ln_dynvor_een = ', ln_dynvor_een
634         WRITE(numout,*) '              e3f = averaging /4 (=0) or /sum(tmask) (=1)    nn_een_e3f = ', nn_een_e3f
635         WRITE(numout,*) '           masked (=1) or unmasked(=0) vorticity          ln_dynvor_msk = ', ln_dynvor_msk
[52]636      ENDIF
637
[5836]638!!gm  this should be removed when choosing a unique strategy for fmask at the coast
[3294]639      ! If energy, enstrophy or mixed advection of momentum in vector form change the value for masks
640      ! at angles with three ocean points and one land point
[5836]641      IF(lwp) WRITE(numout,*)
642      IF(lwp) WRITE(numout,*) '           namlbc: change fmask value in the angles (T)   ln_vorlat = ', ln_vorlat
[3294]643      IF( ln_vorlat .AND. ( ln_dynvor_ene .OR. ln_dynvor_ens .OR. ln_dynvor_mix ) ) THEN
644         DO jk = 1, jpk
645            DO jj = 2, jpjm1
646               DO ji = 2, jpim1
647                  IF( tmask(ji,jj,jk)+tmask(ji+1,jj,jk)+tmask(ji,jj+1,jk)+tmask(ji+1,jj+1,jk) == 3._wp ) &
648                      fmask(ji,jj,jk) = 1._wp
649               END DO
650            END DO
651         END DO
652          !
653          CALL lbc_lnk( fmask, 'F', 1._wp )      ! Lateral boundary conditions on fmask
654          !
655      ENDIF
[5836]656!!gm end
[3294]657
[5836]658      ioptio = 0                     ! type of scheme for vorticity (set nvor_scheme)
659      IF( ln_dynvor_ene ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;    nvor_scheme = np_ENE   ;   ENDIF
660      IF( ln_dynvor_ens ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;    nvor_scheme = np_ENS   ;   ENDIF
661      IF( ln_dynvor_mix ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;    nvor_scheme = np_MIX   ;   ENDIF
662      IF( ln_dynvor_een ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;    nvor_scheme = np_EEN   ;   ENDIF
663      !
[503]664      IF( ioptio /= 1 ) CALL ctl_stop( ' use ONE and ONLY one vorticity scheme' )
[5836]665      !                     
666      IF(lwp) WRITE(numout,*)        ! type of calculated vorticity (set ncor, nrvm, ntot)
667      ncor = np_COR
[643]668      IF( ln_dynadv_vec ) THEN     
669         IF(lwp) WRITE(numout,*) '         Vector form advection : vorticity = Coriolis + relative vorticity'
[5836]670         nrvm = np_RVO        ! relative vorticity
671         ntot = np_CRV        ! relative + planetary vorticity
[643]672      ELSE                       
673         IF(lwp) WRITE(numout,*) '         Flux form advection   : vorticity = Coriolis + metric term'
[5836]674         nrvm = np_MET        ! metric term
675         ntot = np_CME        ! Coriolis + metric term
[643]676      ENDIF
677     
[503]678      IF(lwp) THEN                   ! Print the choice
679         WRITE(numout,*)
[5836]680         IF( nvor_scheme ==  np_ENE )   WRITE(numout,*) '         vorticity scheme ==>> energy conserving scheme'
681         IF( nvor_scheme ==  np_ENS )   WRITE(numout,*) '         vorticity scheme ==>> enstrophy conserving scheme'
682         IF( nvor_scheme ==  np_MIX )   WRITE(numout,*) '         vorticity scheme ==>> mixed enstrophy/energy conserving scheme'
683         IF( nvor_scheme ==  np_EEN )   WRITE(numout,*) '         vorticity scheme ==>> energy and enstrophy conserving scheme'
[3]684      ENDIF
[503]685      !
[2528]686   END SUBROUTINE dyn_vor_init
[3]687
[503]688   !!==============================================================================
[3]689END MODULE dynvor
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.