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.
Changeset 5581 for branches/2014/dev_r4765_CNRS_agrif/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/ZDF/zdfgls.F90 – NEMO

Ignore:
Timestamp:
2015-07-10T13:28:53+02:00 (9 years ago)
Author:
timgraham
Message:

Merged head of trunk into branch

File:
1 edited

Legend:

Unmodified
Added
Removed
  • branches/2014/dev_r4765_CNRS_agrif/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/ZDF/zdfgls.F90

    r5081 r5581  
    2020   USE domvvl         ! ocean space and time domain : variable volume layer 
    2121   USE zdf_oce        ! ocean vertical physics 
     22   USE zdfbfr         ! bottom friction (only for rn_bfrz0) 
    2223   USE sbc_oce        ! surface boundary condition: ocean 
    2324   USE phycst         ! physical constants 
     
    4748 
    4849   !                              !! ** Namelist  namzdf_gls  ** 
    49    LOGICAL  ::   ln_crban          ! =T use Craig and Banner scheme 
    5050   LOGICAL  ::   ln_length_lim     ! use limit on the dissipation rate under stable stratification (Galperin et al. 1988) 
    5151   LOGICAL  ::   ln_sigpsi         ! Activate Burchard (2003) modification for k-eps closure & wave breaking mixing 
    52    INTEGER  ::   nn_tkebc_surf     ! TKE surface boundary condition (=0/1) 
    53    INTEGER  ::   nn_tkebc_bot      ! TKE bottom boundary condition (=0/1) 
    54    INTEGER  ::   nn_psibc_surf     ! PSI surface boundary condition (=0/1) 
    55    INTEGER  ::   nn_psibc_bot      ! PSI bottom boundary condition (=0/1) 
     52   INTEGER  ::   nn_bc_surf        ! surface boundary condition (=0/1) 
     53   INTEGER  ::   nn_bc_bot         ! bottom boundary condition (=0/1) 
     54   INTEGER  ::   nn_z0_met         ! Method for surface roughness computation 
    5655   INTEGER  ::   nn_stab_func      ! stability functions G88, KC or Canuto (=0/1/2) 
    5756   INTEGER  ::   nn_clos           ! closure 0/1/2/3 MY82/k-eps/k-w/gen 
     
    6160   REAL(wp) ::   rn_charn          ! Charnock constant for surface breaking waves mixing : 1400. (standard) or 2.e5 (Stacey value) 
    6261   REAL(wp) ::   rn_crban          ! Craig and Banner constant for surface breaking waves mixing 
    63  
    64    REAL(wp) ::   hsro          =  0.003_wp    ! Minimum surface roughness 
    65    REAL(wp) ::   hbro          =  0.003_wp    ! Bottom roughness (m) 
     62   REAL(wp) ::   rn_hsro           ! Minimum surface roughness 
     63   REAL(wp) ::   rn_frac_hs        ! Fraction of wave height as surface roughness (if nn_z0_met > 1)  
     64 
    6665   REAL(wp) ::   rcm_sf        =  0.73_wp     ! Shear free turbulence parameters 
    6766   REAL(wp) ::   ra_sf         = -2.0_wp      ! Must be negative -2 < ra_sf < -1  
     
    9190   REAL(wp) ::   rm7           =  0.0_wp 
    9291   REAL(wp) ::   rm8           =  0.318_wp 
    93     
     92   REAL(wp) ::   rtrans        =  0.1_wp 
    9493   REAL(wp) ::   rc02, rc02r, rc03, rc04                          ! coefficients deduced from above parameters 
    95    REAL(wp) ::   rc03_sqrt2_galp                                  !     -           -           -        - 
    96    REAL(wp) ::   rsbc_tke1, rsbc_tke2, rsbc_tke3, rfact_tke       !     -           -           -        - 
    97    REAL(wp) ::   rsbc_psi1, rsbc_psi2, rsbc_psi3, rfact_psi       !     -           -           -        - 
    98    REAL(wp) ::   rsbc_mb  , rsbc_std , rsbc_zs                    !     -           -           -        - 
     94   REAL(wp) ::   rsbc_tke1, rsbc_tke2, rfact_tke                  !     -           -           -        - 
     95   REAL(wp) ::   rsbc_psi1, rsbc_psi2, rfact_psi                  !     -           -           -        - 
     96   REAL(wp) ::   rsbc_zs1, rsbc_zs2                               !     -           -           -        - 
    9997   REAL(wp) ::   rc0, rc2, rc3, rf6, rcff, rc_diff                !     -           -           -        - 
    10098   REAL(wp) ::   rs0, rs1, rs2, rs4, rs5, rs6                     !     -           -           -        - 
     
    140138      REAL(wp) ::   gh, gm, shr, dif, zsqen, zav        !   -      - 
    141139      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) ::   zdep 
     140      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) ::   zkar 
    142141      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) ::   zflxs       ! Turbulence fluxed induced by internal waves  
    143142      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) ::   zhsro       ! Surface roughness (surface waves) 
     
    146145      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   shear       ! vertical shear 
    147146      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   eps         ! dissipation rate 
    148       REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zwall_psi   ! Wall function use in the wb case (ln_sigpsi.AND.ln_crban=T) 
    149       REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   z_elem_a, z_elem_b, z_elem_c, psi 
     147      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zwall_psi   ! Wall function use in the wb case (ln_sigpsi) 
     148      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   psi         ! psi at time now 
     149      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   z_elem_a    ! element of the first  matrix diagonal 
     150      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   z_elem_b    ! element of the second matrix diagonal 
     151      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   z_elem_c    ! element of the third  matrix diagonal 
    150152      !!-------------------------------------------------------------------- 
    151153      ! 
    152154      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('zdf_gls') 
    153155      ! 
    154       CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zdep, zflxs, zhsro ) 
    155       CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, eb, mxlb, shear, eps, zwall_psi, z_elem_a, z_elem_b, z_elem_c, psi ) 
    156  
     156      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zdep, zkar, zflxs, zhsro ) 
     157      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, eb, mxlb, shear, eps, zwall_psi, z_elem_a, z_elem_b, z_elem_c, psi  ) 
     158       
    157159      ! Preliminary computing 
    158160 
     
    167169 
    168170      ! Compute surface and bottom friction at T-points 
    169 !CDIR NOVERRCHK 
    170       DO jj = 2, jpjm1 
    171 !CDIR NOVERRCHK 
    172          DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt. 
    173             !  
    174             ! surface friction  
     171!CDIR NOVERRCHK           
     172      DO jj = 2, jpjm1           
     173!CDIR NOVERRCHK          
     174         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.          
     175            ! 
     176            ! surface friction 
    175177            ustars2(ji,jj) = r1_rau0 * taum(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) 
    176             ! 
    177             ! bottom friction (explicit before friction) 
    178             ! Note that we chose here not to bound the friction as in dynbfr) 
    179             ztx2 = (  bfrua(ji,jj)  * ub(ji,jj,mbku(ji,jj)) + bfrua(ji-1,jj) * ub(ji-1,jj,mbku(ji-1,jj))  )   & 
    180                & * ( 1._wp - 0.5_wp * umask(ji,jj,1) * umask(ji-1,jj,1)  ) 
    181             zty2 = (  bfrva(ji,jj)  * vb(ji,jj,mbkv(ji,jj)) + bfrva(ji,jj-1) * vb(ji,jj-1,mbkv(ji,jj-1))  )   & 
    182                & * ( 1._wp - 0.5_wp * vmask(ji,jj,1) * vmask(ji,jj-1,1)  ) 
    183             ustarb2(ji,jj) = SQRT( ztx2 * ztx2 + zty2 * zty2 ) * tmask(ji,jj,1) 
    184          END DO 
    185       END DO   
    186  
    187       ! In case of breaking surface waves mixing, 
    188       ! Compute surface roughness length according to Charnock formula: 
    189       IF( ln_crban ) THEN   ;   zhsro(:,:) = MAX(rsbc_zs * ustars2(:,:), hsro) 
    190       ELSE                  ;   zhsro(:,:) = hsro 
    191       ENDIF 
     178            !    
     179            ! bottom friction (explicit before friction)         
     180            ! Note that we chose here not to bound the friction as in dynbfr)    
     181            ztx2 = (  bfrua(ji,jj)  * ub(ji,jj,mbku(ji,jj)) + bfrua(ji-1,jj) * ub(ji-1,jj,mbku(ji-1,jj))  )   &          
     182               & * ( 1._wp - 0.5_wp * umask(ji,jj,1) * umask(ji-1,jj,1)  )       
     183            zty2 = (  bfrva(ji,jj)  * vb(ji,jj,mbkv(ji,jj)) + bfrva(ji,jj-1) * vb(ji,jj-1,mbkv(ji,jj-1))  )   &          
     184               & * ( 1._wp - 0.5_wp * vmask(ji,jj,1) * vmask(ji,jj-1,1)  )       
     185            ustarb2(ji,jj) = SQRT( ztx2 * ztx2 + zty2 * zty2 ) * tmask(ji,jj,1)          
     186         END DO          
     187      END DO     
     188 
     189      ! Set surface roughness length 
     190      SELECT CASE ( nn_z0_met ) 
     191      ! 
     192      CASE ( 0 )             ! Constant roughness           
     193         zhsro(:,:) = rn_hsro 
     194      CASE ( 1 )             ! Standard Charnock formula 
     195         zhsro(:,:) = MAX(rsbc_zs1 * ustars2(:,:), rn_hsro) 
     196      CASE ( 2 )             ! Roughness formulae according to Rascle et al., Ocean Modelling (2008) 
     197         zdep(:,:)  = 30.*TANH(2.*0.3/(28.*SQRT(MAX(ustars2(:,:),rsmall))))             ! Wave age (eq. 10) 
     198         zhsro(:,:) = MAX(rsbc_zs2 * ustars2(:,:) * zdep(:,:)**1.5, rn_hsro) ! zhsro = rn_frac_hs * Hsw (eq. 11) 
     199      ! 
     200      END SELECT 
    192201 
    193202      ! Compute shear and dissipation rate 
     
    296305      ! 
    297306      ! Set surface condition on zwall_psi (1 at the bottom) 
    298       IF( ln_sigpsi ) THEN 
    299          zcoef = rsc_psi / rsc_psi0 
    300          DO jj = 2, jpjm1 
    301             DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt. 
    302                zwall_psi(ji,jj,1) = zcoef 
    303             END DO 
    304          END DO 
    305       ENDIF 
    306  
     307      zwall_psi(:,:,1) = zwall_psi(:,:,2) 
     308      zwall_psi(:,:,jpk) = 1. 
     309      ! 
    307310      ! Surface boundary condition on tke 
    308311      ! --------------------------------- 
    309312      ! 
    310       SELECT CASE ( nn_tkebc_surf ) 
     313      SELECT CASE ( nn_bc_surf ) 
    311314      ! 
    312315      CASE ( 0 )             ! Dirichlet case 
    313          ! 
    314          IF (ln_crban) THEN     ! Wave induced mixing case 
    315             !                      ! en(1) = q2(1) = 0.5 * (15.8 * Ccb)^(2/3) * u*^2 
    316             !                      ! balance between the production and the dissipation terms including the wave effect 
    317             en(:,:,1) = MAX( rsbc_tke1 * ustars2(:,:), rn_emin ) 
    318             z_elem_a(:,:,1) = en(:,:,1) 
    319             z_elem_c(:,:,1) = 0._wp 
    320             z_elem_b(:,:,1) = 1._wp 
    321             !  
    322             ! one level below 
    323             en(:,:,2) = MAX( rsbc_tke1 * ustars2(:,:) * ( (zhsro(:,:)+fsdepw(:,:,2))/zhsro(:,:) )**ra_sf, rn_emin ) 
    324             z_elem_a(:,:,2) = 0._wp 
    325             z_elem_c(:,:,2) = 0._wp 
    326             z_elem_b(:,:,2) = 1._wp 
    327             ! 
    328          ELSE                   ! No wave induced mixing case 
    329             !                      ! en(1) = u*^2/C0^2  &  l(1)  = K*zs 
    330             !                      ! balance between the production and the dissipation terms 
    331             en(:,:,1) = MAX( rc02r * ustars2(:,:), rn_emin ) 
    332             z_elem_a(:,:,1) = en(:,:,1)  
    333             z_elem_c(:,:,1) = 0._wp 
    334             z_elem_b(:,:,1) = 1._wp 
    335             ! 
    336             ! one level below 
    337             en(:,:,2) = MAX( rc02r * ustars2(:,:), rn_emin ) 
    338             z_elem_a(:,:,2) = 0._wp 
    339             z_elem_c(:,:,2) = 0._wp 
    340             z_elem_b(:,:,2) = 1._wp 
    341             ! 
    342          ENDIF 
    343          ! 
     316      ! First level 
     317      en(:,:,1) = rc02r * ustars2(:,:) * (1._wp + rsbc_tke1)**(2._wp/3._wp) 
     318      en(:,:,1) = MAX(en(:,:,1), rn_emin)  
     319      z_elem_a(:,:,1) = en(:,:,1) 
     320      z_elem_c(:,:,1) = 0._wp 
     321      z_elem_b(:,:,1) = 1._wp 
     322      !  
     323      ! One level below 
     324      en(:,:,2) = rc02r * ustars2(:,:) * (1._wp + rsbc_tke1 * ((zhsro(:,:)+fsdepw(:,:,2))/zhsro(:,:) )**(1.5_wp*ra_sf))**(2._wp/3._wp) 
     325      en(:,:,2) = MAX(en(:,:,2), rn_emin ) 
     326      z_elem_a(:,:,2) = 0._wp  
     327      z_elem_c(:,:,2) = 0._wp 
     328      z_elem_b(:,:,2) = 1._wp 
     329      ! 
     330      ! 
    344331      CASE ( 1 )             ! Neumann boundary condition on d(e)/dz 
    345          ! 
    346          IF (ln_crban) THEN ! Shear free case: d(e)/dz= Fw 
    347             ! 
    348             ! Dirichlet conditions at k=1 (Cosmetic) 
    349             en(:,:,1) = MAX( rsbc_tke1 * ustars2(:,:), rn_emin ) 
    350             z_elem_a(:,:,1) = en(:,:,1) 
    351             z_elem_c(:,:,1) = 0._wp 
    352             z_elem_b(:,:,1) = 1._wp 
    353             ! at k=2, set de/dz=Fw 
    354             z_elem_b(:,:,2) = z_elem_b(:,:,2) +  z_elem_a(:,:,2) ! Remove z_elem_a from z_elem_b 
    355             z_elem_a(:,:,2) = 0._wp         
    356             zflxs(:,:) = rsbc_tke3 * ustars2(:,:)**1.5_wp * ( (zhsro(:,:)+fsdept(:,:,1) ) / zhsro(:,:) )**(1.5*ra_sf) 
    357             en(:,:,2) = en(:,:,2) + zflxs(:,:) / fse3w(:,:,2) 
    358             ! 
    359          ELSE                   ! No wave induced mixing case: d(e)/dz=0. 
    360             ! 
    361             ! Dirichlet conditions at k=1 (Cosmetic) 
    362             en(:,:,1) = MAX( rc02r * ustars2(:,:), rn_emin ) 
    363             z_elem_a(:,:,1) = en(:,:,1) 
    364             z_elem_c(:,:,1) = 0._wp 
    365             z_elem_b(:,:,1) = 1._wp 
    366             ! at k=2 set de/dz=0.: 
    367             z_elem_b(:,:,2) = z_elem_b(:,:,2) +  z_elem_a(:,:,2)  ! Remove z_elem_a from z_elem_b 
    368             z_elem_a(:,:,2) = 0._wp 
    369             ! 
    370          ENDIF 
    371          ! 
     332      ! 
     333      ! Dirichlet conditions at k=1 
     334      en(:,:,1)       = rc02r * ustars2(:,:) * (1._wp + rsbc_tke1)**(2._wp/3._wp) 
     335      en(:,:,1)       = MAX(en(:,:,1), rn_emin)       
     336      z_elem_a(:,:,1) = en(:,:,1) 
     337      z_elem_c(:,:,1) = 0._wp 
     338      z_elem_b(:,:,1) = 1._wp 
     339      ! 
     340      ! at k=2, set de/dz=Fw 
     341      !cbr 
     342      z_elem_b(:,:,2) = z_elem_b(:,:,2) +  z_elem_a(:,:,2) ! Remove z_elem_a from z_elem_b 
     343      z_elem_a(:,:,2) = 0._wp 
     344      zkar(:,:)       = (rl_sf + (vkarmn-rl_sf)*(1.-exp(-rtrans*fsdept(:,:,1)/zhsro(:,:)) )) 
     345      zflxs(:,:)      = rsbc_tke2 * ustars2(:,:)**1.5_wp * zkar(:,:) * ((zhsro(:,:)+fsdept(:,:,1))/zhsro(:,:) )**(1.5_wp*ra_sf) 
     346 
     347      en(:,:,2) = en(:,:,2) + zflxs(:,:)/fse3w(:,:,2) 
     348      ! 
     349      ! 
    372350      END SELECT 
    373351 
     
    375353      ! -------------------------------- 
    376354      ! 
    377       SELECT CASE ( nn_tkebc_bot ) 
     355      SELECT CASE ( nn_bc_bot ) 
    378356      ! 
    379357      CASE ( 0 )             ! Dirichlet  
     
    450428      !                                            ! set the minimum value of tke  
    451429      en(:,:,:) = MAX( en(:,:,:), rn_emin ) 
    452        
     430 
    453431      !!----------------------------------------!! 
    454432      !!   Solve prognostic equation for psi    !! 
     
    553531      ! --------------------------------- 
    554532      ! 
    555       SELECT CASE ( nn_psibc_surf ) 
     533      SELECT CASE ( nn_bc_surf ) 
    556534      ! 
    557535      CASE ( 0 )             ! Dirichlet boundary conditions 
    558          ! 
    559          IF( ln_crban ) THEN       ! Wave induced mixing case 
    560             !                      ! en(1) = q2(1) = 0.5 * (15.8 * Ccb)^(2/3) * u*^2 
    561             !                      ! balance between the production and the dissipation terms including the wave effect 
    562             zdep(:,:) = rl_sf * zhsro(:,:) 
    563             psi (:,:,1) = rc0**rpp * en(:,:,1)**rmm * zdep(:,:)**rnn * tmask(:,:,1) 
    564             z_elem_a(:,:,1) = psi(:,:,1) 
    565             z_elem_c(:,:,1) = 0._wp 
    566             z_elem_b(:,:,1) = 1._wp 
    567             ! 
    568             ! one level below 
    569             zex1 = (rmm*ra_sf+rnn) 
    570             zex2 = (rmm*ra_sf) 
    571             zdep(:,:) = ( (zhsro(:,:) + fsdepw(:,:,2))**zex1 ) / zhsro(:,:)**zex2 
    572             psi (:,:,2) = rsbc_psi1 * ustars2(:,:)**rmm * zdep(:,:) * tmask(:,:,1) 
    573             z_elem_a(:,:,2) = 0._wp 
    574             z_elem_c(:,:,2) = 0._wp 
    575             z_elem_b(:,:,2) = 1._wp 
    576             !  
    577          ELSE                   ! No wave induced mixing case 
    578             !                      ! en(1) = u*^2/C0^2  &  l(1)  = K*zs 
    579             !                      ! balance between the production and the dissipation terms 
    580             ! 
    581             zdep(:,:) = vkarmn * zhsro(:,:) 
    582             psi (:,:,1) = rc0**rpp * en(:,:,1)**rmm * zdep(:,:)**rnn * tmask(:,:,1) 
    583             z_elem_a(:,:,1) = psi(:,:,1) 
    584             z_elem_c(:,:,1) = 0._wp 
    585             z_elem_b(:,:,1) = 1._wp 
    586             ! 
    587             ! one level below 
    588             zdep(:,:) = vkarmn * ( zhsro(:,:) + fsdepw(:,:,2) ) 
    589             psi (:,:,2) = rc0**rpp * en(:,:,1)**rmm * zdep(:,:)**rnn * tmask(:,:,1) 
    590             z_elem_a(:,:,2) = 0._wp 
    591             z_elem_c(:,:,2) = 0._wp 
    592             z_elem_b(:,:,2) = 1. 
    593             ! 
    594          ENDIF 
    595          ! 
     536      ! 
     537      ! Surface value 
     538      zdep(:,:)       = zhsro(:,:) * rl_sf ! Cosmetic 
     539      psi (:,:,1)     = rc0**rpp * en(:,:,1)**rmm * zdep(:,:)**rnn * tmask(:,:,1) 
     540      z_elem_a(:,:,1) = psi(:,:,1) 
     541      z_elem_c(:,:,1) = 0._wp 
     542      z_elem_b(:,:,1) = 1._wp 
     543      ! 
     544      ! One level below 
     545      zkar(:,:)       = (rl_sf + (vkarmn-rl_sf)*(1._wp-exp(-rtrans*fsdepw(:,:,2)/zhsro(:,:) ))) 
     546      zdep(:,:)       = (zhsro(:,:) + fsdepw(:,:,2)) * zkar(:,:) 
     547      psi (:,:,2)     = rc0**rpp * en(:,:,2)**rmm * zdep(:,:)**rnn * tmask(:,:,1) 
     548      z_elem_a(:,:,2) = 0._wp 
     549      z_elem_c(:,:,2) = 0._wp 
     550      z_elem_b(:,:,2) = 1._wp 
     551      !  
     552      ! 
    596553      CASE ( 1 )             ! Neumann boundary condition on d(psi)/dz 
    597          ! 
    598          IF( ln_crban ) THEN     ! Wave induced mixing case 
    599             ! 
    600             zdep(:,:) = rl_sf * zhsro(:,:) 
    601             psi (:,:,1) = rc0**rpp * en(:,:,1)**rmm * zdep(:,:)**rnn * tmask(:,:,1) 
    602             z_elem_a(:,:,1) = psi(:,:,1) 
    603             z_elem_c(:,:,1) = 0._wp 
    604             z_elem_b(:,:,1) = 1._wp 
    605             ! 
    606             ! Neumann condition at k=2 
    607             z_elem_b(:,:,2) = z_elem_b(:,:,2) +  z_elem_a(:,:,2) ! Remove z_elem_a from z_elem_b 
    608             z_elem_a(:,:,2) = 0._wp 
    609             ! 
    610             ! Set psi vertical flux at the surface: 
    611             zdep(:,:) = (zhsro(:,:) + fsdept(:,:,1))**(rmm*ra_sf+rnn-1._wp) / zhsro(:,:)**(rmm*ra_sf) 
    612             zflxs(:,:) = rsbc_psi3 * ( zwall_psi(:,:,1)*avm(:,:,1) + zwall_psi(:,:,2)*avm(:,:,2) ) &  
    613                &                   * en(:,:,1)**rmm * zdep          
    614             psi(:,:,2) = psi(:,:,2) + zflxs(:,:) / fse3w(:,:,2) 
    615             ! 
    616       ELSE                   ! No wave induced mixing 
    617             ! 
    618             zdep(:,:) = vkarmn * zhsro(:,:) 
    619             psi (:,:,1) = rc0**rpp * en(:,:,1)**rmm * zdep(:,:)**rnn * tmask(:,:,1) 
    620             z_elem_a(:,:,1) = psi(:,:,1) 
    621             z_elem_c(:,:,1) = 0._wp 
    622             z_elem_b(:,:,1) = 1._wp 
    623             ! 
    624             ! Neumann condition at k=2 
    625             z_elem_b(:,:,2) = z_elem_b(:,:,2) +  z_elem_a(:,:,2) ! Remove z_elem_a from z_elem_b 
    626             z_elem_a(ji,jj,2) = 0._wp 
    627             ! 
    628             ! Set psi vertical flux at the surface: 
    629             zdep(:,:)  = zhsro(:,:) + fsdept(:,:,1) 
    630             zflxs(:,:) = rsbc_psi2 * ( avm(:,:,1) + avm(:,:,2) ) * en(:,:,1)**rmm * zdep**(rnn-1._wp) 
    631             psi(:,:,2) = psi(:,:,2) + zflxs(:,:) / fse3w(:,:,2) 
    632             !      
    633          ENDIF 
    634          ! 
     554      ! 
     555      ! Surface value: Dirichlet 
     556      zdep(:,:)       = zhsro(:,:) * rl_sf 
     557      psi (:,:,1)     = rc0**rpp * en(:,:,1)**rmm * zdep(:,:)**rnn * tmask(:,:,1) 
     558      z_elem_a(:,:,1) = psi(:,:,1) 
     559      z_elem_c(:,:,1) = 0._wp 
     560      z_elem_b(:,:,1) = 1._wp 
     561      ! 
     562      ! Neumann condition at k=2 
     563      z_elem_b(:,:,2) = z_elem_b(:,:,2) +  z_elem_a(:,:,2) ! Remove z_elem_a from z_elem_b 
     564      z_elem_a(:,:,2) = 0._wp 
     565      ! 
     566      ! Set psi vertical flux at the surface: 
     567      zkar(:,:) = rl_sf + (vkarmn-rl_sf)*(1._wp-exp(-rtrans*fsdept(:,:,1)/zhsro(:,:) )) ! Lengh scale slope 
     568      zdep(:,:) = ((zhsro(:,:) + fsdept(:,:,1)) / zhsro(:,:))**(rmm*ra_sf) 
     569      zflxs(:,:) = (rnn + rsbc_tke1 * (rnn + rmm*ra_sf) * zdep(:,:))*(1._wp + rsbc_tke1*zdep(:,:))**(2._wp*rmm/3._wp-1_wp) 
     570      zdep(:,:) =  rsbc_psi1 * (zwall_psi(:,:,1)*avm(:,:,1)+zwall_psi(:,:,2)*avm(:,:,2)) * & 
     571             & ustars2(:,:)**rmm * zkar(:,:)**rnn * (zhsro(:,:) + fsdept(:,:,1))**(rnn-1.) 
     572      zflxs(:,:) = zdep(:,:) * zflxs(:,:) 
     573      psi(:,:,2) = psi(:,:,2) + zflxs(:,:) / fse3w(:,:,2) 
     574 
     575      !    
     576      ! 
    635577      END SELECT 
    636578 
     
    638580      ! -------------------------------- 
    639581      ! 
    640       SELECT CASE ( nn_psibc_bot ) 
     582      SELECT CASE ( nn_bc_bot ) 
     583      ! 
    641584      ! 
    642585      CASE ( 0 )             ! Dirichlet  
    643          !                      ! en(ibot) = u*^2 / Co2 and mxln(ibot) = vkarmn * hbro 
     586         !                      ! en(ibot) = u*^2 / Co2 and mxln(ibot) = vkarmn * rn_bfrz0 
    644587         !                      ! Balance between the production and the dissipation terms 
    645588!CDIR NOVERRCHK 
     
    649592               ibot   = mbkt(ji,jj) + 1      ! k   bottom level of w-point 
    650593               ibotm1 = mbkt(ji,jj)          ! k-1 bottom level of w-point but >=1 
    651                zdep(ji,jj) = vkarmn * hbro 
     594               zdep(ji,jj) = vkarmn * rn_bfrz0 
    652595               psi (ji,jj,ibot) = rc0**rpp * en(ji,jj,ibot)**rmm * zdep(ji,jj)**rnn 
    653596               z_elem_a(ji,jj,ibot) = 0._wp 
     
    656599               ! 
    657600               ! Just above last level, Dirichlet condition again (GOTM like) 
    658                zdep(ji,jj) = vkarmn * ( hbro + fse3t(ji,jj,ibotm1) ) 
     601               zdep(ji,jj) = vkarmn * ( rn_bfrz0 + fse3t(ji,jj,ibotm1) ) 
    659602               psi (ji,jj,ibotm1) = rc0**rpp * en(ji,jj,ibot  )**rmm * zdep(ji,jj)**rnn 
    660603               z_elem_a(ji,jj,ibotm1) = 0._wp 
     
    674617               ! 
    675618               ! Bottom level Dirichlet condition: 
    676                zdep(ji,jj) = vkarmn * hbro 
     619               zdep(ji,jj) = vkarmn * rn_bfrz0 
    677620               psi (ji,jj,ibot) = rc0**rpp * en(ji,jj,ibot)**rmm * zdep(ji,jj)**rnn 
    678621               ! 
     
    686629               ! 
    687630               ! Set psi vertical flux at the bottom: 
    688                zdep(ji,jj) = hbro + 0.5_wp*fse3t(ji,jj,ibotm1) 
     631               zdep(ji,jj) = rn_bfrz0 + 0.5_wp*fse3t(ji,jj,ibotm1) 
    689632               zflxb = rsbc_psi2 * ( avm(ji,jj,ibot) + avm(ji,jj,ibotm1) )   & 
    690633                  &  * (0.5_wp*(en(ji,jj,ibot)+en(ji,jj,ibotm1)))**rmm * zdep(ji,jj)**(rnn-1._wp) 
     
    729672            DO jj = 2, jpjm1 
    730673               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt. 
    731                   eps(ji,jj,jk) = rc03 * en(ji,jj,jk) * en(ji,jj,jk) * SQRT( en(ji,jj,jk) ) / psi(ji,jj,jk) 
     674                  eps(ji,jj,jk) = rc03 * en(ji,jj,jk) * en(ji,jj,jk) * SQRT( en(ji,jj,jk) ) / MAX( psi(ji,jj,jk), rn_epsmin) 
    732675               END DO 
    733676            END DO 
     
    776719               ! Galperin criterium (NOTE : Not required if the proper value of C3 in stable cases is calculated)  
    777720               zrn2 = MAX( rn2(ji,jj,jk), rsmall ) 
    778                mxln(ji,jj,jk) = MIN(  rn_clim_galp * SQRT( 2._wp * en(ji,jj,jk) / zrn2 ), mxln(ji,jj,jk) ) 
     721               IF (ln_length_lim) mxln(ji,jj,jk) = MIN(  rn_clim_galp * SQRT( 2._wp * en(ji,jj,jk) / zrn2 ), mxln(ji,jj,jk) ) 
    779722            END DO 
    780723         END DO 
     
    840783      ! Boundary conditions on stability functions for momentum (Neumann): 
    841784      ! Lines below are useless if GOTM style Dirichlet conditions are used 
    842       zcoef = rcm_sf / SQRT( 2._wp ) 
     785 
     786      avmv(:,:,1) = avmv(:,:,2) 
     787 
    843788      DO jj = 2, jpjm1 
    844789         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt. 
    845             avmv(ji,jj,1) = zcoef 
    846          END DO 
    847       END DO 
    848       zcoef = rc0 / SQRT( 2._wp ) 
    849       DO jj = 2, jpjm1 
    850          DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt. 
    851             avmv(ji,jj,mbkt(ji,jj)+1) = zcoef 
     790            avmv(ji,jj,mbkt(ji,jj)+1) = avmv(ji,jj,mbkt(ji,jj)) 
    852791         END DO 
    853792      END DO 
     
    893832      avmv_k(:,:,:) = avmv(:,:,:) 
    894833      ! 
    895       CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zdep, zflxs, zhsro ) 
     834      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zdep, zkar, zflxs, zhsro ) 
    896835      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, eb, mxlb, shear, eps, zwall_psi, z_elem_a, z_elem_b, z_elem_c, psi ) 
    897836      ! 
     
    925864      !! 
    926865      NAMELIST/namzdf_gls/rn_emin, rn_epsmin, ln_length_lim, & 
    927          &            rn_clim_galp, ln_crban, ln_sigpsi,     & 
    928          &            rn_crban, rn_charn,                    & 
    929          &            nn_tkebc_surf, nn_tkebc_bot,           & 
    930          &            nn_psibc_surf, nn_psibc_bot,           & 
     866         &            rn_clim_galp, ln_sigpsi, rn_hsro,      & 
     867         &            rn_crban, rn_charn, rn_frac_hs,        & 
     868         &            nn_bc_surf, nn_bc_bot, nn_z0_met,      & 
    931869         &            nn_stab_func, nn_clos 
    932870      !!---------------------------------------------------------- 
     
    948886         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~' 
    949887         WRITE(numout,*) '   Namelist namzdf_gls : set gls mixing parameters' 
    950          WRITE(numout,*) '      minimum value of en                           rn_emin       = ', rn_emin 
    951          WRITE(numout,*) '      minimum value of eps                          rn_epsmin     = ', rn_epsmin 
    952          WRITE(numout,*) '      Limit dissipation rate under stable stratif.  ln_length_lim = ', ln_length_lim 
    953          WRITE(numout,*) '      Galperin limit (Standard: 0.53, Holt: 0.26)   rn_clim_galp  = ', rn_clim_galp 
    954          WRITE(numout,*) '      TKE Surface boundary condition                nn_tkebc_surf = ', nn_tkebc_surf 
    955          WRITE(numout,*) '      TKE Bottom boundary condition                 nn_tkebc_bot  = ', nn_tkebc_bot 
    956          WRITE(numout,*) '      PSI Surface boundary condition                nn_psibc_surf = ', nn_psibc_surf 
    957          WRITE(numout,*) '      PSI Bottom boundary condition                 nn_psibc_bot  = ', nn_psibc_bot 
    958          WRITE(numout,*) '      Craig and Banner scheme                       ln_crban      = ', ln_crban 
    959          WRITE(numout,*) '      Modify psi Schmidt number (wb case)           ln_sigpsi     = ', ln_sigpsi 
     888         WRITE(numout,*) '      minimum value of en                           rn_emin        = ', rn_emin 
     889         WRITE(numout,*) '      minimum value of eps                          rn_epsmin      = ', rn_epsmin 
     890         WRITE(numout,*) '      Limit dissipation rate under stable stratif.  ln_length_lim  = ', ln_length_lim 
     891         WRITE(numout,*) '      Galperin limit (Standard: 0.53, Holt: 0.26)   rn_clim_galp   = ', rn_clim_galp 
     892         WRITE(numout,*) '      TKE Surface boundary condition                nn_bc_surf     = ', nn_bc_surf 
     893         WRITE(numout,*) '      TKE Bottom boundary condition                 nn_bc_bot      = ', nn_bc_bot 
     894         WRITE(numout,*) '      Modify psi Schmidt number (wb case)           ln_sigpsi      = ', ln_sigpsi 
    960895         WRITE(numout,*) '      Craig and Banner coefficient                  rn_crban       = ', rn_crban 
    961896         WRITE(numout,*) '      Charnock coefficient                          rn_charn       = ', rn_charn 
     897         WRITE(numout,*) '      Surface roughness formula                     nn_z0_met      = ', nn_z0_met 
     898         WRITE(numout,*) '      Wave height frac. (used if nn_z0_met=2)       rn_frac_hs     = ', rn_frac_hs 
    962899         WRITE(numout,*) '      Stability functions                           nn_stab_func   = ', nn_stab_func 
    963900         WRITE(numout,*) '      Type of closure                               nn_clos        = ', nn_clos 
    964          WRITE(numout,*) '   Hard coded parameters' 
    965          WRITE(numout,*) '      Surface roughness (m)                         hsro          = ', hsro 
    966          WRITE(numout,*) '      Bottom roughness (m)                          hbro          = ', hbro 
     901         WRITE(numout,*) '      Surface roughness (m)                         rn_hsro        = ', rn_hsro 
     902         WRITE(numout,*) '      Bottom roughness (m) (nambfr namelist)        rn_bfrz0       = ', rn_bfrz0 
    967903      ENDIF 
    968904 
     
    971907 
    972908      !                                !* Check of some namelist values 
    973       IF( nn_tkebc_surf < 0 .OR. nn_tkebc_surf > 1 ) CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_tkebc_surf is 0 or 1' ) 
    974       IF( nn_psibc_surf < 0 .OR. nn_psibc_surf > 1 ) CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_psibc_surf is 0 or 1' ) 
    975       IF( nn_tkebc_bot  < 0 .OR. nn_tkebc_bot  > 1 ) CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_tkebc_bot is 0 or 1' ) 
    976       IF( nn_psibc_bot  < 0 .OR. nn_psibc_bot  > 1 ) CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_psibc_bot is 0 or 1' ) 
     909      IF( nn_bc_surf < 0 .OR. nn_bc_surf > 1 ) CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_bc_surf is 0 or 1' ) 
     910      IF( nn_bc_surf < 0 .OR. nn_bc_surf > 1 ) CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_bc_surf is 0 or 1' ) 
     911      IF( nn_z0_met < 0 .OR. nn_z0_met > 2 ) CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_z0_met is 0, 1 or 2' ) 
    977912      IF( nn_stab_func  < 0 .OR. nn_stab_func  > 3 ) CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_stab_func is 0, 1, 2 and 3' ) 
    978913      IF( nn_clos       < 0 .OR. nn_clos       > 3 ) CALL ctl_stop( 'bad flag: nn_clos is 0, 1, 2 or 3' ) 
     
    994929         SELECT CASE ( nn_stab_func ) 
    995930         CASE( 0, 1 )   ;   rpsi3m = 2.53_wp       ! G88 or KC stability functions 
    996          CASE( 2 )      ;   rpsi3m = 2.38_wp       ! Canuto A stability functions 
     931         CASE( 2 )      ;   rpsi3m = 2.62_wp       ! Canuto A stability functions 
    997932         CASE( 3 )      ;   rpsi3m = 2.38          ! Canuto B stability functions (caution : constant not identified) 
    998933         END SELECT 
     
    1005940         rnn     = -1._wp 
    1006941         rsc_tke =  1._wp 
    1007          rsc_psi =  1.3_wp  ! Schmidt number for psi 
     942         rsc_psi =  1.2_wp  ! Schmidt number for psi 
    1008943         rpsi1   =  1.44_wp 
    1009944         rpsi3p  =  1._wp 
     
    11331068      !                                     ! See Eq. (13) of Carniel et al, OM, 30, 225-239, 2009 
    11341069      !                                     !  or Eq. (17) of Burchard, JPO, 31, 3133-3145, 2001 
    1135       IF( ln_sigpsi .AND. ln_crban ) THEN 
    1136          zcr = SQRT( 1.5_wp*rsc_tke ) * rcm_sf / vkarmn 
    1137          rsc_psi0 = vkarmn*vkarmn / ( rpsi2 * rcm_sf*rcm_sf )                       &  
    1138         &         * ( rnn*rnn - 4._wp/3._wp * zcr*rnn*rmm - 1._wp/3._wp * zcr*rnn   & 
    1139         &           + 2._wp/9._wp * rmm * zcr*zcr + 4._wp/9._wp * zcr*zcr * rmm*rmm )                                  
     1070      IF( ln_sigpsi ) THEN 
     1071         ra_sf = -1.5 ! Set kinetic energy slope, then deduce rsc_psi and rl_sf  
     1072         ! Verification: retrieve Burchard (2001) results by uncomenting the line below: 
     1073         ! Note that the results depend on the value of rn_cm_sf which is constant (=rc0) in his work 
     1074         ! ra_sf = -SQRT(2./3.*rc0**3./rn_cm_sf*rn_sc_tke)/vkarmn 
     1075         rsc_psi0 = rsc_tke/(24.*rpsi2)*(-1.+(4.*rnn + ra_sf*(1.+4.*rmm))**2./(ra_sf**2.)) 
    11401076      ELSE 
    11411077         rsc_psi0 = rsc_psi 
     
    11441080      !                                !* Shear free turbulence parameters 
    11451081      ! 
    1146       ra_sf  = -4._wp * rnn * SQRT( rsc_tke ) / ( (1._wp+4._wp*rmm) * SQRT( rsc_tke )   & 
    1147          &                                      - SQRT(rsc_tke + 24._wp*rsc_psi0*rpsi2 ) ) 
    1148       rl_sf  = rc0 * SQRT( rc0 / rcm_sf )                                                                   & 
    1149          &         * SQRT(  (  (1._wp + 4._wp*rmm + 8._wp*rmm*rmm) * rsc_tke                                & 
    1150          &                   + 12._wp * rsc_psi0 * rpsi2                                                    & 
    1151          &                   - (1._wp + 4._wp*rmm) * SQRT( rsc_tke*(rsc_tke+ 24._wp*rsc_psi0*rpsi2) )  )    & 
    1152          &                / ( 12._wp*rnn*rnn )                                                              ) 
     1082      ra_sf  = -4._wp*rnn*SQRT(rsc_tke) / ( (1._wp+4._wp*rmm)*SQRT(rsc_tke) & 
     1083               &                              - SQRT(rsc_tke + 24._wp*rsc_psi0*rpsi2 ) ) 
     1084 
     1085      IF ( rn_crban==0._wp ) THEN 
     1086         rl_sf = vkarmn 
     1087      ELSE 
     1088         rl_sf = rc0 * SQRT(rc0/rcm_sf) * SQRT( ( (1._wp + 4._wp*rmm + 8._wp*rmm**2_wp)*rsc_tke          & 
     1089                 &                                       + 12._wp * rsc_psi0*rpsi2 - (1._wp + 4._wp*rmm) & 
     1090                 &                                                *SQRT(rsc_tke*(rsc_tke                 & 
     1091                 &                                                   + 24._wp*rsc_psi0*rpsi2)) )         & 
     1092                 &                                         /(12._wp*rnn**2.)                             & 
     1093                 &                                       ) 
     1094      ENDIF 
    11531095 
    11541096      ! 
     
    11801122      rc03  = rc02 * rc0 
    11811123      rc04  = rc03 * rc0 
    1182       rc03_sqrt2_galp = rc03 / SQRT(2._wp) / rn_clim_galp 
    1183       rsbc_mb   = 0.5_wp * (15.8_wp*rn_crban)**(2._wp/3._wp)               ! Surf. bound. cond. from Mellor and Blumberg 
    1184       rsbc_std  = 3.75_wp                                                  ! Surf. bound. cond. standard (prod=diss) 
    1185       rsbc_tke1 = (-rsc_tke*rn_crban/(rcm_sf*ra_sf*rl_sf))**(2._wp/3._wp)  ! k_eps = 53.  Dirichlet + Wave breaking  
    1186       rsbc_tke2 = 0.5_wp / rau0 
    1187       rsbc_tke3 = rdt * rn_crban                                                         ! Neumann + Wave breaking 
    1188       rsbc_zs   = rn_charn / grav                                                        ! Charnock formula 
    1189       rsbc_psi1 = rc0**rpp * rsbc_tke1**rmm * rl_sf**rnn                           ! Dirichlet + Wave breaking 
    1190       rsbc_psi2 = -0.5_wp * rdt * rc0**rpp * rnn * vkarmn**rnn / rsc_psi                   ! Neumann + NO Wave breaking  
    1191       rsbc_psi3 = -0.5_wp * rdt * rc0**rpp * rl_sf**rnn / rsc_psi  * (rnn + rmm*ra_sf) ! Neumann + Wave breaking 
    1192       rfact_tke = -0.5_wp / rsc_tke * rdt               ! Cst used for the Diffusion term of tke 
    1193       rfact_psi = -0.5_wp / rsc_psi * rdt               ! Cst used for the Diffusion term of tke 
     1124      rsbc_tke1 = -3._wp/2._wp*rn_crban*ra_sf*rl_sf                      ! Dirichlet + Wave breaking 
     1125      rsbc_tke2 = rdt * rn_crban / rl_sf                                 ! Neumann + Wave breaking  
     1126      zcr = MAX(rsmall, rsbc_tke1**(1./(-ra_sf*3._wp/2._wp))-1._wp ) 
     1127      rtrans = 0.2_wp / zcr                                              ! Ad. inverse transition length between log and wave layer  
     1128      rsbc_zs1  = rn_charn/grav                                          ! Charnock formula for surface roughness 
     1129      rsbc_zs2  = rn_frac_hs / 0.85_wp / grav * 665._wp                  ! Rascle formula for surface roughness  
     1130      rsbc_psi1 = -0.5_wp * rdt * rc0**(rpp-2._wp*rmm) / rsc_psi 
     1131      rsbc_psi2 = -0.5_wp * rdt * rc0**rpp * rnn * vkarmn**rnn / rsc_psi ! Neumann + NO Wave breaking  
     1132 
     1133      rfact_tke = -0.5_wp / rsc_tke * rdt                                ! Cst used for the Diffusion term of tke 
     1134      rfact_psi = -0.5_wp / rsc_psi * rdt                                ! Cst used for the Diffusion term of tke 
    11941135 
    11951136      !                                !* Wall proximity function 
     
    12501191               IF(lwp) WRITE(numout,*) ' ===>>>> : previous run without gls scheme, en and mxln computed by iterative loop' 
    12511192               en  (:,:,:) = rn_emin 
    1252                mxln(:,:,:) = 0.001         
     1193               mxln(:,:,:) = 0.05         
     1194               avt_k (:,:,:) = avt (:,:,:) 
     1195               avm_k (:,:,:) = avm (:,:,:) 
     1196               avmu_k(:,:,:) = avmu(:,:,:) 
     1197               avmv_k(:,:,:) = avmv(:,:,:) 
    12531198               DO jit = nit000 + 1, nit000 + 10   ;   CALL zdf_gls( jit )   ;   END DO 
    12541199            ENDIF 
     
    12561201            IF(lwp) WRITE(numout,*) ' ===>>>> : Initialisation of en and mxln by background values' 
    12571202            en  (:,:,:) = rn_emin 
    1258             mxln(:,:,:) = 0.001        
     1203            mxln(:,:,:) = 0.05        
    12591204         ENDIF 
    12601205         ! 
     
    12621207         !                                   ! ------------------- 
    12631208         IF(lwp) WRITE(numout,*) '---- gls-rst ----' 
    1264          CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'en'   , en     ) 
     1209         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'en'   , en     )  
    12651210         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avt'  , avt_k  ) 
    12661211         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avm'  , avm_k  ) 
    1267          CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avmu' , avmu_k ) 
     1212         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avmu' , avmu_k )  
    12681213         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'avmv' , avmv_k ) 
    12691214         CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'mxln' , mxln   ) 
Note: See TracChangeset for help on using the changeset viewer.