Changeset 6314


Ignore:
Timestamp:
2016-02-15T13:04:56+01:00 (5 years ago)
Author:
cetlod
Message:

3.6 stable : Add a new parameterization of tidal mixing, see ticket #1678

Location:
branches/2015/nemo_v3_6_STABLE/NEMOGCM
Files:
10 edited

Legend:

Unmodified
Added
Removed
  • branches/2015/nemo_v3_6_STABLE/NEMOGCM/CONFIG/AMM12/EXP00/namelist_cfg

    r6304 r6314  
    365365/ 
    366366!----------------------------------------------------------------------- 
     367&namzdf_tmx_new !  new tidal mixing parameterization                    ("key_zdftmx_new") 
     368!----------------------------------------------------------------------- 
     369/ 
     370!----------------------------------------------------------------------- 
    367371&namsol        !   elliptic solver / island / free surface 
    368372!----------------------------------------------------------------------- 
  • branches/2015/nemo_v3_6_STABLE/NEMOGCM/CONFIG/C1D_PAPA/EXP00/namelist_cfg

    r6304 r6314  
    303303/ 
    304304!----------------------------------------------------------------------- 
     305&namzdf_tmx_new !  new tidal mixing parameterization                    ("key_zdftmx_new") 
     306!----------------------------------------------------------------------- 
     307/ 
     308!----------------------------------------------------------------------- 
    305309&namsol        !   elliptic solver / island / free surface 
    306310!----------------------------------------------------------------------- 
  • branches/2015/nemo_v3_6_STABLE/NEMOGCM/CONFIG/GYRE/EXP00/namelist_cfg

    r6304 r6314  
    300300/ 
    301301!----------------------------------------------------------------------- 
     302&namzdf_tmx_new !  new tidal mixing parameterization                    ("key_zdftmx_new") 
     303!----------------------------------------------------------------------- 
     304/ 
     305!----------------------------------------------------------------------- 
    302306&namsol        !   elliptic solver / island / free surface 
    303307!----------------------------------------------------------------------- 
  • branches/2015/nemo_v3_6_STABLE/NEMOGCM/CONFIG/ORCA2_LIM/EXP00/namelist_cfg

    r4990 r6314  
    165165/ 
    166166!----------------------------------------------------------------------- 
     167&namzdf_tmx_new !  new tidal mixing parameterization                    ("key_zdftmx_new") 
     168!----------------------------------------------------------------------- 
     169/ 
     170!----------------------------------------------------------------------- 
    167171&namsol        !   elliptic solver / island / free surface 
    168172!----------------------------------------------------------------------- 
  • branches/2015/nemo_v3_6_STABLE/NEMOGCM/CONFIG/ORCA2_LIM3/EXP00/namelist_cfg

    r4995 r6314  
    168168/ 
    169169!----------------------------------------------------------------------- 
     170&namzdf_tmx_new !  new tidal mixing parameterization                    ("key_zdftmx_new") 
     171!----------------------------------------------------------------------- 
     172/ 
     173!----------------------------------------------------------------------- 
    170174&namsol        !   elliptic solver / island / free surface 
    171175!----------------------------------------------------------------------- 
  • branches/2015/nemo_v3_6_STABLE/NEMOGCM/CONFIG/ORCA2_LIM_PISCES/EXP00/namelist_cfg

    r4370 r6314  
    165165/ 
    166166!----------------------------------------------------------------------- 
     167&namzdf_tmx_new !  new tidal mixing parameterization                    ("key_zdftmx_new") 
     168!----------------------------------------------------------------------- 
     169/ 
     170!----------------------------------------------------------------------- 
    167171&namsol        !   elliptic solver / island / free surface 
    168172!----------------------------------------------------------------------- 
  • branches/2015/nemo_v3_6_STABLE/NEMOGCM/CONFIG/SHARED/namelist_ref

    r6313 r6314  
    99!!              6 - Tracer           (nameos, namtra_adv, namtra_ldf, namtra_dmp) 
    1010!!              7 - dynamics         (namdyn_adv, namdyn_vor, namdyn_hpg, namdyn_spg, namdyn_ldf) 
    11 !!              8 - Verical physics  (namzdf, namzdf_ric, namzdf_tke, namzdf_kpp, namzdf_ddm, namzdf_tmx) 
     11!!              8 - Verical physics  (namzdf, namzdf_ric, namzdf_tke, namzdf_kpp, namzdf_ddm, namzdf_tmx, namzdf_tmx_new) 
    1212!!              9 - diagnostics      (namnc4, namtrd, namspr, namflo, namhsb, namsto) 
    1313!!             10 - miscellaneous    (namsol, nammpp, namctl) 
     
    876876!!             Tracers & Dynamics vertical physics namelists 
    877877!!====================================================================== 
    878 !!    namzdf        vertical physics 
    879 !!    namzdf_ric    richardson number dependent vertical mixing         ("key_zdfric") 
    880 !!    namzdf_tke    TKE dependent vertical mixing                       ("key_zdftke") 
    881 !!    namzdf_kpp    KPP dependent vertical mixing                       ("key_zdfkpp") 
    882 !!    namzdf_ddm    double diffusive mixing parameterization            ("key_zdfddm") 
    883 !!    namzdf_tmx    tidal mixing parameterization                       ("key_zdftmx") 
     878!!    namzdf            vertical physics 
     879!!    namzdf_ric        richardson number dependent vertical mixing     ("key_zdfric") 
     880!!    namzdf_tke        TKE dependent vertical mixing                   ("key_zdftke") 
     881!!    namzdf_kpp        KPP dependent vertical mixing                   ("key_zdfkpp") 
     882!!    namzdf_ddm        double diffusive mixing parameterization        ("key_zdfddm") 
     883!!    namzdf_tmx        tidal mixing parameterization                   ("key_zdftmx") 
     884!!    namzdf_tmx_new    new tidal mixing parameterization               ("key_zdftmx_new") 
    884885!!====================================================================== 
    885886! 
     
    988989   rn_tfe_itf  = 1.        !  ITF tidal dissipation efficiency 
    989990/ 
    990  
     991!----------------------------------------------------------------------- 
     992&namzdf_tmx_new    !   new tidal mixing parameterization                ("key_zdftmx_new") 
     993!----------------------------------------------------------------------- 
     994   nn_zpyc     = 1         !  pycnocline-intensified dissipation scales as N (=1) or N^2 (=2) 
     995   ln_mevar    = .true.    !  variable (T) or constant (F) mixing efficiency 
     996   ln_tsdiff   = .true.    !  account for differential T/S mixing (T) or not (F) 
     997/ 
    991998!!====================================================================== 
    992999!!                  ***  Miscellaneous namelists  *** 
  • branches/2015/nemo_v3_6_STABLE/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/ZDF/zdfddm.F90

    r5120 r6314  
    177177                  &                             +  0.15 * zrau(ji,jj)          * zmskd2(ji,jj)  ) 
    178178               ! add to the eddy viscosity coef. previously computed 
     179# if defined key_zdftmx_new 
     180               ! key_zdftmx_new: New internal wave-driven param: use avs value computed by zdftmx 
     181               avs (ji,jj,jk) = avs(ji,jj,jk) + zavfs + zavds 
     182# else 
    179183               avs (ji,jj,jk) = avt(ji,jj,jk) + zavfs + zavds 
     184# endif 
    180185               avt (ji,jj,jk) = avt(ji,jj,jk) + zavft + zavdt 
    181186               avm (ji,jj,jk) = avm(ji,jj,jk) + MAX( zavft + zavdt, zavfs + zavds ) 
  • branches/2015/nemo_v3_6_STABLE/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/ZDF/zdftke.F90

    r6204 r6314  
    357357            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt. 
    358358               zcof   = zfact1 * tmask(ji,jj,jk) 
     359# if defined key_zdftmx_new 
     360               ! key_zdftmx_new: New internal wave-driven param: set a minimum value for Kz on TKE (ensure numerical stability) 
     361               zzd_up = zcof * ( MAX( avm(ji,jj,jk+1) + avm(ji,jj,jk), 2.e-5_wp ) )   &  ! upper diagonal 
     362                  &          / ( fse3t(ji,jj,jk  ) * fse3w(ji,jj,jk  ) ) 
     363               zzd_lw = zcof * ( MAX( avm(ji,jj,jk) + avm(ji,jj,jk-1), 2.e-5_wp ) )   &  ! lower diagonal 
     364                  &          / ( fse3t(ji,jj,jk-1) * fse3w(ji,jj,jk  ) ) 
     365# else 
    359366               zzd_up = zcof * ( avm  (ji,jj,jk+1) + avm  (ji,jj,jk  ) )   &  ! upper diagonal 
    360367                  &          / ( fse3t(ji,jj,jk  ) * fse3w(ji,jj,jk  ) ) 
    361368               zzd_lw = zcof * ( avm  (ji,jj,jk  ) + avm  (ji,jj,jk-1) )   &  ! lower diagonal 
    362369                  &          / ( fse3t(ji,jj,jk-1) * fse3w(ji,jj,jk  ) ) 
     370# endif 
    363371                  !                                                           ! shear prod. at w-point weightened by mask 
    364372               zesh2  =  ( avmu(ji-1,jj,jk) + avmu(ji,jj,jk) ) / MAX( 1._wp , umask(ji-1,jj,jk) + umask(ji,jj,jk) )   & 
     
    735743      ! 
    736744      ri_cri   = 2._wp    / ( 2._wp + rn_ediss / rn_ediff )   ! resulting critical Richardson number 
     745# if defined key_zdftmx_new 
     746      ! key_zdftmx_new: New internal wave-driven param: specified value of rn_emin & rmxl_min are used 
     747      rn_emin  = 1.e-10_wp 
     748      rmxl_min = 1.e-03_wp 
     749      IF(lwp) THEN                  ! Control print 
     750         WRITE(numout,*) 
     751         WRITE(numout,*) 'zdf_tke_init :  New tidal mixing case: force rn_emin = 1.e-10 and rmxl_min = 1.e-3 ' 
     752         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~' 
     753      ENDIF 
     754# else 
    737755      rmxl_min = 1.e-6_wp / ( rn_ediff * SQRT( rn_emin ) )    ! resulting minimum length to recover molecular viscosity 
     756# endif 
    738757      ! 
    739758      IF(lwp) THEN                    !* Control print 
  • branches/2015/nemo_v3_6_STABLE/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/ZDF/zdftmx.F90

    r5130 r6314  
    561561   END SUBROUTINE zdf_tmx_init 
    562562 
     563#elif defined key_zdftmx_new 
     564   !!---------------------------------------------------------------------- 
     565   !!   'key_zdftmx_new'               Internal wave-driven vertical mixing 
     566   !!---------------------------------------------------------------------- 
     567   !!   zdf_tmx       : global     momentum & tracer Kz with wave induced Kz 
     568   !!   zdf_tmx_init  : global     momentum & tracer Kz with wave induced Kz 
     569   !!---------------------------------------------------------------------- 
     570   USE oce            ! ocean dynamics and tracers variables 
     571   USE dom_oce        ! ocean space and time domain variables 
     572   USE zdf_oce        ! ocean vertical physics variables 
     573   USE zdfddm         ! ocean vertical physics: double diffusive mixing 
     574   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link) 
     575   USE eosbn2         ! ocean equation of state 
     576   USE phycst         ! physical constants 
     577   USE prtctl         ! Print control 
     578   USE in_out_manager ! I/O manager 
     579   USE iom            ! I/O Manager 
     580   USE lib_mpp        ! MPP library 
     581   USE wrk_nemo       ! work arrays 
     582   USE timing         ! Timing 
     583   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined)   
     584 
     585   IMPLICIT NONE 
     586   PRIVATE 
     587 
     588   PUBLIC   zdf_tmx         ! called in step module  
     589   PUBLIC   zdf_tmx_init    ! called in nemogcm module  
     590   PUBLIC   zdf_tmx_alloc   ! called in nemogcm module 
     591 
     592   LOGICAL, PUBLIC, PARAMETER ::   lk_zdftmx = .TRUE.    !: wave-driven mixing flag 
     593 
     594   !                       !!* Namelist  namzdf_tmx : internal wave-driven mixing * 
     595   INTEGER  ::  nn_zpyc     ! pycnocline-intensified mixing energy proportional to N (=1) or N^2 (=2) 
     596   LOGICAL  ::  ln_mevar    ! variable (=T) or constant (=F) mixing efficiency 
     597   LOGICAL  ::  ln_tsdiff   ! account for differential T/S wave-driven mixing (=T) or not (=F) 
     598 
     599   REAL(wp) ::  r1_6 = 1._wp / 6._wp 
     600 
     601   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   ebot_tmx     ! power available from high-mode wave breaking (W/m2) 
     602   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   epyc_tmx     ! power available from low-mode, pycnocline-intensified wave breaking (W/m2) 
     603   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   ecri_tmx     ! power available from low-mode, critical slope wave breaking (W/m2) 
     604   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   hbot_tmx     ! WKB decay scale for high-mode energy dissipation (m) 
     605   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   hcri_tmx     ! decay scale for low-mode critical slope dissipation (m) 
     606   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   emix_tmx     ! local energy density available for mixing (W/kg) 
     607   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   bflx_tmx     ! buoyancy flux Kz * N^2 (W/kg) 
     608   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   pcmap_tmx    ! vertically integrated buoyancy flux (W/m2) 
     609   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   zav_ratio    ! S/T diffusivity ratio (only for ln_tsdiff=T) 
     610   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   zav_wave     ! Internal wave-induced diffusivity 
     611 
     612   !! * Substitutions 
     613#  include "zdfddm_substitute.h90" 
     614#  include "domzgr_substitute.h90" 
     615#  include "vectopt_loop_substitute.h90" 
     616   !!---------------------------------------------------------------------- 
     617   !! NEMO/OPA 4.0 , NEMO Consortium (2016) 
     618   !! $Id$ 
     619   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt) 
     620   !!---------------------------------------------------------------------- 
     621CONTAINS 
     622 
     623   INTEGER FUNCTION zdf_tmx_alloc() 
     624      !!---------------------------------------------------------------------- 
     625      !!                ***  FUNCTION zdf_tmx_alloc  *** 
     626      !!---------------------------------------------------------------------- 
     627      ALLOCATE(     ebot_tmx(jpi,jpj),  epyc_tmx(jpi,jpj),  ecri_tmx(jpi,jpj)    ,   & 
     628      &             hbot_tmx(jpi,jpj),  hcri_tmx(jpi,jpj),  emix_tmx(jpi,jpj,jpk),   & 
     629      &         bflx_tmx(jpi,jpj,jpk), pcmap_tmx(jpi,jpj), zav_ratio(jpi,jpj,jpk),   &  
     630      &         zav_wave(jpi,jpj,jpk), STAT=zdf_tmx_alloc     ) 
     631      ! 
     632      IF( lk_mpp             )   CALL mpp_sum ( zdf_tmx_alloc ) 
     633      IF( zdf_tmx_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('zdf_tmx_alloc: failed to allocate arrays') 
     634   END FUNCTION zdf_tmx_alloc 
     635 
     636 
     637   SUBROUTINE zdf_tmx( kt ) 
     638      !!---------------------------------------------------------------------- 
     639      !!                  ***  ROUTINE zdf_tmx  *** 
     640      !!                    
     641      !! ** Purpose :   add to the vertical mixing coefficients the effect of 
     642      !!              breaking internal waves. 
     643      !! 
     644      !! ** Method  : - internal wave-driven vertical mixing is given by: 
     645      !!                  Kz_wave = min(  100 cm2/s, f(  Reb = emix_tmx /( Nu * N^2 )  ) 
     646      !!              where emix_tmx is the 3D space distribution of the wave-breaking  
     647      !!              energy and Nu the molecular kinematic viscosity. 
     648      !!              The function f(Reb) is linear (constant mixing efficiency) 
     649      !!              if the namelist parameter ln_mevar = F and nonlinear if ln_mevar = T. 
     650      !! 
     651      !!              - Compute emix_tmx, the 3D power density that allows to compute 
     652      !!              Reb and therefrom the wave-induced vertical diffusivity. 
     653      !!              This is divided into three components: 
     654      !!                 1. Bottom-intensified low-mode dissipation at critical slopes 
     655      !!                     emix_tmx(z) = ( ecri_tmx / rau0 ) * EXP( -(H-z)/hcri_tmx ) 
     656      !!                                   / ( 1. - EXP( - H/hcri_tmx ) ) * hcri_tmx 
     657      !!              where hcri_tmx is the characteristic length scale of the bottom  
     658      !!              intensification, ecri_tmx a map of available power, and H the ocean depth. 
     659      !!                 2. Pycnocline-intensified low-mode dissipation 
     660      !!                     emix_tmx(z) = ( epyc_tmx / rau0 ) * ( sqrt(rn2(z))^nn_zpyc ) 
     661      !!                                   / SUM( sqrt(rn2(z))^nn_zpyc * e3w(z) ) 
     662      !!              where epyc_tmx is a map of available power, and nn_zpyc 
     663      !!              is the chosen stratification-dependence of the internal wave 
     664      !!              energy dissipation. 
     665      !!                 3. WKB-height dependent high mode dissipation 
     666      !!                     emix_tmx(z) = ( ebot_tmx / rau0 ) * rn2(z) * EXP(-z_wkb(z)/hbot_tmx) 
     667      !!                                   / SUM( rn2(z) * EXP(-z_wkb(z)/hbot_tmx) * e3w(z) ) 
     668      !!              where hbot_tmx is the characteristic length scale of the WKB bottom  
     669      !!              intensification, ebot_tmx is a map of available power, and z_wkb is the 
     670      !!              WKB-stretched height above bottom defined as 
     671      !!                    z_wkb(z) = H * SUM( sqrt(rn2(z'>=z)) * e3w(z'>=z) ) 
     672      !!                                 / SUM( sqrt(rn2(z'))    * e3w(z')    ) 
     673      !! 
     674      !!              - update the model vertical eddy viscosity and diffusivity:  
     675      !!                     avt  = avt  +    av_wave 
     676      !!                     avm  = avm  +    av_wave 
     677      !!                     avmu = avmu + mi(av_wave) 
     678      !!                     avmv = avmv + mj(av_wave) 
     679      !! 
     680      !!              - if namelist parameter ln_tsdiff = T, account for differential mixing: 
     681      !!                     avs  = avt  +    av_wave * diffusivity_ratio(Reb) 
     682      !! 
     683      !! ** Action  : - Define emix_tmx used to compute internal wave-induced mixing 
     684      !!              - avt, avs, avm, avmu, avmv increased by internal wave-driven mixing     
     685      !! 
     686      !! References :  de Lavergne et al. 2015, JPO; 2016, in prep. 
     687      !!---------------------------------------------------------------------- 
     688      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step  
     689      ! 
     690      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices 
     691      REAL(wp) ::   ztpc         ! scalar workspace 
     692      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::  zfact     ! Used for vertical structure 
     693      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , POINTER ::  zhdep     ! Ocean depth 
     694      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  zwkb      ! WKB-stretched height above bottom 
     695      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  zweight   ! Weight for high mode vertical distribution 
     696      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  znu_t     ! Molecular kinematic viscosity (T grid) 
     697      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  znu_w     ! Molecular kinematic viscosity (W grid) 
     698      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  zReb      ! Turbulence intensity parameter 
     699      !!---------------------------------------------------------------------- 
     700      ! 
     701      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_start('zdf_tmx') 
     702      ! 
     703      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,       zfact, zhdep ) 
     704      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   zwkb, zweight, znu_t, znu_w, zReb ) 
     705 
     706      !                          ! ----------------------------- ! 
     707      !                          !  Internal wave-driven mixing  !  (compute zav_wave) 
     708      !                          ! ----------------------------- ! 
     709      !                              
     710      !                        !* Critical slope mixing: distribute energy over the time-varying ocean depth, 
     711      !                                                 using an exponential decay from the seafloor. 
     712      DO jj = 1, jpj                ! part independent of the level 
     713         DO ji = 1, jpi 
     714            zhdep(ji,jj) = fsdepw(ji,jj,mbkt(ji,jj)+1)       ! depth of the ocean 
     715            zfact(ji,jj) = rau0 * (  1._wp - EXP( -zhdep(ji,jj) / hcri_tmx(ji,jj) )  ) 
     716            IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zfact(ji,jj) = ecri_tmx(ji,jj) / zfact(ji,jj) 
     717         END DO 
     718      END DO 
     719 
     720      DO jk = 2, jpkm1              ! complete with the level-dependent part 
     721         emix_tmx(:,:,jk) = zfact(:,:) * (  EXP( ( fsde3w(:,:,jk  ) - zhdep(:,:) ) / hcri_tmx(:,:) )                      & 
     722            &                             - EXP( ( fsde3w(:,:,jk-1) - zhdep(:,:) ) / hcri_tmx(:,:) )  ) * wmask(:,:,jk)   & 
     723            &                          / ( fsde3w(:,:,jk) - fsde3w(:,:,jk-1) ) 
     724      END DO 
     725 
     726      !                        !* Pycnocline-intensified mixing: distribute energy over the time-varying  
     727      !                        !* ocean depth as proportional to sqrt(rn2)^nn_zpyc 
     728 
     729      SELECT CASE ( nn_zpyc ) 
     730 
     731      CASE ( 1 )               ! Dissipation scales as N (recommended) 
     732 
     733         zfact(:,:) = 0._wp 
     734         DO jk = 2, jpkm1              ! part independent of the level 
     735            zfact(:,:) = zfact(:,:) + fse3w(:,:,jk) * SQRT(  MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) )  ) * wmask(:,:,jk) 
     736         END DO 
     737 
     738         DO jj = 1, jpj 
     739            DO ji = 1, jpi 
     740               IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zfact(ji,jj) = epyc_tmx(ji,jj) / ( rau0 * zfact(ji,jj) ) 
     741            END DO 
     742         END DO 
     743 
     744         DO jk = 2, jpkm1              ! complete with the level-dependent part 
     745            emix_tmx(:,:,jk) = emix_tmx(:,:,jk) + zfact(:,:) * SQRT(  MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) )  ) * wmask(:,:,jk) 
     746         END DO 
     747 
     748      CASE ( 2 )               ! Dissipation scales as N^2 
     749 
     750         zfact(:,:) = 0._wp 
     751         DO jk = 2, jpkm1              ! part independent of the level 
     752            zfact(:,:) = zfact(:,:) + fse3w(:,:,jk) * MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) ) * wmask(:,:,jk) 
     753         END DO 
     754 
     755         DO jj= 1, jpj 
     756            DO ji = 1, jpi 
     757               IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zfact(ji,jj) = epyc_tmx(ji,jj) / ( rau0 * zfact(ji,jj) ) 
     758            END DO 
     759         END DO 
     760 
     761         DO jk = 2, jpkm1              ! complete with the level-dependent part 
     762            emix_tmx(:,:,jk) = emix_tmx(:,:,jk) + zfact(:,:) * MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) ) * wmask(:,:,jk) 
     763         END DO 
     764 
     765      END SELECT 
     766 
     767      !                        !* WKB-height dependent mixing: distribute energy over the time-varying  
     768      !                        !* ocean depth as proportional to rn2 * exp(-z_wkb/rn_hbot) 
     769       
     770      zwkb(:,:,:) = 0._wp 
     771      zfact(:,:) = 0._wp 
     772      DO jk = 2, jpkm1 
     773         zfact(:,:) = zfact(:,:) + fse3w(:,:,jk) * SQRT(  MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) )  ) * wmask(:,:,jk) 
     774         zwkb(:,:,jk) = zfact(:,:) 
     775      END DO 
     776 
     777      DO jk = 2, jpkm1 
     778         DO jj = 1, jpj 
     779            DO ji = 1, jpi 
     780               IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zwkb(ji,jj,jk) = zhdep(ji,jj) * ( zfact(ji,jj) - zwkb(ji,jj,jk) )   & 
     781                                            &           * tmask(ji,jj,jk) / zfact(ji,jj) 
     782            END DO 
     783         END DO 
     784      END DO 
     785      zwkb(:,:,1) = zhdep(:,:) * tmask(:,:,1) 
     786 
     787      zweight(:,:,:) = 0._wp 
     788      DO jk = 2, jpkm1 
     789         zweight(:,:,jk) = MAX( 0._wp, rn2(:,:,jk) ) * hbot_tmx(:,:) * wmask(:,:,jk)                    & 
     790            &   * (  EXP( -zwkb(:,:,jk) / hbot_tmx(:,:) ) - EXP( -zwkb(:,:,jk-1) / hbot_tmx(:,:) )  ) 
     791      END DO 
     792 
     793      zfact(:,:) = 0._wp 
     794      DO jk = 2, jpkm1              ! part independent of the level 
     795         zfact(:,:) = zfact(:,:) + zweight(:,:,jk) 
     796      END DO 
     797 
     798      DO jj = 1, jpj 
     799         DO ji = 1, jpi 
     800            IF( zfact(ji,jj) /= 0 )   zfact(ji,jj) = ebot_tmx(ji,jj) / ( rau0 * zfact(ji,jj) ) 
     801         END DO 
     802      END DO 
     803 
     804      DO jk = 2, jpkm1              ! complete with the level-dependent part 
     805         emix_tmx(:,:,jk) = emix_tmx(:,:,jk) + zweight(:,:,jk) * zfact(:,:) * wmask(:,:,jk)   & 
     806            &                                / ( fsde3w(:,:,jk) - fsde3w(:,:,jk-1) ) 
     807      END DO 
     808 
     809 
     810      ! Calculate molecular kinematic viscosity 
     811      znu_t(:,:,:) = 1.e-4_wp * (  17.91_wp - 0.53810_wp * tsn(:,:,:,jp_tem) + 0.00694_wp * tsn(:,:,:,jp_tem) * tsn(:,:,:,jp_tem)  & 
     812         &                                  + 0.02305_wp * tsn(:,:,:,jp_sal)  ) * tmask(:,:,:) * r1_rau0 
     813      DO jk = 2, jpkm1 
     814         znu_w(:,:,jk) = 0.5_wp * ( znu_t(:,:,jk-1) + znu_t(:,:,jk) ) * wmask(:,:,jk) 
     815      END DO 
     816 
     817      ! Calculate turbulence intensity parameter Reb 
     818      DO jk = 2, jpkm1 
     819         zReb(:,:,jk) = emix_tmx(:,:,jk) / MAX( 1.e-20_wp, znu_w(:,:,jk) * rn2(:,:,jk) ) 
     820      END DO 
     821 
     822      ! Define internal wave-induced diffusivity 
     823      DO jk = 2, jpkm1 
     824         zav_wave(:,:,jk) = znu_w(:,:,jk) * zReb(:,:,jk) * r1_6   ! This corresponds to a constant mixing efficiency of 1/6 
     825      END DO 
     826 
     827      IF( ln_mevar ) THEN              ! Variable mixing efficiency case : modify zav_wave in the 
     828         DO jk = 2, jpkm1              ! energetic (Reb > 480) and buoyancy-controlled (Reb <10.224 ) regimes 
     829            DO jj = 1, jpj 
     830               DO ji = 1, jpi 
     831                  IF( zReb(ji,jj,jk) > 480.00_wp ) THEN 
     832                     zav_wave(ji,jj,jk) = 3.6515_wp * znu_w(ji,jj,jk) * SQRT( zReb(ji,jj,jk) ) 
     833                  ELSEIF( zReb(ji,jj,jk) < 10.224_wp ) THEN 
     834                     zav_wave(ji,jj,jk) = 0.052125_wp * znu_w(ji,jj,jk) * zReb(ji,jj,jk) * SQRT( zReb(ji,jj,jk) ) 
     835                  ENDIF 
     836               END DO 
     837            END DO 
     838         END DO 
     839      ENDIF 
     840 
     841      DO jk = 2, jpkm1                 ! Bound diffusivity by molecular value and 100 cm2/s 
     842         zav_wave(:,:,jk) = MIN(  MAX( 1.4e-7_wp, zav_wave(:,:,jk) ), 1.e-2_wp  ) * wmask(:,:,jk) 
     843      END DO 
     844 
     845      IF( kt == nit000 ) THEN        !* Control print at first time-step: diagnose the energy consumed by zav_wave 
     846         ztpc = 0._wp 
     847         DO jk = 2, jpkm1 
     848            DO jj = 1, jpj 
     849               DO ji = 1, jpi 
     850                  ztpc = ztpc + fse3w(ji,jj,jk) * e1e2t(ji,jj)   & 
     851                     &         * MAX( 0._wp, rn2(ji,jj,jk) ) * zav_wave(ji,jj,jk) * wmask(ji,jj,jk) * tmask_i(ji,jj) 
     852               END DO 
     853            END DO 
     854         END DO 
     855         IF( lk_mpp )   CALL mpp_sum( ztpc ) 
     856         ztpc = rau0 * ztpc ! Global integral of rauo * Kz * N^2 = power contributing to mixing  
     857  
     858         IF(lwp) THEN 
     859            WRITE(numout,*) 
     860            WRITE(numout,*) 'zdf_tmx : Internal wave-driven mixing (tmx)' 
     861            WRITE(numout,*) '~~~~~~~ ' 
     862            WRITE(numout,*) 
     863            WRITE(numout,*) '      Total power consumption by av_wave: ztpc =  ', ztpc * 1.e-12_wp, 'TW' 
     864         ENDIF 
     865      ENDIF 
     866 
     867      !                          ! ----------------------- ! 
     868      !                          !   Update  mixing coefs  !                           
     869      !                          ! ----------------------- ! 
     870      !       
     871      IF( ln_tsdiff ) THEN          !* Option for differential mixing of salinity and temperature 
     872         DO jk = 2, jpkm1              ! Calculate S/T diffusivity ratio as a function of Reb 
     873            DO jj = 1, jpj 
     874               DO ji = 1, jpi 
     875                  zav_ratio(ji,jj,jk) = ( 0.505_wp + 0.495_wp *                                                                  & 
     876                      &   TANH(    0.92_wp * (   LOG10(  MAX( 1.e-20_wp, zReb(ji,jj,jk) * 5._wp * r1_6 )  ) - 0.60_wp   )    )   & 
     877                      &                 ) * wmask(ji,jj,jk) 
     878               END DO 
     879            END DO 
     880         END DO 
     881         CALL iom_put( "av_ratio", zav_ratio ) 
     882         DO jk = 2, jpkm1           !* update momentum & tracer diffusivity with wave-driven mixing 
     883            fsavs(:,:,jk) = avt(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk) * zav_ratio(:,:,jk) 
     884            avt  (:,:,jk) = avt(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk) 
     885            avm  (:,:,jk) = avm(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk) 
     886         END DO 
     887         ! 
     888      ELSE                          !* update momentum & tracer diffusivity with wave-driven mixing 
     889         DO jk = 2, jpkm1 
     890            fsavs(:,:,jk) = avt(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk) 
     891            avt  (:,:,jk) = avt(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk) 
     892            avm  (:,:,jk) = avm(:,:,jk) + zav_wave(:,:,jk) 
     893         END DO 
     894      ENDIF 
     895 
     896      DO jk = 2, jpkm1              !* update momentum diffusivity at wu and wv points 
     897         DO jj = 2, jpjm1 
     898            DO ji = fs_2, fs_jpim1  ! vector opt. 
     899               avmu(ji,jj,jk) = avmu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * ( zav_wave(ji,jj,jk) + zav_wave(ji+1,jj  ,jk) ) * wumask(ji,jj,jk) 
     900               avmv(ji,jj,jk) = avmv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * ( zav_wave(ji,jj,jk) + zav_wave(ji  ,jj+1,jk) ) * wvmask(ji,jj,jk) 
     901            END DO 
     902         END DO 
     903      END DO 
     904      CALL lbc_lnk( avmu, 'U', 1. )   ;   CALL lbc_lnk( avmv, 'V', 1. )      ! lateral boundary condition 
     905 
     906      !                             !* output internal wave-driven mixing coefficient 
     907      CALL iom_put( "av_wave", zav_wave ) 
     908                                    !* output useful diagnostics: N^2, Kz * N^2 (bflx_tmx),  
     909                                    !  vertical integral of rau0 * Kz * N^2 (pcmap_tmx), energy density (emix_tmx) 
     910      IF( iom_use("bflx_tmx") .OR. iom_use("pcmap_tmx") ) THEN 
     911         bflx_tmx(:,:,:) = MAX( 0._wp, rn2(:,:,:) ) * zav_wave(:,:,:) 
     912         pcmap_tmx(:,:) = 0._wp 
     913         DO jk = 2, jpkm1 
     914            pcmap_tmx(:,:) = pcmap_tmx(:,:) + fse3w(:,:,jk) * bflx_tmx(:,:,jk) * wmask(:,:,jk) 
     915         END DO 
     916         pcmap_tmx(:,:) = rau0 * pcmap_tmx(:,:) 
     917         CALL iom_put( "bflx_tmx", bflx_tmx ) 
     918         CALL iom_put( "pcmap_tmx", pcmap_tmx ) 
     919      ENDIF 
     920      CALL iom_put( "bn2", rn2 ) 
     921      CALL iom_put( "emix_tmx", emix_tmx ) 
     922       
     923      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,       zfact, zhdep ) 
     924      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   zwkb, zweight, znu_t, znu_w, zReb ) 
     925 
     926      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl(tab3d_1=zav_wave , clinfo1=' tmx - av_wave: ', tab3d_2=avt, clinfo2=' avt: ', ovlap=1, kdim=jpk) 
     927      ! 
     928      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_stop('zdf_tmx') 
     929      ! 
     930   END SUBROUTINE zdf_tmx 
     931 
     932 
     933   SUBROUTINE zdf_tmx_init 
     934      !!---------------------------------------------------------------------- 
     935      !!                  ***  ROUTINE zdf_tmx_init  *** 
     936      !!                      
     937      !! ** Purpose :   Initialization of the wave-driven vertical mixing, reading 
     938      !!              of input power maps and decay length scales in netcdf files. 
     939      !! 
     940      !! ** Method  : - Read the namzdf_tmx namelist and check the parameters 
     941      !! 
     942      !!              - Read the input data in NetCDF files : 
     943      !!              power available from high-mode wave breaking (mixing_power_bot.nc) 
     944      !!              power available from pycnocline-intensified wave-breaking (mixing_power_pyc.nc) 
     945      !!              power available from critical slope wave-breaking (mixing_power_cri.nc) 
     946      !!              WKB decay scale for high-mode wave-breaking (decay_scale_bot.nc) 
     947      !!              decay scale for critical slope wave-breaking (decay_scale_cri.nc) 
     948      !! 
     949      !! ** input   : - Namlist namzdf_tmx 
     950      !!              - NetCDF files : mixing_power_bot.nc, mixing_power_pyc.nc, mixing_power_cri.nc, 
     951      !!              decay_scale_bot.nc decay_scale_cri.nc 
     952      !! 
     953      !! ** Action  : - Increase by 1 the nstop flag is setting problem encounter 
     954      !!              - Define ebot_tmx, epyc_tmx, ecri_tmx, hbot_tmx, hcri_tmx 
     955      !! 
     956      !! References : de Lavergne et al. 2015, JPO; 2016, in prep. 
     957      !!          
     958      !!---------------------------------------------------------------------- 
     959      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices 
     960      INTEGER  ::   inum         ! local integer 
     961      INTEGER  ::   ios 
     962      REAL(wp) ::   zbot, zpyc, zcri   ! local scalars 
     963      !! 
     964      NAMELIST/namzdf_tmx_new/ nn_zpyc, ln_mevar, ln_tsdiff 
     965      !!---------------------------------------------------------------------- 
     966      ! 
     967      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('zdf_tmx_init') 
     968      ! 
     969      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namzdf_tmx in reference namelist : Wave-driven mixing 
     970      READ  ( numnam_ref, namzdf_tmx_new, IOSTAT = ios, ERR = 901) 
     971901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_tmx in reference namelist', lwp ) 
     972      ! 
     973      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namzdf_tmx in configuration namelist : Wave-driven mixing 
     974      READ  ( numnam_cfg, namzdf_tmx_new, IOSTAT = ios, ERR = 902 ) 
     975902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namzdf_tmx in configuration namelist', lwp ) 
     976      IF(lwm) WRITE ( numond, namzdf_tmx_new ) 
     977      ! 
     978      IF(lwp) THEN                  ! Control print 
     979         WRITE(numout,*) 
     980         WRITE(numout,*) 'zdf_tmx_init : internal wave-driven mixing' 
     981         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~' 
     982         WRITE(numout,*) '   Namelist namzdf_tmx_new : set wave-driven mixing parameters' 
     983         WRITE(numout,*) '      Pycnocline-intensified diss. scales as N (=1) or N^2 (=2) = ', nn_zpyc 
     984         WRITE(numout,*) '      Variable (T) or constant (F) mixing efficiency            = ', ln_mevar 
     985         WRITE(numout,*) '      Differential internal wave-driven mixing (T) or not (F)   = ', ln_tsdiff 
     986      ENDIF 
     987       
     988      ! The new wave-driven mixing parameterization elevates avt and avm in the interior, and 
     989      ! ensures that avt remains larger than its molecular value (=1.4e-7). Therefore, avtb should  
     990      ! be set here to a very small value, and avmb to its (uniform) molecular value (=1.4e-6). 
     991      avmb(:) = 1.4e-6_wp        ! viscous molecular value 
     992      avtb(:) = 1.e-10_wp        ! very small diffusive minimum (background avt is specified in zdf_tmx)     
     993      avtb_2d(:,:) = 1.e0_wp     ! uniform  
     994      IF(lwp) THEN                  ! Control print 
     995         WRITE(numout,*) 
     996         WRITE(numout,*) '   Force the background value applied to avm & avt in TKE to be everywhere ',   & 
     997            &               'the viscous molecular value & a very small diffusive value, resp.' 
     998      ENDIF 
     999       
     1000      IF( .NOT.lk_zdfddm )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'zdf_tmx_init_new : key_zdftmx_new requires key_zdfddm' ) 
     1001       
     1002      !                             ! allocate tmx arrays 
     1003      IF( zdf_tmx_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'zdf_tmx_init : unable to allocate tmx arrays' ) 
     1004      ! 
     1005      !                             ! read necessary fields 
     1006      CALL iom_open('mixing_power_bot',inum)       ! energy flux for high-mode wave breaking [W/m2] 
     1007      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', ebot_tmx, 1 )  
     1008      CALL iom_close(inum) 
     1009      ! 
     1010      CALL iom_open('mixing_power_pyc',inum)       ! energy flux for pynocline-intensified wave breaking [W/m2] 
     1011      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', epyc_tmx, 1 ) 
     1012      CALL iom_close(inum) 
     1013      ! 
     1014      CALL iom_open('mixing_power_cri',inum)       ! energy flux for critical slope wave breaking [W/m2] 
     1015      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', ecri_tmx, 1 ) 
     1016      CALL iom_close(inum) 
     1017      ! 
     1018      CALL iom_open('decay_scale_bot',inum)        ! spatially variable decay scale for high-mode wave breaking [m] 
     1019      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', hbot_tmx, 1 ) 
     1020      CALL iom_close(inum) 
     1021      ! 
     1022      CALL iom_open('decay_scale_cri',inum)        ! spatially variable decay scale for critical slope wave breaking [m] 
     1023      CALL iom_get  (inum, jpdom_data, 'field', hcri_tmx, 1 ) 
     1024      CALL iom_close(inum) 
     1025 
     1026      ebot_tmx(:,:) = ebot_tmx(:,:) * ssmask(:,:) 
     1027      epyc_tmx(:,:) = epyc_tmx(:,:) * ssmask(:,:) 
     1028      ecri_tmx(:,:) = ecri_tmx(:,:) * ssmask(:,:) 
     1029 
     1030      ! Set once for all to zero the first and last vertical levels of appropriate variables 
     1031      emix_tmx (:,:, 1 ) = 0._wp 
     1032      emix_tmx (:,:,jpk) = 0._wp 
     1033      zav_ratio(:,:, 1 ) = 0._wp 
     1034      zav_ratio(:,:,jpk) = 0._wp 
     1035      zav_wave (:,:, 1 ) = 0._wp 
     1036      zav_wave (:,:,jpk) = 0._wp 
     1037 
     1038      zbot = glob_sum( e1e2t(:,:) * ebot_tmx(:,:) ) 
     1039      zpyc = glob_sum( e1e2t(:,:) * epyc_tmx(:,:) ) 
     1040      zcri = glob_sum( e1e2t(:,:) * ecri_tmx(:,:) ) 
     1041      IF(lwp) THEN 
     1042         WRITE(numout,*) '      High-mode wave-breaking energy:             ', zbot * 1.e-12_wp, 'TW' 
     1043         WRITE(numout,*) '      Pycnocline-intensifed wave-breaking energy: ', zpyc * 1.e-12_wp, 'TW' 
     1044         WRITE(numout,*) '      Critical slope wave-breaking energy:        ', zcri * 1.e-12_wp, 'TW' 
     1045      ENDIF 
     1046      ! 
     1047      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('zdf_tmx_init') 
     1048      ! 
     1049   END SUBROUTINE zdf_tmx_init 
     1050 
    5631051#else 
    5641052   !!---------------------------------------------------------------------- 
Note: See TracChangeset for help on using the changeset viewer.