source: NEMO/branches/2018/dev_r10057_ENHANCE03_ZTILDE/src/OCE/DYN/sshwzv.F90 @ 10061

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ztilde update (2): #2126
Possibly remove the use of diffusive fluxes in vertical velocity computation - first call only

  • Property svn:keywords set to Id
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Line 
1MODULE sshwzv   
2   !!==============================================================================
3   !!                       ***  MODULE  sshwzv  ***
4   !! Ocean dynamics : sea surface height and vertical velocity
5   !!==============================================================================
6   !! History :  3.1  !  2009-02  (G. Madec, M. Leclair)  Original code
7   !!            3.3  !  2010-04  (M. Leclair, G. Madec)  modified LF-RA
8   !!             -   !  2010-05  (K. Mogensen, A. Weaver, M. Martin, D. Lea) Assimilation interface
9   !!             -   !  2010-09  (D.Storkey and E.O'Dea) bug fixes for BDY module
10   !!            3.3  !  2011-10  (M. Leclair) split former ssh_wzv routine and remove all vvl related work
11   !!----------------------------------------------------------------------
12
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   ssh_nxt       : after ssh
15   !!   ssh_swp       : filter ans swap the ssh arrays
16   !!   wzv           : compute now vertical velocity
17   !!----------------------------------------------------------------------
18   USE oce            ! ocean dynamics and tracers variables
19   USE dom_oce        ! ocean space and time domain variables
20   USE sbc_oce        ! surface boundary condition: ocean
21   USE domvvl         ! Variable volume
22   USE divhor         ! horizontal divergence
23   USE phycst         ! physical constants
24   USE bdy_oce , ONLY : ln_bdy, bdytmask   ! Open BounDarY
25   USE bdydyn2d       ! bdy_ssh routine
26#if defined key_agrif
27   USE agrif_oce_interp
28#endif
29   !
30   USE in_out_manager ! I/O manager
31   USE restart        ! only for lrst_oce
32   USE prtctl         ! Print control
33   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary condition (or mpp link)
34   USE lib_mpp        ! MPP library
35   USE timing         ! Timing
36   USE wet_dry        ! Wetting/Drying flux limiting
37
38   IMPLICIT NONE
39   PRIVATE
40
41   PUBLIC   ssh_nxt    ! called by step.F90
42   PUBLIC   wzv        ! called by step.F90
43   PUBLIC   ssh_swp    ! called by step.F90
44
45   !! * Substitutions
46#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
47   !!----------------------------------------------------------------------
48   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
49   !! $Id$
50   !! Software governed by the CeCILL licence     (./LICENSE)
51   !!----------------------------------------------------------------------
52CONTAINS
53
54   SUBROUTINE ssh_nxt( kt )
55      !!----------------------------------------------------------------------
56      !!                ***  ROUTINE ssh_nxt  ***
57      !!                   
58      !! ** Purpose :   compute the after ssh (ssha)
59      !!
60      !! ** Method  : - Using the incompressibility hypothesis, the ssh increment
61      !!      is computed by integrating the horizontal divergence and multiply by
62      !!      by the time step.
63      !!
64      !! ** action  :   ssha, after sea surface height
65      !!
66      !! Reference  : Leclair, M., and G. Madec, 2009, Ocean Modelling.
67      !!----------------------------------------------------------------------
68      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! time step
69      !
70      INTEGER  ::   jk            ! dummy loop indice
71      REAL(wp) ::   z2dt, zcoef   ! local scalars
72      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zhdiv   ! 2D workspace
73      !!----------------------------------------------------------------------
74      !
75      IF( ln_timing )   CALL timing_start('ssh_nxt')
76      !
77      IF( kt == nit000 ) THEN
78         IF(lwp) WRITE(numout,*)
79         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'ssh_nxt : after sea surface height'
80         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~ '
81      ENDIF
82      !
83      z2dt = 2._wp * rdt                          ! set time step size (Euler/Leapfrog)
84      IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 )   z2dt = rdt
85      zcoef = 0.5_wp * r1_rau0
86
87      !                                           !------------------------------!
88      !                                           !   After Sea Surface Height   !
89      !                                           !------------------------------!
90      IF(ln_wd_il) THEN
91         CALL wad_lmt(sshb, zcoef * (emp_b(:,:) + emp(:,:)), z2dt)
92      ENDIF
93
94      CALL div_hor( kt )                               ! Horizontal divergence
95      !
96      zhdiv(:,:) = 0._wp
97      DO jk = 1, jpkm1                                 ! Horizontal divergence of barotropic transports
98        zhdiv(:,:) = zhdiv(:,:) + e3t_n(:,:,jk) * hdivn(:,:,jk)
99      END DO
100      !                                                ! Sea surface elevation time stepping
101      ! In time-split case we need a first guess of the ssh after (using the baroclinic timestep) in order to
102      ! compute the vertical velocity which can be used to compute the non-linear terms of the momentum equations.
103      !
104      ssha(:,:) = (  sshb(:,:) - z2dt * ( zcoef * ( emp_b(:,:) + emp(:,:) ) + zhdiv(:,:) )  ) * ssmask(:,:)
105      !
106#if defined key_agrif
107      CALL agrif_ssh( kt )
108#endif
109      !
110      IF ( .NOT.ln_dynspg_ts ) THEN
111         IF( ln_bdy ) THEN
112            CALL lbc_lnk( ssha, 'T', 1. )    ! Not sure that's necessary
113            CALL bdy_ssh( ssha )             ! Duplicate sea level across open boundaries
114         ENDIF
115      ENDIF
116      !                                           !------------------------------!
117      !                                           !           outputs            !
118      !                                           !------------------------------!
119      !
120      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab2d_1=ssha, clinfo1=' ssha  - : ', mask1=tmask )
121      !
122      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('ssh_nxt')
123      !
124   END SUBROUTINE ssh_nxt
125
126   
127   SUBROUTINE wzv( kt, kcall )
128      !!----------------------------------------------------------------------
129      !!                ***  ROUTINE wzv  ***
130      !!                   
131      !! ** Purpose :   compute the now vertical velocity
132      !!
133      !! ** Method  : - Using the incompressibility hypothesis, the vertical
134      !!      velocity is computed by integrating the horizontal divergence 
135      !!      from the bottom to the surface minus the scale factor evolution.
136      !!        The boundary conditions are w=0 at the bottom (no flux) and.
137      !!
138      !! ** action  :   wn      : now vertical velocity
139      !!
140      !! Reference  : Leclair, M., and G. Madec, 2009, Ocean Modelling.
141      !!----------------------------------------------------------------------
142      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! time step
143      INTEGER, INTENT( in ), OPTIONAL     :: kcall   ! optional argument
144      !
145      INTEGER  ::   ji, jj, jk   ! dummy loop indices
146      LOGICAL  ::   ll_use_totflx
147      REAL(wp) ::   z1_2dt       ! local scalars
148      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::   zhdiv
149      !!----------------------------------------------------------------------
150      !
151      IF( ln_timing )   CALL timing_start('wzv')
152      !
153      IF( kt == nit000 ) THEN
154         IF(lwp) WRITE(numout,*)
155         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'wzv : now vertical velocity '
156         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~ '
157         !
158         wn(:,:,jpk) = 0._wp                  ! bottom boundary condition: w=0 (set once for all)
159      ENDIF
160      !
161      ! With lagrangian coordinates, consider additionnal diffusive/upstream fluxes only for 
162      ! the second call to vertical velocity computation
163      ll_use_totflx = .FALSE.
164      IF (( PRESENT(kcall) ).AND.(ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer)) THEN
165         IF ( kcall==2 ) ll_use_totflx=.TRUE.
166      ENDIF
167      !                                           !------------------------------!
168      !                                           !     Now Vertical Velocity    !
169      !                                           !------------------------------!
170      z1_2dt = 1. / ( 2. * rdt )                         ! set time step size (Euler/Leapfrog)
171      IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 )   z1_2dt = 1. / rdt
172      !
173      IF (( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ).AND.ll_use_totflx) THEN      ! z_tilde and layer cases
174         ALLOCATE( zhdiv(jpi,jpj,jpk) ) 
175         !
176         DO jk = 1, jpkm1
177            ! horizontal divergence of thickness diffusion transport ( velocity multiplied by e3t)
178            ! - ML - note: computation already done in dom_vvl_sf_nxt. Could be optimized (not critical and clearer this way)
179            DO jj = 2, jpjm1
180               DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
181                  zhdiv(ji,jj,jk) = r1_e1e2t(ji,jj) * ( un_td(ji,jj,jk) - un_td(ji-1,jj,jk) + vn_td(ji,jj,jk) - vn_td(ji,jj-1,jk) )
182               END DO
183            END DO
184         END DO
185         CALL lbc_lnk(zhdiv, 'T', 1.)  ! - ML - Perhaps not necessary: not used for horizontal "connexions"
186         !                             ! Is it problematic to have a wrong vertical velocity in boundary cells?
187         !                             ! Same question holds for hdivn. Perhaps just for security
188         DO jk = jpkm1, 1, -1                       ! integrate from the bottom the hor. divergence
189            ! computation of w
190            wn(:,:,jk) = wn(:,:,jk+1) - (  e3t_n(:,:,jk) * hdivn(:,:,jk) + zhdiv(:,:,jk)    &
191               &                         + z1_2dt * ( e3t_a(:,:,jk) - e3t_b(:,:,jk) )     ) * tmask(:,:,jk)
192         END DO
193         !          IF( ln_vvl_layer ) wn(:,:,:) = 0.e0
194         DEALLOCATE( zhdiv ) 
195      ELSE   ! z_star and linear free surface cases
196         DO jk = jpkm1, 1, -1                       ! integrate from the bottom the hor. divergence
197            ! computation of w
198            wn(:,:,jk) = wn(:,:,jk+1) - (  e3t_n(:,:,jk) * hdivn(:,:,jk)                 &
199               &                         + z1_2dt * ( e3t_a(:,:,jk) - e3t_b(:,:,jk) )  ) * tmask(:,:,jk)
200         END DO
201      ENDIF
202
203      IF( ln_bdy ) THEN
204         DO jk = 1, jpkm1
205            wn(:,:,jk) = wn(:,:,jk) * bdytmask(:,:)
206         END DO
207      ENDIF
208      !
209#if defined key_agrif 
210      IF( .NOT. AGRIF_Root() ) THEN
211         IF ((nbondi ==  1).OR.(nbondi == 2)) wn(nlci-1 , :     ,:) = 0.e0      ! east
212         IF ((nbondi == -1).OR.(nbondi == 2)) wn(2      , :     ,:) = 0.e0      ! west
213         IF ((nbondj ==  1).OR.(nbondj == 2)) wn(:      ,nlcj-1 ,:) = 0.e0      ! north
214         IF ((nbondj == -1).OR.(nbondj == 2)) wn(:      ,2      ,:) = 0.e0      ! south
215      ENDIF 
216#endif 
217      !
218      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('wzv')
219      !
220   END SUBROUTINE wzv
221
222
223   SUBROUTINE ssh_swp( kt )
224      !!----------------------------------------------------------------------
225      !!                    ***  ROUTINE ssh_nxt  ***
226      !!
227      !! ** Purpose :   achieve the sea surface  height time stepping by
228      !!              applying Asselin time filter and swapping the arrays
229      !!              ssha  already computed in ssh_nxt 
230      !!
231      !! ** Method  : - apply Asselin time fiter to now ssh (excluding the forcing
232      !!              from the filter, see Leclair and Madec 2010) and swap :
233      !!                sshn = ssha + atfp * ( sshb -2 sshn + ssha )
234      !!                            - atfp * rdt * ( emp_b - emp ) / rau0
235      !!                sshn = ssha
236      !!
237      !! ** action  : - sshb, sshn   : before & now sea surface height
238      !!                               ready for the next time step
239      !!
240      !! Reference  : Leclair, M., and G. Madec, 2009, Ocean Modelling.
241      !!----------------------------------------------------------------------
242      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step index
243      !
244      REAL(wp) ::   zcoef   ! local scalar
245      !!----------------------------------------------------------------------
246      !
247      IF( ln_timing )   CALL timing_start('ssh_swp')
248      !
249      IF( kt == nit000 ) THEN
250         IF(lwp) WRITE(numout,*)
251         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'ssh_swp : Asselin time filter and swap of sea surface height'
252         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~ '
253      ENDIF
254      !              !==  Euler time-stepping: no filter, just swap  ==!
255      IF ( neuler == 0 .AND. kt == nit000 ) THEN
256         sshn(:,:) = ssha(:,:)                              ! now    <-- after  (before already = now)
257         !
258      ELSE           !==  Leap-Frog time-stepping: Asselin filter + swap  ==!
259         !                                                  ! before <-- now filtered
260         sshb(:,:) = sshn(:,:) + atfp * ( sshb(:,:) - 2 * sshn(:,:) + ssha(:,:) )
261         IF( .NOT.ln_linssh ) THEN                          ! before <-- with forcing removed
262            zcoef = atfp * rdt * r1_rau0
263            sshb(:,:) = sshb(:,:) - zcoef * (     emp_b(:,:) - emp   (:,:)   &
264               &                             -    rnf_b(:,:) + rnf   (:,:)   &
265               &                             + fwfisf_b(:,:) - fwfisf(:,:)   ) * ssmask(:,:)
266         ENDIF
267         sshn(:,:) = ssha(:,:)                              ! now <-- after
268      ENDIF
269      !
270      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab2d_1=sshb, clinfo1=' sshb  - : ', mask1=tmask )
271      !
272      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('ssh_swp')
273      !
274   END SUBROUTINE ssh_swp
275
276   !!======================================================================
277END MODULE sshwzv
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.