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Included wave-current processes following Couvelard et al 2019 and Gurvan code -ticket #2155

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Line 
1MODULE dynspg
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynspg  ***
4   !! Ocean dynamics:  surface pressure gradient control
5   !!======================================================================
6   !! History :  1.0  ! 2005-12  (C. Talandier, G. Madec, V. Garnier)  Original code
7   !!            3.2  ! 2009-07  (R. Benshila)  Suppression of rigid-lid option
8   !!----------------------------------------------------------------------
9
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   !!   dyn_spg     : update the dynamics trend with surface pressure gradient
12   !!   dyn_spg_init: initialization, namelist read, and parameters control
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   USE oce            ! ocean dynamics and tracers variables
15   USE dom_oce        ! ocean space and time domain variables
16   USE c1d            ! 1D vertical configuration
17   USE phycst         ! physical constants
18   USE sbc_oce        ! surface boundary condition: ocean
19   USE sbc_ice , ONLY : snwice_mass, snwice_mass_b
20   USE sbcapr         ! surface boundary condition: atmospheric pressure
21   USE sbcwave,  ONLY : bhd_wave
22   USE dynspg_exp     ! surface pressure gradient     (dyn_spg_exp routine)
23   USE dynspg_ts      ! surface pressure gradient     (dyn_spg_ts  routine)
24   USE tide_mod       !
25   USE trd_oce        ! trends: ocean variables
26   USE trddyn         ! trend manager: dynamics
27   !
28   USE prtctl         ! Print control                     (prt_ctl routine)
29   USE in_out_manager ! I/O manager
30   USE lib_mpp        ! MPP library
31   USE timing         ! Timing
32
33   IMPLICIT NONE
34   PRIVATE
35
36   PUBLIC   dyn_spg        ! routine called by step module
37   PUBLIC   dyn_spg_init   ! routine called by opa module
38
39   INTEGER ::   nspg = 0   ! type of surface pressure gradient scheme defined from lk_dynspg_...
40
41   !                       ! Parameter to control the surface pressure gradient scheme
42   INTEGER, PARAMETER ::   np_TS  = 1   ! split-explicit time stepping (Time-Splitting)
43   INTEGER, PARAMETER ::   np_EXP = 0   !       explicit time stepping
44   INTEGER, PARAMETER ::   np_NO  =-1   ! no surface pressure gradient, no scheme
45   !
46   REAL(wp) ::   zt0step !   Time of day at the beginning of the time step
47
48   !! * Substitutions
49#  include "do_loop_substitute.h90"
50   !!----------------------------------------------------------------------
51   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
52   !! $Id$
53   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
54   !!----------------------------------------------------------------------
55CONTAINS
56
57   SUBROUTINE dyn_spg( kt, Kbb, Kmm, Krhs, puu, pvv, pssh, puu_b, pvv_b, Kaa )
58      !!----------------------------------------------------------------------
59      !!                  ***  ROUTINE dyn_spg  ***
60      !!
61      !! ** Purpose :   compute surface pressure gradient including the
62      !!              atmospheric pressure forcing (ln_apr_dyn=T).
63      !!
64      !! ** Method  :   Two schemes:
65      !!              - explicit       : the spg is evaluated at now
66      !!              - split-explicit : a time splitting technique is used
67      !!
68      !!              ln_apr_dyn=T : the atmospheric pressure forcing is applied
69      !!             as the gradient of the inverse barometer ssh:
70      !!                apgu = - 1/rho0 di[apr] = 0.5*grav di[ssh_ib+ssh_ibb]
71      !!                apgv = - 1/rho0 dj[apr] = 0.5*grav dj[ssh_ib+ssh_ibb]
72      !!             Note that as all external forcing a time averaging over a two rn_Dt
73      !!             period is used to prevent the divergence of odd and even time step.
74      !!----------------------------------------------------------------------
75      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt                  ! ocean time-step index
76      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kbb, Kmm, Krhs, Kaa ! ocean time level indices
77      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv            ! ocean velocities and RHS of momentum equation
78      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpt)    , INTENT(inout) ::  pssh, puu_b, pvv_b  ! SSH and barotropic velocities at main time levels
79      !
80      INTEGER  ::   ji, jj, jk                   ! dummy loop indices
81      REAL(wp) ::   z2dt, zg_2, zintp, zgrho0r, zld   ! local scalars
82      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::   zpice
83      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::   ztrdu, ztrdv
84      !!----------------------------------------------------------------------
85      !
86      IF( ln_timing )   CALL timing_start('dyn_spg')
87      !
88      IF( l_trddyn )   THEN                      ! temporary save of ta and sa trends
89         ALLOCATE( ztrdu(jpi,jpj,jpk) , ztrdv(jpi,jpj,jpk) ) 
90         ztrdu(:,:,:) = puu(:,:,:,Krhs)
91         ztrdv(:,:,:) = pvv(:,:,:,Krhs)
92      ENDIF
93      !
94      IF(      ln_apr_dyn                                                &   ! atmos. pressure
95         .OR.  ( .NOT.ln_dynspg_ts .AND. (ln_tide_pot .AND. ln_tide) )   &   ! tide potential (no time slitting)
96         .OR.  ln_ice_embd ) THEN                                            ! embedded sea-ice
97         !
98         DO_2D_00_00
99            spgu(ji,jj) = 0._wp
100            spgv(ji,jj) = 0._wp
101         END_2D
102         !
103         IF( ln_apr_dyn .AND. .NOT.ln_dynspg_ts ) THEN   !==  Atmospheric pressure gradient (added later in time-split case) ==!
104            zg_2 = grav * 0.5
105            DO_2D_00_00
106               spgu(ji,jj) = spgu(ji,jj) + zg_2 * (  ssh_ib (ji+1,jj) - ssh_ib (ji,jj)    &
107                  &                                + ssh_ibb(ji+1,jj) - ssh_ibb(ji,jj)  ) * r1_e1u(ji,jj)
108               spgv(ji,jj) = spgv(ji,jj) + zg_2 * (  ssh_ib (ji,jj+1) - ssh_ib (ji,jj)    &
109                  &                                + ssh_ibb(ji,jj+1) - ssh_ibb(ji,jj)  ) * r1_e2v(ji,jj)
110            END_2D
111         ENDIF
112         !
113         !                                    !==  tide potential forcing term  ==!
114         IF( .NOT.ln_dynspg_ts .AND. ( ln_tide_pot .AND. ln_tide )  ) THEN   ! N.B. added directly at sub-time-step in ts-case
115            !
116            ! Update tide potential at the beginning of current time step
117            zt0step = REAL(nsec_day, wp)-0.5_wp*rn_Dt
118            CALL upd_tide(zt0step, Kmm)
119            !
120            DO_2D_00_00
121               spgu(ji,jj) = spgu(ji,jj) + grav * ( pot_astro(ji+1,jj) - pot_astro(ji,jj) ) * r1_e1u(ji,jj)
122               spgv(ji,jj) = spgv(ji,jj) + grav * ( pot_astro(ji,jj+1) - pot_astro(ji,jj) ) * r1_e2v(ji,jj)
123            END_2D
124            !
125            IF (ln_scal_load) THEN
126               zld = rn_scal_load * grav
127               DO_2D_00_00
128                  spgu(ji,jj) = spgu(ji,jj) + zld * ( pssh(ji+1,jj,Kmm) - pssh(ji,jj,Kmm) ) * r1_e1u(ji,jj)
129                  spgv(ji,jj) = spgv(ji,jj) + zld * ( pssh(ji,jj+1,Kmm) - pssh(ji,jj,Kmm) ) * r1_e2v(ji,jj)
130               END_2D
131            ENDIF
132         ENDIF
133         !
134         IF( ln_ice_embd ) THEN              !== embedded sea ice: Pressure gradient due to snow-ice mass ==!
135            ALLOCATE( zpice(jpi,jpj) )
136            zintp = REAL( MOD( kt-1, nn_fsbc ) ) / REAL( nn_fsbc )
137            zgrho0r     = - grav * r1_rho0
138            zpice(:,:) = (  zintp * snwice_mass(:,:) + ( 1.- zintp ) * snwice_mass_b(:,:)  ) * zgrho0r
139            DO_2D_00_00
140               spgu(ji,jj) = spgu(ji,jj) + ( zpice(ji+1,jj) - zpice(ji,jj) ) * r1_e1u(ji,jj)
141               spgv(ji,jj) = spgv(ji,jj) + ( zpice(ji,jj+1) - zpice(ji,jj) ) * r1_e2v(ji,jj)
142            END_2D
143            DEALLOCATE( zpice )         
144         ENDIF
145         !
146         IF( ln_wave .and. ln_bern_srfc ) THEN          !== Add J terms: depth-independent Bernoulli head
147            DO_2D_00_00
148               spgu(ji,jj) = spgu(ji,jj) + ( bhd_wave(ji+1,jj) - bhd_wave(ji,jj) ) / e1u(ji,jj)   !++ bhd_wave from wave model in m2/s2 [BHD parameters in WW3]
149               spgv(ji,jj) = spgv(ji,jj) + ( bhd_wave(ji,jj+1) - bhd_wave(ji,jj) ) / e2v(ji,jj)
150            END_2D
151         ENDIF
152         !
153         DO_3D_00_00( 1, jpkm1 )
154            puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + spgu(ji,jj)
155            pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + spgv(ji,jj)
156         END_3D
157         !
158!!gm add here a call to dyn_trd for ice pressure gradient, the surf pressure trends ????
159         !   
160      ENDIF
161      !
162      SELECT CASE ( nspg )                   !== surface pressure gradient computed and add to the general trend ==!
163      CASE ( np_EXP )   ;   CALL dyn_spg_exp( kt,      Kmm,       puu, pvv, Krhs )                    ! explicit
164      CASE ( np_TS  )   ;   CALL dyn_spg_ts ( kt, Kbb, Kmm, Krhs, puu, pvv, pssh, puu_b, pvv_b, Kaa ) ! time-splitting
165      END SELECT
166      !                   
167      IF( l_trddyn )   THEN                  ! save the surface pressure gradient trends for further diagnostics
168         ztrdu(:,:,:) = puu(:,:,:,Krhs) - ztrdu(:,:,:)
169         ztrdv(:,:,:) = pvv(:,:,:,Krhs) - ztrdv(:,:,:)
170         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_spg, kt, Kmm )
171         DEALLOCATE( ztrdu , ztrdv ) 
172      ENDIF
173      !                                      ! print mean trends (used for debugging)
174      IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=puu(:,:,:,Krhs), clinfo1=' spg  - Ua: ', mask1=umask, &
175         &                                  tab3d_2=pvv(:,:,:,Krhs), clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
176      !
177      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('dyn_spg')
178      !
179   END SUBROUTINE dyn_spg
180
181
182   SUBROUTINE dyn_spg_init
183      !!---------------------------------------------------------------------
184      !!                  ***  ROUTINE dyn_spg_init  ***
185      !!               
186      !! ** Purpose :   Control the consistency between namelist options for
187      !!              surface pressure gradient schemes
188      !!----------------------------------------------------------------------
189      INTEGER ::   ioptio, ios   ! local integers
190      !
191      NAMELIST/namdyn_spg/ ln_dynspg_exp       , ln_dynspg_ts,   &
192      &                    ln_bt_fw, ln_bt_av  , ln_bt_auto  ,   &
193      &                    nn_e , rn_bt_cmax, nn_bt_flt, rn_bt_alpha
194      !!----------------------------------------------------------------------
195      !
196      IF(lwp) THEN
197         WRITE(numout,*)
198         WRITE(numout,*) 'dyn_spg_init : choice of the surface pressure gradient scheme'
199         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
200      ENDIF
201      !
202      READ  ( numnam_ref, namdyn_spg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
203901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_spg in reference namelist' )
204      !
205      READ  ( numnam_cfg, namdyn_spg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
206902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_spg in configuration namelist' )
207      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_spg )
208      !
209      IF(lwp) THEN             ! Namelist print
210         WRITE(numout,*) '   Namelist : namdyn_spg                    '
211         WRITE(numout,*) '      Explicit free surface                  ln_dynspg_exp = ', ln_dynspg_exp
212         WRITE(numout,*) '      Free surface with time splitting       ln_dynspg_ts  = ', ln_dynspg_ts
213      ENDIF
214      !                          ! Control of surface pressure gradient scheme options
215                                     nspg =  np_NO    ;   ioptio = 0
216      IF( ln_dynspg_exp ) THEN   ;   nspg =  np_EXP   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   ENDIF
217      IF( ln_dynspg_ts  ) THEN   ;   nspg =  np_TS    ;   ioptio = ioptio + 1   ;   ENDIF
218      !
219      IF( ioptio  > 1 )   CALL ctl_stop( 'Choose only one surface pressure gradient scheme' )
220      IF( ioptio == 0 )   CALL ctl_warn( 'NO surface pressure gradient trend in momentum Eqs.' )
221      IF( ln_dynspg_exp .AND. ln_isfcav )   &
222           &   CALL ctl_stop( ' dynspg_exp not tested with ice shelf cavity ' )
223      !
224      IF(lwp) THEN
225         WRITE(numout,*)
226         IF( nspg == np_EXP )   WRITE(numout,*) '   ==>>>   explicit free surface'
227         IF( nspg == np_TS  )   WRITE(numout,*) '   ==>>>   free surface with time splitting scheme'
228         IF( nspg == np_NO  )   WRITE(numout,*) '   ==>>>   No surface surface pressure gradient trend in momentum Eqs.'
229      ENDIF
230      !
231      IF( nspg == np_TS ) THEN   ! split-explicit scheme initialisation
232         CALL dyn_spg_ts_init          ! do it first: set nn_e used to allocate some arrays later on
233      ENDIF
234      !
235   END SUBROUTINE dyn_spg_init
236
237  !!======================================================================
238END MODULE dynspg
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.