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trcsink.F90 in NEMO/trunk/src/TOP/TRP – NEMO

source: NEMO/trunk/src/TOP/TRP/trcsink.F90 @ 15325

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bugfix in TOP/TRP/trcsink.F90, see ticket #2726

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Line 
1MODULE trcsink
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE trcsink  ***
4   !! TOP :  vertical flux of particulate matter due to gravitational sinking
5   !!======================================================================
6   !! History :   1.0  !  2004     (O. Aumont) Original code
7   !!             2.0  !  2007-12  (C. Ethe, G. Madec)  F90
8   !!             3.4  !  2011-06  (O. Aumont, C. Ethe) Change aggregation formula
9   !!             3.5  !  2012-07  (O. Aumont) Introduce potential time-splitting
10   !!             4.0  !  2018-12  (O. Aumont) Generalize the PISCES code to make it usable by any model
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   !!   trc_sink       :  Compute vertical flux of particulate matter due to gravitational sinking
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   USE oce_trc         !  shared variables between ocean and passive tracers
15   USE trc             !  passive tracers common variables
16   USE lib_mpp
17
18   IMPLICIT NONE
19   PRIVATE
20
21   PUBLIC trc_sink
22   PUBLIC trc_sink_ini
23
24   INTEGER, PUBLIC :: nitermax      !: Maximum number of iterations for sinking
25
26   !! * Substitutions
27#  include "do_loop_substitute.h90"
28#  include "domzgr_substitute.h90"
29   !!----------------------------------------------------------------------
30   !! NEMO/TOP 4.0 , NEMO Consortium (2018)
31   !! $Id: trcsink.F90 10069 2018-08-28 14:12:24Z nicolasmartin $
32   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
33   !!----------------------------------------------------------------------
34CONTAINS
35
36   !!----------------------------------------------------------------------
37   !!   'standard sinking parameterisation'                  ???
38   !!----------------------------------------------------------------------
39
40   SUBROUTINE trc_sink ( kt, Kbb, Kmm, pwsink, psinkflx, jp_tra, rsfact )
41      !!---------------------------------------------------------------------
42      !!                     ***  ROUTINE trc_sink  ***
43      !!
44      !! ** Purpose :   Compute vertical flux of particulate matter due to
45      !!                gravitational sinking
46      !!
47      !! ** Method  : - ???
48      !!---------------------------------------------------------------------
49      INTEGER , INTENT(in)  :: kt
50      INTEGER , INTENT(in)  :: Kbb, Kmm
51      INTEGER , INTENT(in)  :: jp_tra    ! tracer index index     
52      REAL(wp), INTENT(in)  :: rsfact    ! time step duration
53      REAL(wp), INTENT(in)   , DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: pwsink
54      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: psinkflx
55      INTEGER  ::   ji, jj, jk
56      INTEGER, DIMENSION(jpi, jpj) ::   iiter
57      REAL(wp) ::   zfact, zwsmax, zmax
58      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: zwsink
59      !!---------------------------------------------------------------------
60      !
61      IF( ln_timing )   CALL timing_start('trc_sink')
62      !
63      !
64      ! OA This is (I hope) a temporary solution for the problem that may
65      ! OA arise in specific situation where the CFL criterion is broken
66      ! OA for vertical sedimentation of particles. To avoid this, a time
67      ! OA splitting algorithm has been coded. A specific maximum
68      ! OA iteration number is provided and may be specified in the namelist
69      ! OA This is to avoid very large iteration number when explicit free
70      ! OA surface is used (for instance). When niter?max is set to 1,
71      ! OA this computation is skipped. The crude old threshold method is
72      ! OA then applied. This also happens when niter exceeds nitermax.
73      IF( nitermax == 1 ) THEN
74         iiter(:,:) = 1
75      ELSE
76         DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
77            iiter(ji,jj) = 1
78            DO jk = 1, jpkm1
79               IF( tmask(ji,jj,jk) == 1.0 ) THEN
80                   zwsmax =  0.5 * e3t(ji,jj,jk,Kmm) * rday / rsfact
81                   iiter(ji,jj) =  MAX( iiter(ji,jj), INT( pwsink(ji,jj,jk) / zwsmax ) + 1 )
82               ENDIF
83            END DO
84         END_2D
85         iiter(:,:) = MIN( iiter(:,:), nitermax )
86      ENDIF
87
88      DO_3D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls, 1, jpkm1 )
89         IF( tmask(ji,jj,jk) == 1.0 ) THEN
90           zwsmax = 0.5 * e3t(ji,jj,jk,Kmm) * rday / rsfact
91           zwsink(ji,jj,jk) = MIN( pwsink(ji,jj,jk), zwsmax * REAL( iiter(ji,jj), wp ) )
92         ELSE
93           ! provide a default value so there is no use of undefinite value in trc_sink2 for zwsink2 initialization
94           zwsink(ji,jj,jk) = 0.
95         ENDIF
96      END_3D
97
98      !  Initializa to zero all the sinking arrays
99      !  -----------------------------------------
100      psinkflx(:,:,:) = 0.e0
101
102      !   Compute the sedimentation term using trc_sink2 for the considered sinking particle
103      !   -----------------------------------------------------
104      CALL trc_sink2( Kbb, Kmm, zwsink, psinkflx, jp_tra, iiter, rsfact )
105      !
106      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('trc_sink')
107      !
108   END SUBROUTINE trc_sink
109
110   SUBROUTINE trc_sink2( Kbb, Kmm, pwsink, psinkflx, jp_tra, kiter, rsfact )
111      !!---------------------------------------------------------------------
112      !!                     ***  ROUTINE trc_sink2  ***
113      !!
114      !! ** Purpose :   Compute the sedimentation terms for the various sinking
115      !!     particles. The scheme used to compute the trends is based
116      !!     on MUSCL.
117      !!
118      !! ** Method  : - this ROUTINE compute not exactly the advection but the
119      !!      transport term, i.e.  div(u*tra).
120      !!---------------------------------------------------------------------
121      INTEGER,  INTENT(in   )                         ::   Kbb, Kmm  ! time level indices
122      INTEGER,  INTENT(in   )                         ::   jp_tra    ! tracer index index     
123      REAL(wp), INTENT(in   )                         ::   rsfact    ! duration of time step
124      INTEGER,  INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   kiter     ! number of iterations for time-splitting
125      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pwsink    ! sinking speed
126      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   psinkflx  ! sinking fluxe
127      !
128      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn, jt
129      REAL(wp) ::   zigma,zew,zign, zflx, zstep
130      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: ztraz, zakz, zwsink2, ztrb, psinking 
131      !!---------------------------------------------------------------------
132      !
133      IF( ln_timing )   CALL timing_start('trc_sink2')
134      !
135      DO jk = 1, jpkm1
136         zwsink2(:,:,jk+1) = -pwsink(:,:,jk) / rday * tmask(:,:,jk+1) 
137      END DO
138      zwsink2(:,:,1) = 0.e0
139
140      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
141         ! Vertical advective flux
142         zstep = rsfact / REAL( kiter(ji,jj), wp ) / 2.
143         DO jt = 1, kiter(ji,jj)
144            ztraz(ji,jj,:) = 0.e0
145            zakz (ji,jj,:) = 0.e0
146            ztrb (ji,jj,:) = tr(ji,jj,:,jp_tra,Kbb)
147            DO jn = 1, 2
148               !             
149               DO jk = 2, jpkm1
150                  ztraz(ji,jj,jk) = ( tr(ji,jj,jk-1,jp_tra,Kbb) - tr(ji,jj,jk,jp_tra,Kbb) ) * tmask(ji,jj,jk)
151               END DO
152               ztraz(ji,jj,1  ) = 0.0
153               ztraz(ji,jj,jpk) = 0.0
154
155               ! slopes
156               DO jk = 2, jpkm1
157                  zign = 0.25 + SIGN( 0.25_wp, ztraz(ji,jj,jk) * ztraz(ji,jj,jk+1) )
158                  zakz(ji,jj,jk) = ( ztraz(ji,jj,jk) + ztraz(ji,jj,jk+1) ) * zign
159               END DO
160     
161               ! Slopes limitation
162               DO jk = 2, jpkm1
163                  zakz(ji,jj,jk) = SIGN( 1.0_wp, zakz(ji,jj,jk) ) *        &
164                     &             MIN( ABS( zakz(ji,jj,jk) ), 2. * ABS(ztraz(ji,jj,jk+1)), 2. * ABS(ztraz(ji,jj,jk) ) )
165               END DO
166     
167               ! vertical advective flux
168               DO jk = 1, jpkm1
169                  zigma = zwsink2(ji,jj,jk+1) * zstep / e3w(ji,jj,jk+1,Kmm)
170                  zew   = zwsink2(ji,jj,jk+1)
171                  psinking(ji,jj,jk+1) = -zew * ( tr(ji,jj,jk,jp_tra,Kbb) - 0.5 * ( 1 + zigma ) * zakz(ji,jj,jk) ) * zstep
172               END DO
173               !
174               ! Boundary conditions
175               psinking(ji,jj,1  ) = 0.e0
176               psinking(ji,jj,jpk) = 0.e0
177     
178               DO jk = 1, jpkm1
179                  zflx = ( psinking(ji,jj,jk) - psinking(ji,jj,jk+1) ) / e3t(ji,jj,jk,Kmm)
180                  tr(ji,jj,jk,jp_tra,Kbb) = tr(ji,jj,jk,jp_tra,Kbb) + zflx
181               END DO
182            END DO
183            DO jk = 1, jpkm1
184               zflx = ( psinking(ji,jj,jk) - psinking(ji,jj,jk+1) ) / e3t(ji,jj,jk,Kmm)
185               ztrb(ji,jj,jk) = ztrb(ji,jj,jk) + 2. * zflx
186            END DO
187
188            tr(ji,jj,:,jp_tra,Kbb) = ztrb(ji,jj,:)
189            psinkflx(ji,jj,:)   = psinkflx(ji,jj,:) + 2. * psinking(ji,jj,:)
190         END DO
191      END_2D
192      !
193      IF( ln_timing )  CALL timing_stop('trc_sink2')
194      !
195   END SUBROUTINE trc_sink2
196
197  SUBROUTINE trc_sink_ini
198      !!---------------------------------------------------------------------
199      !!                  ***  ROUTINE trc_sink_ini ***
200      !!
201      !! ** Purpose :   read  namelist options
202      !!----------------------------------------------------------------------
203      INTEGER ::   ios   ! Local integer output status for namelist read
204      !!
205      NAMELIST/namtrc_snk/ nitermax
206      !!----------------------------------------------------------------------
207      !
208      READ  ( numnat_ref, namtrc_snk, IOSTAT = ios, ERR = 907)
209907   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namtrc_snk in reference namelist' )
210      READ  ( numnat_cfg, namtrc_snk, IOSTAT = ios, ERR = 908 )
211908   IF( ios > 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namtrc_snk in configuration namelist' )
212      IF(lwm) WRITE( numont, namtrc_snk )
213
214      IF(lwp) THEN                     !   ! Control print
215         WRITE(numout,*)
216         WRITE(numout,*) 'trc_sink : Sedimentation of particles '
217         WRITE(numout,*) '~~~~~~~ '
218         WRITE(numout,*) '   Namelist namtrc_snk : sedimentation of particles'
219         WRITE(numout,*) '   Maximum number of iterations   nitermax = ', nitermax
220         WRITE(numout,*)
221      ENDIF
222
223   END SUBROUTINE trc_sink_ini
224
225   !!======================================================================
226END MODULE trcsink
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.