source: branches/UKMO/GO6_dyn_vrt_diag/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynzad.F90 @ 8300

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Changed diagnostics to calculate the contributions by taking after-before before going into the specific numerical scheme for the model.

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Line 
1MODULE dynzad
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynzad  ***
4   !! Ocean dynamics : vertical advection trend
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  ! 1991-01  (G. Madec) Original code
7   !!            7.0  ! 1991-11  (G. Madec)
8   !!            7.5  ! 1996-01  (G. Madec) statement function for e3
9   !!   NEMO     0.5  ! 2002-07  (G. Madec) Free form, F90
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !!   dyn_zad       : vertical advection momentum trend
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
16   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
17   USE sbc_oce        ! surface boundary condition: ocean
18   USE trd_oce        ! trends: ocean variables
19   USE trddyn         ! trend manager: dynamics
20   USE divcur         ! for dyn_vrt_dia_3d
21   !
22   USE in_out_manager ! I/O manager
23   USE lib_mpp        ! MPP library
24   USE prtctl         ! Print control
25   USE wrk_nemo       ! Memory Allocation
26   USE timing         ! Timing
27
28   IMPLICIT NONE
29   PRIVATE
30   
31   PUBLIC   dyn_zad       ! routine called by dynadv.F90
32   PUBLIC   dyn_zad_zts   ! routine called by dynadv.F90
33
34   !! * Substitutions
35#  include "domzgr_substitute.h90"
36#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
37   !!----------------------------------------------------------------------
38   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
39   !! $Id$
40   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
41   !!----------------------------------------------------------------------
42CONTAINS
43
44   SUBROUTINE dyn_zad ( kt )
45      !!----------------------------------------------------------------------
46      !!                  ***  ROUTINE dynzad  ***
47      !!
48      !! ** Purpose :   Compute the now vertical momentum advection trend and
49      !!      add it to the general trend of momentum equation.
50      !!
51      !! ** Method  :   The now vertical advection of momentum is given by:
52      !!         w dz(u) = ua + 1/(e1u*e2u*e3u) mk+1[ mi(e1t*e2t*wn) dk(un) ]
53      !!         w dz(v) = va + 1/(e1v*e2v*e3v) mk+1[ mj(e1t*e2t*wn) dk(vn) ]
54      !!      Add this trend to the general trend (ua,va):
55      !!         (ua,va) = (ua,va) + w dz(u,v)
56      !!
57      !! ** Action  : - Update (ua,va) with the vert. momentum adv. trends
58      !!              - Send the trends to trddyn for diagnostics (l_trddyn=T)
59      !!----------------------------------------------------------------------
60      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step inedx
61      !
62      CHARACTER(len=3) :: id_vrt_dia_zad = "zad" ! TODO remove once flags set properly
63      INTEGER  ::   ji, jj, jk                   ! dummy loop indices
64      INTEGER  ::   zua, zva                     ! temporary scalars
65      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zwuw , zwvw
66      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) ::  zww
67      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  ztrdu, ztrdv
68      !!----------------------------------------------------------------------
69      !
70      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dyn_zad')
71      !
72      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zww ) 
73      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zwuw , zwvw )
74      !
75      IF( kt == nit000 ) THEN
76         IF(lwp)WRITE(numout,*)
77         IF(lwp)WRITE(numout,*) 'dyn_zad : arakawa advection scheme'
78      ENDIF
79
80      IF( l_trddyn .OR. ( id_vrt_dia_zad == "zad" ) )   THEN         ! Save ua and va trends
81         CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, ztrdu, ztrdv ) 
82         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) 
83         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) 
84      ENDIF
85     
86      DO jk = 2, jpkm1              ! Vertical momentum advection at level w and u- and v- vertical
87         DO jj = 2, jpj                   ! vertical fluxes
88            DO ji = fs_2, jpi             ! vector opt.
89               zww(ji,jj) = 0.25_wp * e1t(ji,jj) * e2t(ji,jj) * wn(ji,jj,jk)
90            END DO
91         END DO
92         DO jj = 2, jpjm1                 ! vertical momentum advection at w-point
93            DO ji = fs_2, fs_jpim1        ! vector opt.
94               zwuw(ji,jj,jk) = ( zww(ji+1,jj  ) + zww(ji,jj) ) * ( un(ji,jj,jk-1)-un(ji,jj,jk) )
95               zwvw(ji,jj,jk) = ( zww(ji  ,jj+1) + zww(ji,jj) ) * ( vn(ji,jj,jk-1)-vn(ji,jj,jk) )
96            END DO 
97         END DO   
98      END DO
99      !
100      ! Surface and bottom advective fluxes set to zero
101      IF ( ln_isfcav ) THEN
102         DO jj = 2, jpjm1
103            DO ji = fs_2, fs_jpim1           ! vector opt.
104               zwuw(ji,jj, 1:miku(ji,jj) ) = 0._wp
105               zwvw(ji,jj, 1:mikv(ji,jj) ) = 0._wp
106               zwuw(ji,jj,jpk) = 0._wp
107               zwvw(ji,jj,jpk) = 0._wp
108            END DO
109         END DO
110      ELSE
111         DO jj = 2, jpjm1       
112            DO ji = fs_2, fs_jpim1           ! vector opt.
113               zwuw(ji,jj, 1 ) = 0._wp
114               zwvw(ji,jj, 1 ) = 0._wp
115               zwuw(ji,jj,jpk) = 0._wp
116               zwvw(ji,jj,jpk) = 0._wp
117            END DO 
118         END DO
119      END IF
120
121      DO jk = 1, jpkm1              ! Vertical momentum advection at u- and v-points
122         DO jj = 2, jpjm1
123            DO ji = fs_2, fs_jpim1       ! vector opt.
124               !                         ! vertical momentum advective trends
125               zua = - ( zwuw(ji,jj,jk) + zwuw(ji,jj,jk+1) ) / ( e1u(ji,jj) * e2u(ji,jj) * fse3u(ji,jj,jk) )
126               zva = - ( zwvw(ji,jj,jk) + zwvw(ji,jj,jk+1) ) / ( e1v(ji,jj) * e2v(ji,jj) * fse3v(ji,jj,jk) )
127               !                         ! add the trends to the general momentum trends
128               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zua
129               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zva
130            END DO 
131         END DO 
132      END DO
133
134      IF( l_trddyn .OR. ( id_vrt_dia_zad == "zad" ) ) THEN      ! save the vertical advection trends for diagnostic
135         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
136         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
137         !
138         IF( id_vrt_dia_zad == "zad" ) THEN
139             CALL dyn_vrt_dia_3d( ztrdu, ztrdv, id_vrt_dia_zad )
140         ENDIF
141         !
142         IF( l_trddyn ) THEN
143             CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_zad, kt )
144         ENDIF
145         !
146         CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, ztrdu, ztrdv ) 
147      ENDIF
148      !                             ! Control print
149      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' zad  - Ua: ', mask1=umask,   &
150         &                       tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
151      !
152      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zww ) 
153      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zwuw , zwvw )
154      !
155      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dyn_zad')
156      !
157   END SUBROUTINE dyn_zad
158
159   SUBROUTINE dyn_zad_zts ( kt )
160      !!----------------------------------------------------------------------
161      !!                  ***  ROUTINE dynzad_zts  ***
162      !!
163      !! ** Purpose :   Compute the now vertical momentum advection trend and
164      !!      add it to the general trend of momentum equation. This version
165      !!      uses sub-timesteps for improved numerical stability with small
166      !!      vertical grid sizes. This is especially relevant when using
167      !!      embedded ice with thin surface boxes.
168      !!
169      !! ** Method  :   The now vertical advection of momentum is given by:
170      !!         w dz(u) = ua + 1/(e1u*e2u*e3u) mk+1[ mi(e1t*e2t*wn) dk(un) ]
171      !!         w dz(v) = va + 1/(e1v*e2v*e3v) mk+1[ mj(e1t*e2t*wn) dk(vn) ]
172      !!      Add this trend to the general trend (ua,va):
173      !!         (ua,va) = (ua,va) + w dz(u,v)
174      !!
175      !! ** Action  : - Update (ua,va) with the vert. momentum adv. trends
176      !!              - Save the trends in (ztrdu,ztrdv) ('key_trddyn')
177      !!----------------------------------------------------------------------
178      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step inedx
179      !
180      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jl  ! dummy loop indices
181      INTEGER  ::   jnzts = 5       ! number of sub-timesteps for vertical advection
182      INTEGER  ::   jtb, jtn, jta   ! sub timestep pointers for leap-frog/euler forward steps
183      REAL(wp) ::   zua, zva        ! temporary scalars
184      REAL(wp) ::   zr_rdt          ! temporary scalar
185      REAL(wp) ::   z2dtzts         ! length of Euler forward sub-timestep for vertical advection
186      REAL(wp) ::   zts             ! length of sub-timestep for vertical advection
187      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  zwuw , zwvw, zww
188      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  ztrdu, ztrdv
189      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:,:) ::  zus , zvs
190      !!----------------------------------------------------------------------
191      !
192      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dyn_zad_zts')
193      !
194      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zwuw , zwvw, zww ) 
195      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,3, zus, zvs ) 
196      !
197      IF( kt == nit000 ) THEN
198         IF(lwp)WRITE(numout,*)
199         IF(lwp)WRITE(numout,*) 'dyn_zad_zts : arakawa advection scheme with sub-timesteps'
200      ENDIF
201
202      IF( l_trddyn )   THEN         ! Save ua and va trends
203         CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, ztrdu, ztrdv ) 
204         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) 
205         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) 
206      ENDIF
207     
208      IF( neuler == 0 .AND. kt == nit000 ) THEN
209          z2dtzts =         rdt / REAL( jnzts, wp )   ! = rdt (restart with Euler time stepping)
210      ELSE
211          z2dtzts = 2._wp * rdt / REAL( jnzts, wp )   ! = 2 rdt (leapfrog)
212      ENDIF
213     
214      DO jk = 2, jpkm1                    ! Calculate and store vertical fluxes
215         DO jj = 2, jpj                   
216            DO ji = fs_2, jpi             ! vector opt.
217               zww(ji,jj,jk) = 0.25_wp * e1t(ji,jj) * e2t(ji,jj) * wn(ji,jj,jk)
218            END DO
219         END DO
220      END DO
221      !
222      ! Surface and bottom advective fluxes set to zero
223      DO jj = 2, jpjm1       
224         DO ji = fs_2, fs_jpim1           ! vector opt.
225            zwuw(ji,jj, 1 ) = 0._wp
226            zwvw(ji,jj, 1 ) = 0._wp
227            zwuw(ji,jj,jpk) = 0._wp
228            zwvw(ji,jj,jpk) = 0._wp
229         END DO 
230      END DO
231
232! Start with before values and use sub timestepping to reach after values
233
234      zus(:,:,:,1) = ub(:,:,:)
235      zvs(:,:,:,1) = vb(:,:,:)
236
237      DO jl = 1, jnzts                   ! Start of sub timestepping loop
238
239         IF( jl == 1 ) THEN              ! Euler forward to kick things off
240           jtb = 1   ;   jtn = 1   ;   jta = 2
241           zts = z2dtzts
242         ELSEIF( jl == 2 ) THEN          ! First leapfrog step
243           jtb = 1   ;   jtn = 2   ;   jta = 3
244           zts = 2._wp * z2dtzts
245         ELSE                            ! Shuffle pointers for subsequent leapfrog steps
246           jtb = MOD(jtb,3) + 1
247           jtn = MOD(jtn,3) + 1
248           jta = MOD(jta,3) + 1
249         ENDIF
250
251         DO jk = 2, jpkm1           ! Vertical momentum advection at level w and u- and v- vertical
252            DO jj = 2, jpjm1                 ! vertical momentum advection at w-point
253               DO ji = fs_2, fs_jpim1        ! vector opt.
254                  zwuw(ji,jj,jk) = ( zww(ji+1,jj  ,jk) + zww(ji,jj,jk) ) * ( zus(ji,jj,jk-1,jtn)-zus(ji,jj,jk,jtn) ) !* wumask(ji,jj,jk)
255                  zwvw(ji,jj,jk) = ( zww(ji  ,jj+1,jk) + zww(ji,jj,jk) ) * ( zvs(ji,jj,jk-1,jtn)-zvs(ji,jj,jk,jtn) ) !* wvmask(ji,jj,jk)
256               END DO 
257            END DO   
258         END DO
259         DO jk = 1, jpkm1           ! Vertical momentum advection at u- and v-points
260            DO jj = 2, jpjm1
261               DO ji = fs_2, fs_jpim1       ! vector opt.
262                  !                         ! vertical momentum advective trends
263                  zua = - ( zwuw(ji,jj,jk) + zwuw(ji,jj,jk+1) ) / ( e1u(ji,jj) * e2u(ji,jj) * fse3u(ji,jj,jk) )
264                  zva = - ( zwvw(ji,jj,jk) + zwvw(ji,jj,jk+1) ) / ( e1v(ji,jj) * e2v(ji,jj) * fse3v(ji,jj,jk) )
265                  zus(ji,jj,jk,jta) = zus(ji,jj,jk,jtb) + zua * zts
266                  zvs(ji,jj,jk,jta) = zvs(ji,jj,jk,jtb) + zva * zts
267               END DO 
268            END DO 
269         END DO
270
271      END DO      ! End of sub timestepping loop
272
273      zr_rdt = 1._wp / ( REAL( jnzts, wp ) * z2dtzts )
274      DO jk = 1, jpkm1              ! Recover trends over the outer timestep
275         DO jj = 2, jpjm1
276            DO ji = fs_2, fs_jpim1       ! vector opt.
277               !                         ! vertical momentum advective trends
278               !                         ! add the trends to the general momentum trends
279               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + ( zus(ji,jj,jk,jta) - ub(ji,jj,jk)) * zr_rdt
280               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + ( zvs(ji,jj,jk,jta) - vb(ji,jj,jk)) * zr_rdt
281            END DO 
282         END DO 
283      END DO
284
285      IF( l_trddyn ) THEN           ! save the vertical advection trends for diagnostic
286         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
287         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
288         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_zad, kt )
289         CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, ztrdu, ztrdv ) 
290      ENDIF
291      !                             ! Control print
292      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' zad  - Ua: ', mask1=umask,   &
293         &                       tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
294      !
295      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zwuw , zwvw, zww ) 
296      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,3, zus, zvs ) 
297      !
298      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dyn_zad_zts')
299      !
300   END SUBROUTINE dyn_zad_zts
301
302   !!======================================================================
303END MODULE dynzad
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.