source: NEMO/branches/2018/dev_r10164_HPC09_ESIWACE_PREP_MERGE/src/OCE/DIA/diahth.F90 @ 10297

Last change on this file since 10297 was 10297, checked in by smasson, 23 months ago

dev_r10164_HPC09_ESIWACE_PREP_MERGE: action 2a: add report calls of mppmin/max/sum, see #2133

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 17.5 KB
Line 
1MODULE diahth
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  diahth  ***
4   !! Ocean diagnostics: thermocline and 20 degree depth
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  !  1994-09  (J.-P. Boulanger)  Original code
7   !!                 !  1996-11  (E. Guilyardi)  OPA8
8   !!                 !  1997-08  (G. Madec)  optimization
9   !!                 !  1999-07  (E. Guilyardi)  hd28 + heat content
10   !!   NEMO     1.0  !  2002-06  (G. Madec)  F90: Free form and module
11   !!            3.2  !  2009-07  (S. Masson) hc300 bugfix + cleaning + add new diag
12   !!----------------------------------------------------------------------
13#if   defined key_diahth
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   !!   'key_diahth' :                              thermocline depth diag.
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   !!   dia_hth      : Compute varius diagnostics associated with the mixed layer
18   !!----------------------------------------------------------------------
19   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
20   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
21   USE phycst          ! physical constants
22   !
23   USE in_out_manager  ! I/O manager
24   USE lib_mpp         ! MPP library
25   USE iom             ! I/O library
26   USE timing          ! preformance summary
27
28   IMPLICIT NONE
29   PRIVATE
30
31   PUBLIC   dia_hth       ! routine called by step.F90
32   PUBLIC   dia_hth_alloc ! routine called by nemogcm.F90
33
34   LOGICAL , PUBLIC, PARAMETER ::   lk_diahth = .TRUE.    !: thermocline-20d depths flag
35   
36   ! note: following variables should move to local variables once iom_put is always used
37   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hth    !: depth of the max vertical temperature gradient [m]
38   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hd20   !: depth of 20 C isotherm                         [m]
39   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hd28   !: depth of 28 C isotherm                         [m]
40   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   htc3   !: heat content of first 300 m                    [W]
41
42   !!----------------------------------------------------------------------
43   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
44   !! $Id$
45   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
46   !!----------------------------------------------------------------------
47CONTAINS
48
49   FUNCTION dia_hth_alloc()
50      !!---------------------------------------------------------------------
51      INTEGER :: dia_hth_alloc
52      !!---------------------------------------------------------------------
53      !
54      ALLOCATE( hth(jpi,jpj), hd20(jpi,jpj), hd28(jpi,jpj), htc3(jpi,jpj), STAT=dia_hth_alloc )
55      !
56      IF( lk_mpp           )   CALL mpp_sum ( 'diahth', dia_hth_alloc )
57      IF(dia_hth_alloc /= 0)   CALL ctl_warn('dia_hth_alloc: failed to allocate arrays.')
58      !
59   END FUNCTION dia_hth_alloc
60
61
62   SUBROUTINE dia_hth( kt )
63      !!---------------------------------------------------------------------
64      !!                  ***  ROUTINE dia_hth  ***
65      !!
66      !! ** Purpose : Computes
67      !!      the mixing layer depth (turbocline): avt = 5.e-4
68      !!      the depth of strongest vertical temperature gradient
69      !!      the mixed layer depth with density     criteria: rho = rho(10m or surf) + 0.03(or 0.01)
70      !!      the mixed layer depth with temperature criteria: abs( tn - tn(10m) ) = 0.2       
71      !!      the top of the thermochine: tn = tn(10m) - ztem2
72      !!      the pycnocline depth with density criteria equivalent to a temperature variation
73      !!                rho = rho10m + (dr/dT)(T,S,10m)*(-0.2 degC)
74      !!      the barrier layer thickness
75      !!      the maximal verical inversion of temperature and its depth max( 0, max of tn - tn(10m) )
76      !!      the depth of the 20 degree isotherm (linear interpolation)
77      !!      the depth of the 28 degree isotherm (linear interpolation)
78      !!      the heat content of first 300 m
79      !!
80      !! ** Method :
81      !!-------------------------------------------------------------------
82      INTEGER, INTENT( in ) ::   kt      ! ocean time-step index
83      !!
84      INTEGER                          ::   ji, jj, jk            ! dummy loop arguments
85      INTEGER                          ::   iid, ilevel           ! temporary integers
86      INTEGER, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ik20, ik28  ! levels
87      REAL(wp)                         ::   zavt5 = 5.e-4_wp      ! Kz criterion for the turbocline depth
88      REAL(wp)                         ::   zrho3 = 0.03_wp       ! density     criterion for mixed layer depth
89      REAL(wp)                         ::   zrho1 = 0.01_wp       ! density     criterion for mixed layer depth
90      REAL(wp)                         ::   ztem2 = 0.2_wp        ! temperature criterion for mixed layer depth
91      REAL(wp)                         ::   zthick_0, zcoef       ! temporary scalars
92      REAL(wp)                         ::   zztmp, zzdep          ! temporary scalars inside do loop
93      REAL(wp)                         ::   zu, zv, zw, zut, zvt  ! temporary workspace
94      REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   zabs2      ! MLD: abs( tn - tn(10m) ) = ztem2
95      REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ztm2       ! Top of thermocline: tn = tn(10m) - ztem2     
96      REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   zrho10_3   ! MLD: rho = rho10m + zrho3     
97      REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   zpycn      ! pycnocline: rho = rho10m + (dr/dT)(T,S,10m)*(-0.2 degC)
98      REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ztinv      ! max of temperature inversion
99      REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   zdepinv    ! depth of temperature inversion
100      REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   zrho0_3    ! MLD rho = rho(surf) = 0.03
101      REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   zrho0_1    ! MLD rho = rho(surf) = 0.01
102      REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   zmaxdzT    ! max of dT/dz
103      REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   zthick     ! vertical integration thickness
104      REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   zdelr      ! delta rho equivalent to deltaT = 0.2
105      !!----------------------------------------------------------------------
106      IF( ln_timing )   CALL timing_start('dia_hth')
107
108      IF( kt == nit000 ) THEN
109         !                                      ! allocate dia_hth array
110         IF( dia_hth_alloc() /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'dia_hth : unable to allocate standard arrays' )
111
112         IF(.NOT. ALLOCATED(ik20) ) THEN
113            ALLOCATE(ik20(jpi,jpj), ik28(jpi,jpj), &
114               &      zabs2(jpi,jpj),   &
115               &      ztm2(jpi,jpj),    &
116               &      zrho10_3(jpi,jpj),&
117               &      zpycn(jpi,jpj),   &
118               &      ztinv(jpi,jpj),   &
119               &      zdepinv(jpi,jpj), &
120               &      zrho0_3(jpi,jpj), &
121               &      zrho0_1(jpi,jpj), &
122               &      zmaxdzT(jpi,jpj), &
123               &      zthick(jpi,jpj),  &
124               &      zdelr(jpi,jpj), STAT=ji)
125            IF( lk_mpp  )   CALL mpp_sum('diahth', ji)
126            IF( ji /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'dia_hth : unable to allocate standard ocean arrays' )
127         END IF
128
129         IF(lwp) WRITE(numout,*)
130         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dia_hth : diagnostics of the thermocline depth'
131         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~ '
132         IF(lwp) WRITE(numout,*)
133      ENDIF
134
135      ! initialization
136      ztinv  (:,:) = 0._wp 
137      zdepinv(:,:) = 0._wp 
138      zmaxdzT(:,:) = 0._wp 
139      DO jj = 1, jpj
140         DO ji = 1, jpi
141            zztmp = gdepw_n(ji,jj,mbkt(ji,jj)+1) 
142            hth     (ji,jj) = zztmp
143            zabs2   (ji,jj) = zztmp
144            ztm2    (ji,jj) = zztmp
145            zrho10_3(ji,jj) = zztmp
146            zpycn   (ji,jj) = zztmp
147        END DO
148      END DO
149      IF( nla10 > 1 ) THEN
150         DO jj = 1, jpj
151            DO ji = 1, jpi
152               zztmp = gdepw_n(ji,jj,mbkt(ji,jj)+1) 
153               zrho0_3(ji,jj) = zztmp
154               zrho0_1(ji,jj) = zztmp
155            END DO
156         END DO
157      ENDIF
158     
159      ! Preliminary computation
160      ! computation of zdelr = (dr/dT)(T,S,10m)*(-0.2 degC)
161      DO jj = 1, jpj
162         DO ji = 1, jpi
163            IF( tmask(ji,jj,nla10) == 1. ) THEN
164               zu  =  1779.50 + 11.250 * tsn(ji,jj,nla10,jp_tem) - 3.80   * tsn(ji,jj,nla10,jp_sal)                             &
165                  &                                              - 0.0745 * tsn(ji,jj,nla10,jp_tem) * tsn(ji,jj,nla10,jp_tem)   &
166                  &                                              - 0.0100 * tsn(ji,jj,nla10,jp_tem) * tsn(ji,jj,nla10,jp_sal)
167               zv  =  5891.00 + 38.000 * tsn(ji,jj,nla10,jp_tem) + 3.00   * tsn(ji,jj,nla10,jp_sal)                             &
168                  &                                              - 0.3750 * tsn(ji,jj,nla10,jp_tem) * tsn(ji,jj,nla10,jp_tem)
169               zut =    11.25 -  0.149 * tsn(ji,jj,nla10,jp_tem) - 0.01   * tsn(ji,jj,nla10,jp_sal)
170               zvt =    38.00 -  0.750 * tsn(ji,jj,nla10,jp_tem)
171               zw  = (zu + 0.698*zv) * (zu + 0.698*zv)
172               zdelr(ji,jj) = ztem2 * (1000.*(zut*zv - zvt*zu)/zw)
173            ELSE
174               zdelr(ji,jj) = 0._wp
175            ENDIF
176         END DO
177      END DO
178
179      ! ------------------------------------------------------------- !
180      ! thermocline depth: strongest vertical gradient of temperature !
181      ! turbocline depth (mixing layer depth): avt = zavt5            !
182      ! MLD: rho = rho(1) + zrho3                                     !
183      ! MLD: rho = rho(1) + zrho1                                     !
184      ! ------------------------------------------------------------- !
185      DO jk = jpkm1, 2, -1   ! loop from bottom to 2
186         DO jj = 1, jpj
187            DO ji = 1, jpi
188               !
189               zzdep = gdepw_n(ji,jj,jk)
190               zztmp = ( tsn(ji,jj,jk-1,jp_tem) - tsn(ji,jj,jk,jp_tem) ) / zzdep * tmask(ji,jj,jk)   ! vertical gradient of temperature (dT/dz)
191               zzdep = zzdep * tmask(ji,jj,1)
192
193               IF( zztmp > zmaxdzT(ji,jj) ) THEN                       
194                  zmaxdzT(ji,jj) = zztmp   ;   hth    (ji,jj) = zzdep                ! max and depth of dT/dz
195               ENDIF
196               
197               IF( nla10 > 1 ) THEN
198                  zztmp = rhop(ji,jj,jk) - rhop(ji,jj,1)                             ! delta rho(1)
199                  IF( zztmp > zrho3 )          zrho0_3(ji,jj) = zzdep                ! > 0.03
200                  IF( zztmp > zrho1 )          zrho0_1(ji,jj) = zzdep                ! > 0.01
201               ENDIF
202
203            END DO
204         END DO
205      END DO
206     
207      CALL iom_put( "mlddzt", hth )            ! depth of the thermocline
208      IF( nla10 > 1 ) THEN
209         CALL iom_put( "mldr0_3", zrho0_3 )   ! MLD delta rho(surf) = 0.03
210         CALL iom_put( "mldr0_1", zrho0_1 )   ! MLD delta rho(surf) = 0.01
211      ENDIF
212
213      ! ------------------------------------------------------------- !
214      ! MLD: abs( tn - tn(10m) ) = ztem2                              !
215      ! Top of thermocline: tn = tn(10m) - ztem2                      !
216      ! MLD: rho = rho10m + zrho3                                     !
217      ! pycnocline: rho = rho10m + (dr/dT)(T,S,10m)*(-0.2 degC)       !
218      ! temperature inversion: max( 0, max of tn - tn(10m) )          !
219      ! depth of temperature inversion                                !
220      ! ------------------------------------------------------------- !
221      DO jk = jpkm1, nlb10, -1   ! loop from bottom to nlb10
222         DO jj = 1, jpj
223            DO ji = 1, jpi
224               !
225               zzdep = gdepw_n(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,1)
226               !
227               zztmp = tsn(ji,jj,nla10,jp_tem) - tsn(ji,jj,jk,jp_tem)  ! - delta T(10m)
228               IF( ABS(zztmp) > ztem2 )      zabs2   (ji,jj) = zzdep   ! abs > 0.2
229               IF(     zztmp  > ztem2 )      ztm2    (ji,jj) = zzdep   ! > 0.2
230               zztmp = -zztmp                                          ! delta T(10m)
231               IF( zztmp >  ztinv(ji,jj) ) THEN                        ! temperature inversion
232                  ztinv(ji,jj) = zztmp   ;   zdepinv (ji,jj) = zzdep   ! max value and depth
233               ENDIF
234
235               zztmp = rhop(ji,jj,jk) - rhop(ji,jj,nla10)              ! delta rho(10m)
236               IF( zztmp > zrho3        )    zrho10_3(ji,jj) = zzdep   ! > 0.03
237               IF( zztmp > zdelr(ji,jj) )    zpycn   (ji,jj) = zzdep   ! > equi. delta T(10m) - 0.2
238               !
239            END DO
240         END DO
241      END DO
242
243      CALL iom_put( "mld_dt02", zabs2        )   ! MLD abs(delta t) - 0.2
244      CALL iom_put( "topthdep", ztm2         )   ! T(10) - 0.2
245      CALL iom_put( "mldr10_3", zrho10_3     )   ! MLD delta rho(10m) = 0.03
246      CALL iom_put( "pycndep" , zpycn        )   ! MLD delta rho equi. delta T(10m) = 0.2
247      CALL iom_put( "tinv"    , ztinv        )   ! max. temp. inv. (t10 ref)
248      CALL iom_put( "depti"   , zdepinv      )   ! depth of max. temp. inv. (t10 ref)
249
250
251      ! ----------------------------------- !
252      ! search deepest level above 20C/28C  !
253      ! ----------------------------------- !
254      ik20(:,:) = 1
255      ik28(:,:) = 1
256      DO jk = 1, jpkm1   ! beware temperature is not always decreasing with depth => loop from top to bottom
257         DO jj = 1, jpj
258            DO ji = 1, jpi
259               zztmp = tsn(ji,jj,jk,jp_tem)
260               IF( zztmp >= 20. )   ik20(ji,jj) = jk
261               IF( zztmp >= 28. )   ik28(ji,jj) = jk
262            END DO
263         END DO
264      END DO
265
266      ! --------------------------- !
267      !  Depth of 20C/28C isotherm  !
268      ! --------------------------- !
269      DO jj = 1, jpj
270         DO ji = 1, jpi
271            !
272            zzdep = gdepw_n(ji,jj,mbkt(ji,jj)+1)       ! depth of the oean bottom
273            !
274            iid = ik20(ji,jj)
275            IF( iid /= 1 ) THEN
276               zztmp =      gdept_n(ji,jj,iid  )   &                     ! linear interpolation
277                  &  + (    gdept_n(ji,jj,iid+1) - gdept_n(ji,jj,iid)                       )   &
278                  &  * ( 20.*tmask(ji,jj,iid+1) - tsn(ji,jj,iid,jp_tem)                       )   &
279                  &  / ( tsn(ji,jj,iid+1,jp_tem) - tsn(ji,jj,iid,jp_tem) + (1.-tmask(ji,jj,1)) )
280               hd20(ji,jj) = MIN( zztmp , zzdep) * tmask(ji,jj,1)       ! bound by the ocean depth
281            ELSE
282               hd20(ji,jj) = 0._wp
283            ENDIF
284            !
285            iid = ik28(ji,jj)
286            IF( iid /= 1 ) THEN
287               zztmp =      gdept_n(ji,jj,iid  )   &                     ! linear interpolation
288                  &  + (    gdept_n(ji,jj,iid+1) - gdept_n(ji,jj,iid)                       )   &
289                  &  * ( 28.*tmask(ji,jj,iid+1) -    tsn(ji,jj,iid,jp_tem)                       )   &
290                  &  / (  tsn(ji,jj,iid+1,jp_tem) -    tsn(ji,jj,iid,jp_tem) + (1.-tmask(ji,jj,1)) )
291               hd28(ji,jj) = MIN( zztmp , zzdep ) * tmask(ji,jj,1)      ! bound by the ocean depth
292            ELSE
293               hd28(ji,jj) = 0._wp
294            ENDIF
295
296         END DO
297      END DO
298      CALL iom_put( "20d", hd20 )   ! depth of the 20 isotherm
299      CALL iom_put( "28d", hd28 )   ! depth of the 28 isotherm
300
301      ! ----------------------------- !
302      !  Heat content of first 300 m  !
303      ! ----------------------------- !
304
305      ! find ilevel with (ilevel+1) the deepest W-level above 300m (we assume we can use e3t_1d to do this search...)
306      ilevel   = 0
307      zthick_0 = 0._wp
308      DO jk = 1, jpkm1                     
309         zthick_0 = zthick_0 + e3t_1d(jk)
310         IF( zthick_0 < 300. )   ilevel = jk
311      END DO
312      ! surface boundary condition
313      IF( ln_linssh ) THEN   ;   zthick(:,:) = sshn(:,:)   ;   htc3(:,:) = tsn(:,:,1,jp_tem) * sshn(:,:) * tmask(:,:,1) 
314      ELSE                   ;   zthick(:,:) = 0._wp       ;   htc3(:,:) = 0._wp                                   
315      ENDIF
316      ! integration down to ilevel
317      DO jk = 1, ilevel
318         zthick(:,:) = zthick(:,:) + e3t_n(:,:,jk)
319         htc3  (:,:) = htc3  (:,:) + e3t_n(:,:,jk) * tsn(:,:,jk,jp_tem) * tmask(:,:,jk)
320      END DO
321      ! deepest layer
322      zthick(:,:) = 300. - zthick(:,:)   !   remaining thickness to reach 300m
323      DO jj = 1, jpj
324         DO ji = 1, jpi
325            htc3(ji,jj) = htc3(ji,jj) + tsn(ji,jj,ilevel+1,jp_tem)                  &
326               &                      * MIN( e3t_n(ji,jj,ilevel+1), zthick(ji,jj) ) * tmask(ji,jj,ilevel+1)
327         END DO
328      END DO
329      ! from temperature to heat contain
330      zcoef = rau0 * rcp
331      htc3(:,:) = zcoef * htc3(:,:)
332      CALL iom_put( "hc300", htc3 )      ! first 300m heat content
333      !
334      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('dia_hth')
335      !
336   END SUBROUTINE dia_hth
337
338#else
339   !!----------------------------------------------------------------------
340   !!   Default option :                                       Empty module
341   !!----------------------------------------------------------------------
342   LOGICAL , PUBLIC, PARAMETER ::   lk_diahth = .FALSE.  !: thermocline-20d depths flag
343CONTAINS
344   SUBROUTINE dia_hth( kt )         ! Empty routine
345      IMPLICIT NONE
346      INTEGER, INTENT( in ) :: kt
347      WRITE(*,*) 'dia_hth: You should not have seen this print! error?', kt
348   END SUBROUTINE dia_hth
349#endif
350
351   !!======================================================================
352END MODULE diahth
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.