New URL for NEMO forge!   http://forge.nemo-ocean.eu

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
eosbn2.F90 in NEMO/branches/2019/dev_r11943_MERGE_2019/src/OCE/TRA – NEMO

source: NEMO/branches/2019/dev_r11943_MERGE_2019/src/OCE/TRA/eosbn2.F90 @ 11949

Last change on this file since 11949 was 11949, checked in by acc, 4 years ago

Merge in changes from 2019/dev_r10721_KERNEL-02_Storkey_Coward_IMMERSE_first_steps. This just creates a fresh copy of this branch to use as the merge base. See ticket #2341

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 75.8 KB
Line 
1MODULE eosbn2
2   !!==============================================================================
3   !!                       ***  MODULE  eosbn2  ***
4   !! Equation Of Seawater : in situ density - Brunt-Vaisala frequency
5   !!==============================================================================
6   !! History :  OPA  ! 1989-03  (O. Marti)  Original code
7   !!            6.0  ! 1994-07  (G. Madec, M. Imbard)  add bn2
8   !!            6.0  ! 1994-08  (G. Madec)  Add Jackett & McDougall eos
9   !!            7.0  ! 1996-01  (G. Madec)  statement function for e3
10   !!            8.1  ! 1997-07  (G. Madec)  density instead of volumic mass
11   !!             -   ! 1999-02  (G. Madec, N. Grima) semi-implicit pressure gradient
12   !!            8.2  ! 2001-09  (M. Ben Jelloul)  bugfix on linear eos
13   !!   NEMO     1.0  ! 2002-10  (G. Madec)  add eos_init
14   !!             -   ! 2002-11  (G. Madec, A. Bozec)  partial step, eos_insitu_2d
15   !!             -   ! 2003-08  (G. Madec)  F90, free form
16   !!            3.0  ! 2006-08  (G. Madec)  add tfreez function (now eos_fzp function)
17   !!            3.3  ! 2010-05  (C. Ethe, G. Madec)  merge TRC-TRA
18   !!             -   ! 2010-10  (G. Nurser, G. Madec)  add alpha/beta used in ldfslp
19   !!            3.7  ! 2012-03  (F. Roquet, G. Madec)  add primitive of alpha and beta used in PE computation
20   !!             -   ! 2012-05  (F. Roquet)  add Vallis and original JM95 equation of state
21   !!             -   ! 2013-04  (F. Roquet, G. Madec)  add eos_rab, change bn2 computation and reorganize the module
22   !!             -   ! 2014-09  (F. Roquet)  add TEOS-10, S-EOS, and modify EOS-80
23   !!             -   ! 2015-06  (P.A. Bouttier) eos_fzp functions changed to subroutines for AGRIF
24   !!----------------------------------------------------------------------
25
26   !!----------------------------------------------------------------------
27   !!   eos           : generic interface of the equation of state
28   !!   eos_insitu    : Compute the in situ density
29   !!   eos_insitu_pot: Compute the insitu and surface referenced potential volumic mass
30   !!   eos_insitu_2d : Compute the in situ density for 2d fields
31   !!   bn2           : Compute the Brunt-Vaisala frequency
32   !!   bn2           : compute the Brunt-Vaisala frequency
33   !!   eos_pt_from_ct: compute the potential temperature from the Conservative Temperature
34   !!   eos_rab       : generic interface of in situ thermal/haline expansion ratio
35   !!   eos_rab_3d    : compute in situ thermal/haline expansion ratio
36   !!   eos_rab_2d    : compute in situ thermal/haline expansion ratio for 2d fields
37   !!   eos_fzp_2d    : freezing temperature for 2d fields
38   !!   eos_fzp_0d    : freezing temperature for scalar
39   !!   eos_init      : set eos parameters (namelist)
40   !!----------------------------------------------------------------------
41   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
42   USE phycst         ! physical constants
43   USE stopar         ! Stochastic T/S fluctuations
44   USE stopts         ! Stochastic T/S fluctuations
45   !
46   USE in_out_manager ! I/O manager
47   USE lib_mpp        ! MPP library
48   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
49   USE prtctl         ! Print control
50   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions
51   USE timing         ! Timing
52
53   IMPLICIT NONE
54   PRIVATE
55
56   !                  !! * Interface
57   INTERFACE eos
58      MODULE PROCEDURE eos_insitu, eos_insitu_pot, eos_insitu_2d
59   END INTERFACE
60   !
61   INTERFACE eos_rab
62      MODULE PROCEDURE rab_3d, rab_2d, rab_0d
63   END INTERFACE
64   !
65   INTERFACE eos_fzp 
66      MODULE PROCEDURE eos_fzp_2d, eos_fzp_0d
67   END INTERFACE
68   !
69   PUBLIC   eos            ! called by step, istate, tranpc and zpsgrd modules
70   PUBLIC   bn2            ! called by step module
71   PUBLIC   eos_rab        ! called by ldfslp, zdfddm, trabbl
72   PUBLIC   eos_pt_from_ct ! called by sbcssm
73   PUBLIC   eos_fzp        ! called by traadv_cen2 and sbcice_... modules
74   PUBLIC   eos_pen        ! used for pe diagnostics in trdpen module
75   PUBLIC   eos_init       ! called by istate module
76
77   !                               !!** Namelist nameos **
78   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_TEOS10
79   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_EOS80
80   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_SEOS
81
82   ! Parameters
83   LOGICAL , PUBLIC    ::   l_useCT         ! =T in ln_TEOS10=T (i.e. use eos_pt_from_ct to compute sst_m), =F otherwise
84   INTEGER , PUBLIC    ::   neos            ! Identifier for equation of state used
85
86   INTEGER , PARAMETER ::   np_teos10 = -1  ! parameter for using TEOS10
87   INTEGER , PARAMETER ::   np_eos80  =  0  ! parameter for using EOS80
88   INTEGER , PARAMETER ::   np_seos   = 1   ! parameter for using Simplified Equation of state
89
90   !                               !!!  simplified eos coefficients (default value: Vallis 2006)
91   REAL(wp) ::   rn_a0      = 1.6550e-1_wp     ! thermal expansion coeff.
92   REAL(wp) ::   rn_b0      = 7.6554e-1_wp     ! saline  expansion coeff.
93   REAL(wp) ::   rn_lambda1 = 5.9520e-2_wp     ! cabbeling coeff. in T^2       
94   REAL(wp) ::   rn_lambda2 = 5.4914e-4_wp     ! cabbeling coeff. in S^2       
95   REAL(wp) ::   rn_mu1     = 1.4970e-4_wp     ! thermobaric coeff. in T 
96   REAL(wp) ::   rn_mu2     = 1.1090e-5_wp     ! thermobaric coeff. in S 
97   REAL(wp) ::   rn_nu      = 2.4341e-3_wp     ! cabbeling coeff. in theta*salt 
98   
99   ! TEOS10/EOS80 parameters
100   REAL(wp) ::   r1_S0, r1_T0, r1_Z0, rdeltaS
101   
102   ! EOS parameters
103   REAL(wp) ::   EOS000 , EOS100 , EOS200 , EOS300 , EOS400 , EOS500 , EOS600
104   REAL(wp) ::   EOS010 , EOS110 , EOS210 , EOS310 , EOS410 , EOS510
105   REAL(wp) ::   EOS020 , EOS120 , EOS220 , EOS320 , EOS420
106   REAL(wp) ::   EOS030 , EOS130 , EOS230 , EOS330
107   REAL(wp) ::   EOS040 , EOS140 , EOS240
108   REAL(wp) ::   EOS050 , EOS150
109   REAL(wp) ::   EOS060
110   REAL(wp) ::   EOS001 , EOS101 , EOS201 , EOS301 , EOS401
111   REAL(wp) ::   EOS011 , EOS111 , EOS211 , EOS311
112   REAL(wp) ::   EOS021 , EOS121 , EOS221
113   REAL(wp) ::   EOS031 , EOS131
114   REAL(wp) ::   EOS041
115   REAL(wp) ::   EOS002 , EOS102 , EOS202
116   REAL(wp) ::   EOS012 , EOS112
117   REAL(wp) ::   EOS022
118   REAL(wp) ::   EOS003 , EOS103
119   REAL(wp) ::   EOS013 
120   
121   ! ALPHA parameters
122   REAL(wp) ::   ALP000 , ALP100 , ALP200 , ALP300 , ALP400 , ALP500
123   REAL(wp) ::   ALP010 , ALP110 , ALP210 , ALP310 , ALP410
124   REAL(wp) ::   ALP020 , ALP120 , ALP220 , ALP320
125   REAL(wp) ::   ALP030 , ALP130 , ALP230
126   REAL(wp) ::   ALP040 , ALP140
127   REAL(wp) ::   ALP050
128   REAL(wp) ::   ALP001 , ALP101 , ALP201 , ALP301
129   REAL(wp) ::   ALP011 , ALP111 , ALP211
130   REAL(wp) ::   ALP021 , ALP121
131   REAL(wp) ::   ALP031
132   REAL(wp) ::   ALP002 , ALP102
133   REAL(wp) ::   ALP012
134   REAL(wp) ::   ALP003
135   
136   ! BETA parameters
137   REAL(wp) ::   BET000 , BET100 , BET200 , BET300 , BET400 , BET500
138   REAL(wp) ::   BET010 , BET110 , BET210 , BET310 , BET410
139   REAL(wp) ::   BET020 , BET120 , BET220 , BET320
140   REAL(wp) ::   BET030 , BET130 , BET230
141   REAL(wp) ::   BET040 , BET140
142   REAL(wp) ::   BET050
143   REAL(wp) ::   BET001 , BET101 , BET201 , BET301
144   REAL(wp) ::   BET011 , BET111 , BET211
145   REAL(wp) ::   BET021 , BET121
146   REAL(wp) ::   BET031
147   REAL(wp) ::   BET002 , BET102
148   REAL(wp) ::   BET012
149   REAL(wp) ::   BET003
150
151   ! PEN parameters
152   REAL(wp) ::   PEN000 , PEN100 , PEN200 , PEN300 , PEN400
153   REAL(wp) ::   PEN010 , PEN110 , PEN210 , PEN310
154   REAL(wp) ::   PEN020 , PEN120 , PEN220
155   REAL(wp) ::   PEN030 , PEN130
156   REAL(wp) ::   PEN040
157   REAL(wp) ::   PEN001 , PEN101 , PEN201
158   REAL(wp) ::   PEN011 , PEN111
159   REAL(wp) ::   PEN021
160   REAL(wp) ::   PEN002 , PEN102
161   REAL(wp) ::   PEN012
162   
163   ! ALPHA_PEN parameters
164   REAL(wp) ::   APE000 , APE100 , APE200 , APE300
165   REAL(wp) ::   APE010 , APE110 , APE210
166   REAL(wp) ::   APE020 , APE120
167   REAL(wp) ::   APE030
168   REAL(wp) ::   APE001 , APE101
169   REAL(wp) ::   APE011
170   REAL(wp) ::   APE002
171
172   ! BETA_PEN parameters
173   REAL(wp) ::   BPE000 , BPE100 , BPE200 , BPE300
174   REAL(wp) ::   BPE010 , BPE110 , BPE210
175   REAL(wp) ::   BPE020 , BPE120
176   REAL(wp) ::   BPE030
177   REAL(wp) ::   BPE001 , BPE101
178   REAL(wp) ::   BPE011
179   REAL(wp) ::   BPE002
180
181   !! * Substitutions
182#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
183   !!----------------------------------------------------------------------
184   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
185   !! $Id$
186   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
187   !!----------------------------------------------------------------------
188CONTAINS
189
190   SUBROUTINE eos_insitu( pts, prd, pdep )
191      !!----------------------------------------------------------------------
192      !!                   ***  ROUTINE eos_insitu  ***
193      !!
194      !! ** Purpose :   Compute the in situ density (ratio rho/rau0) from
195      !!       potential temperature and salinity using an equation of state
196      !!       selected in the nameos namelist
197      !!
198      !! ** Method  :   prd(t,s,z) = ( rho(t,s,z) - rau0 ) / rau0
199      !!         with   prd    in situ density anomaly      no units
200      !!                t      TEOS10: CT or EOS80: PT      Celsius
201      !!                s      TEOS10: SA or EOS80: SP      TEOS10: g/kg or EOS80: psu
202      !!                z      depth                        meters
203      !!                rho    in situ density              kg/m^3
204      !!                rau0   reference density            kg/m^3
205      !!
206      !!     ln_teos10 : polynomial TEOS-10 equation of state is used for rho(t,s,z).
207      !!         Check value: rho = 1028.21993233072 kg/m^3 for z=3000 dbar, ct=3 Celsius, sa=35.5 g/kg
208      !!
209      !!     ln_eos80 : polynomial EOS-80 equation of state is used for rho(t,s,z).
210      !!         Check value: rho = 1028.35011066567 kg/m^3 for z=3000 dbar, pt=3 Celsius, sp=35.5 psu
211      !!
212      !!     ln_seos : simplified equation of state
213      !!              prd(t,s,z) = ( -a0*(1+lambda/2*(T-T0)+mu*z+nu*(S-S0))*(T-T0) + b0*(S-S0) ) / rau0
214      !!              linear case function of T only: rn_alpha<>0, other coefficients = 0
215      !!              linear eos function of T and S: rn_alpha and rn_beta<>0, other coefficients=0
216      !!              Vallis like equation: use default values of coefficients
217      !!
218      !! ** Action  :   compute prd , the in situ density (no units)
219      !!
220      !! References :   Roquet et al, Ocean Modelling, in preparation (2014)
221      !!                Vallis, Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics, 2006
222      !!                TEOS-10 Manual, 2010
223      !!----------------------------------------------------------------------
224      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts), INTENT(in   ) ::   pts   ! 1 : potential temperature  [Celsius]
225      !                                                               ! 2 : salinity               [psu]
226      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk     ), INTENT(  out) ::   prd   ! in situ density            [-]
227      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk     ), INTENT(in   ) ::   pdep  ! depth                      [m]
228      !
229      INTEGER  ::   ji, jj, jk                ! dummy loop indices
230      REAL(wp) ::   zt , zh , zs , ztm        ! local scalars
231      REAL(wp) ::   zn , zn0, zn1, zn2, zn3   !   -      -
232      !!----------------------------------------------------------------------
233      !
234      IF( ln_timing )   CALL timing_start('eos-insitu')
235      !
236      SELECT CASE( neos )
237      !
238      CASE( np_teos10, np_eos80 )                !==  polynomial TEOS-10 / EOS-80 ==!
239         !
240         DO jk = 1, jpkm1
241            DO jj = 1, jpj
242               DO ji = 1, jpi
243                  !
244                  zh  = pdep(ji,jj,jk) * r1_Z0                                  ! depth
245                  zt  = pts (ji,jj,jk,jp_tem) * r1_T0                           ! temperature
246                  zs  = SQRT( ABS( pts(ji,jj,jk,jp_sal) + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
247                  ztm = tmask(ji,jj,jk)                                         ! tmask
248                  !
249                  zn3 = EOS013*zt   &
250                     &   + EOS103*zs+EOS003
251                     !
252                  zn2 = (EOS022*zt   &
253                     &   + EOS112*zs+EOS012)*zt   &
254                     &   + (EOS202*zs+EOS102)*zs+EOS002
255                     !
256                  zn1 = (((EOS041*zt   &
257                     &   + EOS131*zs+EOS031)*zt   &
258                     &   + (EOS221*zs+EOS121)*zs+EOS021)*zt   &
259                     &   + ((EOS311*zs+EOS211)*zs+EOS111)*zs+EOS011)*zt   &
260                     &   + (((EOS401*zs+EOS301)*zs+EOS201)*zs+EOS101)*zs+EOS001
261                     !
262                  zn0 = (((((EOS060*zt   &
263                     &   + EOS150*zs+EOS050)*zt   &
264                     &   + (EOS240*zs+EOS140)*zs+EOS040)*zt   &
265                     &   + ((EOS330*zs+EOS230)*zs+EOS130)*zs+EOS030)*zt   &
266                     &   + (((EOS420*zs+EOS320)*zs+EOS220)*zs+EOS120)*zs+EOS020)*zt   &
267                     &   + ((((EOS510*zs+EOS410)*zs+EOS310)*zs+EOS210)*zs+EOS110)*zs+EOS010)*zt   &
268                     &   + (((((EOS600*zs+EOS500)*zs+EOS400)*zs+EOS300)*zs+EOS200)*zs+EOS100)*zs+EOS000
269                     !
270                  zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
271                  !
272                  prd(ji,jj,jk) = (  zn * r1_rau0 - 1._wp  ) * ztm  ! density anomaly (masked)
273                  !
274               END DO
275            END DO
276         END DO
277         !
278      CASE( np_seos )                !==  simplified EOS  ==!
279         !
280         DO jk = 1, jpkm1
281            DO jj = 1, jpj
282               DO ji = 1, jpi
283                  zt  = pts  (ji,jj,jk,jp_tem) - 10._wp
284                  zs  = pts  (ji,jj,jk,jp_sal) - 35._wp
285                  zh  = pdep (ji,jj,jk)
286                  ztm = tmask(ji,jj,jk)
287                  !
288                  zn =  - rn_a0 * ( 1._wp + 0.5_wp*rn_lambda1*zt + rn_mu1*zh ) * zt   &
289                     &  + rn_b0 * ( 1._wp - 0.5_wp*rn_lambda2*zs - rn_mu2*zh ) * zs   &
290                     &  - rn_nu * zt * zs
291                     !                                 
292                  prd(ji,jj,jk) = zn * r1_rau0 * ztm                ! density anomaly (masked)
293               END DO
294            END DO
295         END DO
296         !
297      END SELECT
298      !
299      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=prd, clinfo1=' eos-insitu  : ', kdim=jpk )
300      !
301      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('eos-insitu')
302      !
303   END SUBROUTINE eos_insitu
304
305
306   SUBROUTINE eos_insitu_pot( pts, prd, prhop, pdep )
307      !!----------------------------------------------------------------------
308      !!                  ***  ROUTINE eos_insitu_pot  ***
309      !!
310      !! ** Purpose :   Compute the in situ density (ratio rho/rau0) and the
311      !!      potential volumic mass (Kg/m3) from potential temperature and
312      !!      salinity fields using an equation of state selected in the
313      !!     namelist.
314      !!
315      !! ** Action  : - prd  , the in situ density (no units)
316      !!              - prhop, the potential volumic mass (Kg/m3)
317      !!
318      !!----------------------------------------------------------------------
319      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts), INTENT(in   ) ::   pts    ! 1 : potential temperature  [Celsius]
320      !                                                                ! 2 : salinity               [psu]
321      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk     ), INTENT(  out) ::   prd    ! in situ density            [-]
322      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk     ), INTENT(  out) ::   prhop  ! potential density (surface referenced)
323      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk     ), INTENT(in   ) ::   pdep   ! depth                      [m]
324      !
325      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jsmp             ! dummy loop indices
326      INTEGER  ::   jdof
327      REAL(wp) ::   zt , zh , zstemp, zs , ztm   ! local scalars
328      REAL(wp) ::   zn , zn0, zn1, zn2, zn3      !   -      -
329      REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: zn0_sto, zn_sto, zsign    ! local vectors
330      !!----------------------------------------------------------------------
331      !
332      IF( ln_timing )   CALL timing_start('eos-pot')
333      !
334      SELECT CASE ( neos )
335      !
336      CASE( np_teos10, np_eos80 )                !==  polynomial TEOS-10 / EOS-80 ==!
337         !
338         ! Stochastic equation of state
339         IF ( ln_sto_eos ) THEN
340            ALLOCATE(zn0_sto(1:2*nn_sto_eos))
341            ALLOCATE(zn_sto(1:2*nn_sto_eos))
342            ALLOCATE(zsign(1:2*nn_sto_eos))
343            DO jsmp = 1, 2*nn_sto_eos, 2
344              zsign(jsmp)   = 1._wp
345              zsign(jsmp+1) = -1._wp
346            END DO
347            !
348            DO jk = 1, jpkm1
349               DO jj = 1, jpj
350                  DO ji = 1, jpi
351                     !
352                     ! compute density (2*nn_sto_eos) times:
353                     ! (1) for t+dt, s+ds (with the random TS fluctutation computed in sto_pts)
354                     ! (2) for t-dt, s-ds (with the opposite fluctuation)
355                     DO jsmp = 1, nn_sto_eos*2
356                        jdof   = (jsmp + 1) / 2
357                        zh     = pdep(ji,jj,jk) * r1_Z0                                  ! depth
358                        zt     = (pts (ji,jj,jk,jp_tem) + pts_ran(ji,jj,jk,jp_tem,jdof) * zsign(jsmp)) * r1_T0    ! temperature
359                        zstemp = pts  (ji,jj,jk,jp_sal) + pts_ran(ji,jj,jk,jp_sal,jdof) * zsign(jsmp)
360                        zs     = SQRT( ABS( zstemp + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
361                        ztm    = tmask(ji,jj,jk)                                         ! tmask
362                        !
363                        zn3 = EOS013*zt   &
364                           &   + EOS103*zs+EOS003
365                           !
366                        zn2 = (EOS022*zt   &
367                           &   + EOS112*zs+EOS012)*zt   &
368                           &   + (EOS202*zs+EOS102)*zs+EOS002
369                           !
370                        zn1 = (((EOS041*zt   &
371                           &   + EOS131*zs+EOS031)*zt   &
372                           &   + (EOS221*zs+EOS121)*zs+EOS021)*zt   &
373                           &   + ((EOS311*zs+EOS211)*zs+EOS111)*zs+EOS011)*zt   &
374                           &   + (((EOS401*zs+EOS301)*zs+EOS201)*zs+EOS101)*zs+EOS001
375                           !
376                        zn0_sto(jsmp) = (((((EOS060*zt   &
377                           &   + EOS150*zs+EOS050)*zt   &
378                           &   + (EOS240*zs+EOS140)*zs+EOS040)*zt   &
379                           &   + ((EOS330*zs+EOS230)*zs+EOS130)*zs+EOS030)*zt   &
380                           &   + (((EOS420*zs+EOS320)*zs+EOS220)*zs+EOS120)*zs+EOS020)*zt   &
381                           &   + ((((EOS510*zs+EOS410)*zs+EOS310)*zs+EOS210)*zs+EOS110)*zs+EOS010)*zt   &
382                           &   + (((((EOS600*zs+EOS500)*zs+EOS400)*zs+EOS300)*zs+EOS200)*zs+EOS100)*zs+EOS000
383                           !
384                        zn_sto(jsmp)  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0_sto(jsmp)
385                     END DO
386                     !
387                     ! compute stochastic density as the mean of the (2*nn_sto_eos) densities
388                     prhop(ji,jj,jk) = 0._wp ; prd(ji,jj,jk) = 0._wp
389                     DO jsmp = 1, nn_sto_eos*2
390                        prhop(ji,jj,jk) = prhop(ji,jj,jk) + zn0_sto(jsmp)                      ! potential density referenced at the surface
391                        !
392                        prd(ji,jj,jk) = prd(ji,jj,jk) + (  zn_sto(jsmp) * r1_rau0 - 1._wp  )   ! density anomaly (masked)
393                     END DO
394                     prhop(ji,jj,jk) = 0.5_wp * prhop(ji,jj,jk) * ztm / nn_sto_eos
395                     prd  (ji,jj,jk) = 0.5_wp * prd  (ji,jj,jk) * ztm / nn_sto_eos
396                  END DO
397               END DO
398            END DO
399            DEALLOCATE(zn0_sto,zn_sto,zsign)
400         ! Non-stochastic equation of state
401         ELSE
402            DO jk = 1, jpkm1
403               DO jj = 1, jpj
404                  DO ji = 1, jpi
405                     !
406                     zh  = pdep(ji,jj,jk) * r1_Z0                                  ! depth
407                     zt  = pts (ji,jj,jk,jp_tem) * r1_T0                           ! temperature
408                     zs  = SQRT( ABS( pts(ji,jj,jk,jp_sal) + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
409                     ztm = tmask(ji,jj,jk)                                         ! tmask
410                     !
411                     zn3 = EOS013*zt   &
412                        &   + EOS103*zs+EOS003
413                        !
414                     zn2 = (EOS022*zt   &
415                        &   + EOS112*zs+EOS012)*zt   &
416                        &   + (EOS202*zs+EOS102)*zs+EOS002
417                        !
418                     zn1 = (((EOS041*zt   &
419                        &   + EOS131*zs+EOS031)*zt   &
420                        &   + (EOS221*zs+EOS121)*zs+EOS021)*zt   &
421                        &   + ((EOS311*zs+EOS211)*zs+EOS111)*zs+EOS011)*zt   &
422                        &   + (((EOS401*zs+EOS301)*zs+EOS201)*zs+EOS101)*zs+EOS001
423                        !
424                     zn0 = (((((EOS060*zt   &
425                        &   + EOS150*zs+EOS050)*zt   &
426                        &   + (EOS240*zs+EOS140)*zs+EOS040)*zt   &
427                        &   + ((EOS330*zs+EOS230)*zs+EOS130)*zs+EOS030)*zt   &
428                        &   + (((EOS420*zs+EOS320)*zs+EOS220)*zs+EOS120)*zs+EOS020)*zt   &
429                        &   + ((((EOS510*zs+EOS410)*zs+EOS310)*zs+EOS210)*zs+EOS110)*zs+EOS010)*zt   &
430                        &   + (((((EOS600*zs+EOS500)*zs+EOS400)*zs+EOS300)*zs+EOS200)*zs+EOS100)*zs+EOS000
431                        !
432                     zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
433                     !
434                     prhop(ji,jj,jk) = zn0 * ztm                           ! potential density referenced at the surface
435                     !
436                     prd(ji,jj,jk) = (  zn * r1_rau0 - 1._wp  ) * ztm      ! density anomaly (masked)
437                  END DO
438               END DO
439            END DO
440         ENDIF
441         
442      CASE( np_seos )                !==  simplified EOS  ==!
443         !
444         DO jk = 1, jpkm1
445            DO jj = 1, jpj
446               DO ji = 1, jpi
447                  zt  = pts  (ji,jj,jk,jp_tem) - 10._wp
448                  zs  = pts  (ji,jj,jk,jp_sal) - 35._wp
449                  zh  = pdep (ji,jj,jk)
450                  ztm = tmask(ji,jj,jk)
451                  !                                                     ! potential density referenced at the surface
452                  zn =  - rn_a0 * ( 1._wp + 0.5_wp*rn_lambda1*zt ) * zt   &
453                     &  + rn_b0 * ( 1._wp - 0.5_wp*rn_lambda2*zs ) * zs   &
454                     &  - rn_nu * zt * zs
455                  prhop(ji,jj,jk) = ( rau0 + zn ) * ztm
456                  !                                                     ! density anomaly (masked)
457                  zn = zn - ( rn_a0 * rn_mu1 * zt + rn_b0 * rn_mu2 * zs ) * zh
458                  prd(ji,jj,jk) = zn * r1_rau0 * ztm
459                  !
460               END DO
461            END DO
462         END DO
463         !
464      END SELECT
465      !
466      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=prd, clinfo1=' eos-pot: ', tab3d_2=prhop, clinfo2=' pot : ', kdim=jpk )
467      !
468      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('eos-pot')
469      !
470   END SUBROUTINE eos_insitu_pot
471
472
473   SUBROUTINE eos_insitu_2d( pts, pdep, prd )
474      !!----------------------------------------------------------------------
475      !!                  ***  ROUTINE eos_insitu_2d  ***
476      !!
477      !! ** Purpose :   Compute the in situ density (ratio rho/rau0) from
478      !!      potential temperature and salinity using an equation of state
479      !!      selected in the nameos namelist. * 2D field case
480      !!
481      !! ** Action  : - prd , the in situ density (no units) (unmasked)
482      !!
483      !!----------------------------------------------------------------------
484      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpts), INTENT(in   ) ::   pts   ! 1 : potential temperature  [Celsius]
485      !                                                           ! 2 : salinity               [psu]
486      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     , INTENT(in   ) ::   pdep  ! depth                      [m]
487      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     , INTENT(  out) ::   prd   ! in situ density
488      !
489      INTEGER  ::   ji, jj, jk                ! dummy loop indices
490      REAL(wp) ::   zt , zh , zs              ! local scalars
491      REAL(wp) ::   zn , zn0, zn1, zn2, zn3   !   -      -
492      !!----------------------------------------------------------------------
493      !
494      IF( ln_timing )   CALL timing_start('eos2d')
495      !
496      prd(:,:) = 0._wp
497      !
498      SELECT CASE( neos )
499      !
500      CASE( np_teos10, np_eos80 )                !==  polynomial TEOS-10 / EOS-80 ==!
501         !
502         DO jj = 1, jpjm1
503            DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
504               !
505               zh  = pdep(ji,jj) * r1_Z0                                  ! depth
506               zt  = pts (ji,jj,jp_tem) * r1_T0                           ! temperature
507               zs  = SQRT( ABS( pts(ji,jj,jp_sal) + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
508               !
509               zn3 = EOS013*zt   &
510                  &   + EOS103*zs+EOS003
511                  !
512               zn2 = (EOS022*zt   &
513                  &   + EOS112*zs+EOS012)*zt   &
514                  &   + (EOS202*zs+EOS102)*zs+EOS002
515                  !
516               zn1 = (((EOS041*zt   &
517                  &   + EOS131*zs+EOS031)*zt   &
518                  &   + (EOS221*zs+EOS121)*zs+EOS021)*zt   &
519                  &   + ((EOS311*zs+EOS211)*zs+EOS111)*zs+EOS011)*zt   &
520                  &   + (((EOS401*zs+EOS301)*zs+EOS201)*zs+EOS101)*zs+EOS001
521                  !
522               zn0 = (((((EOS060*zt   &
523                  &   + EOS150*zs+EOS050)*zt   &
524                  &   + (EOS240*zs+EOS140)*zs+EOS040)*zt   &
525                  &   + ((EOS330*zs+EOS230)*zs+EOS130)*zs+EOS030)*zt   &
526                  &   + (((EOS420*zs+EOS320)*zs+EOS220)*zs+EOS120)*zs+EOS020)*zt   &
527                  &   + ((((EOS510*zs+EOS410)*zs+EOS310)*zs+EOS210)*zs+EOS110)*zs+EOS010)*zt   &
528                  &   + (((((EOS600*zs+EOS500)*zs+EOS400)*zs+EOS300)*zs+EOS200)*zs+EOS100)*zs+EOS000
529                  !
530               zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
531               !
532               prd(ji,jj) = zn * r1_rau0 - 1._wp               ! unmasked in situ density anomaly
533               !
534            END DO
535         END DO
536         !
537         CALL lbc_lnk( 'eosbn2', prd, 'T', 1. )                    ! Lateral boundary conditions
538         !
539      CASE( np_seos )                !==  simplified EOS  ==!
540         !
541         DO jj = 1, jpjm1
542            DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
543               !
544               zt    = pts  (ji,jj,jp_tem)  - 10._wp
545               zs    = pts  (ji,jj,jp_sal)  - 35._wp
546               zh    = pdep (ji,jj)                         ! depth at the partial step level
547               !
548               zn =  - rn_a0 * ( 1._wp + 0.5_wp*rn_lambda1*zt + rn_mu1*zh ) * zt   &
549                  &  + rn_b0 * ( 1._wp - 0.5_wp*rn_lambda2*zs - rn_mu2*zh ) * zs   &
550                  &  - rn_nu * zt * zs
551                  !
552               prd(ji,jj) = zn * r1_rau0               ! unmasked in situ density anomaly
553               !
554            END DO
555         END DO
556         !
557         CALL lbc_lnk( 'eosbn2', prd, 'T', 1. )                    ! Lateral boundary conditions
558         !
559      END SELECT
560      !
561      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab2d_1=prd, clinfo1=' eos2d: ' )
562      !
563      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('eos2d')
564      !
565   END SUBROUTINE eos_insitu_2d
566
567
568   SUBROUTINE rab_3d( pts, pab, Kmm )
569      !!----------------------------------------------------------------------
570      !!                 ***  ROUTINE rab_3d  ***
571      !!
572      !! ** Purpose :   Calculates thermal/haline expansion ratio at T-points
573      !!
574      !! ** Method  :   calculates alpha / beta at T-points
575      !!
576      !! ** Action  : - pab     : thermal/haline expansion ratio at T-points
577      !!----------------------------------------------------------------------
578      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   Kmm   ! time level index
579      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts), INTENT(in   ) ::   pts   ! pot. temperature & salinity
580      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts), INTENT(  out) ::   pab   ! thermal/haline expansion ratio
581      !
582      INTEGER  ::   ji, jj, jk                ! dummy loop indices
583      REAL(wp) ::   zt , zh , zs , ztm        ! local scalars
584      REAL(wp) ::   zn , zn0, zn1, zn2, zn3   !   -      -
585      !!----------------------------------------------------------------------
586      !
587      IF( ln_timing )   CALL timing_start('rab_3d')
588      !
589      SELECT CASE ( neos )
590      !
591      CASE( np_teos10, np_eos80 )                !==  polynomial TEOS-10 / EOS-80 ==!
592         !
593         DO jk = 1, jpkm1
594            DO jj = 1, jpj
595               DO ji = 1, jpi
596                  !
597                  zh  = gdept(ji,jj,jk,Kmm) * r1_Z0                                ! depth
598                  zt  = pts (ji,jj,jk,jp_tem) * r1_T0                           ! temperature
599                  zs  = SQRT( ABS( pts(ji,jj,jk,jp_sal) + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
600                  ztm = tmask(ji,jj,jk)                                         ! tmask
601                  !
602                  ! alpha
603                  zn3 = ALP003
604                  !
605                  zn2 = ALP012*zt + ALP102*zs+ALP002
606                  !
607                  zn1 = ((ALP031*zt   &
608                     &   + ALP121*zs+ALP021)*zt   &
609                     &   + (ALP211*zs+ALP111)*zs+ALP011)*zt   &
610                     &   + ((ALP301*zs+ALP201)*zs+ALP101)*zs+ALP001
611                     !
612                  zn0 = ((((ALP050*zt   &
613                     &   + ALP140*zs+ALP040)*zt   &
614                     &   + (ALP230*zs+ALP130)*zs+ALP030)*zt   &
615                     &   + ((ALP320*zs+ALP220)*zs+ALP120)*zs+ALP020)*zt   &
616                     &   + (((ALP410*zs+ALP310)*zs+ALP210)*zs+ALP110)*zs+ALP010)*zt   &
617                     &   + ((((ALP500*zs+ALP400)*zs+ALP300)*zs+ALP200)*zs+ALP100)*zs+ALP000
618                     !
619                  zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
620                  !
621                  pab(ji,jj,jk,jp_tem) = zn * r1_rau0 * ztm
622                  !
623                  ! beta
624                  zn3 = BET003
625                  !
626                  zn2 = BET012*zt + BET102*zs+BET002
627                  !
628                  zn1 = ((BET031*zt   &
629                     &   + BET121*zs+BET021)*zt   &
630                     &   + (BET211*zs+BET111)*zs+BET011)*zt   &
631                     &   + ((BET301*zs+BET201)*zs+BET101)*zs+BET001
632                     !
633                  zn0 = ((((BET050*zt   &
634                     &   + BET140*zs+BET040)*zt   &
635                     &   + (BET230*zs+BET130)*zs+BET030)*zt   &
636                     &   + ((BET320*zs+BET220)*zs+BET120)*zs+BET020)*zt   &
637                     &   + (((BET410*zs+BET310)*zs+BET210)*zs+BET110)*zs+BET010)*zt   &
638                     &   + ((((BET500*zs+BET400)*zs+BET300)*zs+BET200)*zs+BET100)*zs+BET000
639                     !
640                  zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
641                  !
642                  pab(ji,jj,jk,jp_sal) = zn / zs * r1_rau0 * ztm
643                  !
644               END DO
645            END DO
646         END DO
647         !
648      CASE( np_seos )                  !==  simplified EOS  ==!
649         !
650         DO jk = 1, jpkm1
651            DO jj = 1, jpj
652               DO ji = 1, jpi
653                  zt  = pts (ji,jj,jk,jp_tem) - 10._wp   ! pot. temperature anomaly (t-T0)
654                  zs  = pts (ji,jj,jk,jp_sal) - 35._wp   ! abs. salinity anomaly (s-S0)
655                  zh  = gdept(ji,jj,jk,Kmm)                ! depth in meters at t-point
656                  ztm = tmask(ji,jj,jk)                  ! land/sea bottom mask = surf. mask
657                  !
658                  zn  = rn_a0 * ( 1._wp + rn_lambda1*zt + rn_mu1*zh ) + rn_nu*zs
659                  pab(ji,jj,jk,jp_tem) = zn * r1_rau0 * ztm   ! alpha
660                  !
661                  zn  = rn_b0 * ( 1._wp - rn_lambda2*zs - rn_mu2*zh ) - rn_nu*zt
662                  pab(ji,jj,jk,jp_sal) = zn * r1_rau0 * ztm   ! beta
663                  !
664               END DO
665            END DO
666         END DO
667         !
668      CASE DEFAULT
669         WRITE(ctmp1,*) '          bad flag value for neos = ', neos
670         CALL ctl_stop( 'rab_3d:', ctmp1 )
671         !
672      END SELECT
673      !
674      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=pab(:,:,:,jp_tem), clinfo1=' rab_3d_t: ', &
675         &                       tab3d_2=pab(:,:,:,jp_sal), clinfo2=' rab_3d_s : ', kdim=jpk )
676      !
677      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('rab_3d')
678      !
679   END SUBROUTINE rab_3d
680
681
682   SUBROUTINE rab_2d( pts, pdep, pab, Kmm )
683      !!----------------------------------------------------------------------
684      !!                 ***  ROUTINE rab_2d  ***
685      !!
686      !! ** Purpose :   Calculates thermal/haline expansion ratio for a 2d field (unmasked)
687      !!
688      !! ** Action  : - pab     : thermal/haline expansion ratio at T-points
689      !!----------------------------------------------------------------------
690      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   Kmm   ! time level index
691      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpts)    , INTENT(in   ) ::   pts    ! pot. temperature & salinity
692      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)         , INTENT(in   ) ::   pdep   ! depth                  [m]
693      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpts)    , INTENT(  out) ::   pab    ! thermal/haline expansion ratio
694      !
695      INTEGER  ::   ji, jj, jk                ! dummy loop indices
696      REAL(wp) ::   zt , zh , zs              ! local scalars
697      REAL(wp) ::   zn , zn0, zn1, zn2, zn3   !   -      -
698      !!----------------------------------------------------------------------
699      !
700      IF( ln_timing )   CALL timing_start('rab_2d')
701      !
702      pab(:,:,:) = 0._wp
703      !
704      SELECT CASE ( neos )
705      !
706      CASE( np_teos10, np_eos80 )                !==  polynomial TEOS-10 / EOS-80 ==!
707         !
708         DO jj = 1, jpjm1
709            DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
710               !
711               zh  = pdep(ji,jj) * r1_Z0                                  ! depth
712               zt  = pts (ji,jj,jp_tem) * r1_T0                           ! temperature
713               zs  = SQRT( ABS( pts(ji,jj,jp_sal) + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
714               !
715               ! alpha
716               zn3 = ALP003
717               !
718               zn2 = ALP012*zt + ALP102*zs+ALP002
719               !
720               zn1 = ((ALP031*zt   &
721                  &   + ALP121*zs+ALP021)*zt   &
722                  &   + (ALP211*zs+ALP111)*zs+ALP011)*zt   &
723                  &   + ((ALP301*zs+ALP201)*zs+ALP101)*zs+ALP001
724                  !
725               zn0 = ((((ALP050*zt   &
726                  &   + ALP140*zs+ALP040)*zt   &
727                  &   + (ALP230*zs+ALP130)*zs+ALP030)*zt   &
728                  &   + ((ALP320*zs+ALP220)*zs+ALP120)*zs+ALP020)*zt   &
729                  &   + (((ALP410*zs+ALP310)*zs+ALP210)*zs+ALP110)*zs+ALP010)*zt   &
730                  &   + ((((ALP500*zs+ALP400)*zs+ALP300)*zs+ALP200)*zs+ALP100)*zs+ALP000
731                  !
732               zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
733               !
734               pab(ji,jj,jp_tem) = zn * r1_rau0
735               !
736               ! beta
737               zn3 = BET003
738               !
739               zn2 = BET012*zt + BET102*zs+BET002
740               !
741               zn1 = ((BET031*zt   &
742                  &   + BET121*zs+BET021)*zt   &
743                  &   + (BET211*zs+BET111)*zs+BET011)*zt   &
744                  &   + ((BET301*zs+BET201)*zs+BET101)*zs+BET001
745                  !
746               zn0 = ((((BET050*zt   &
747                  &   + BET140*zs+BET040)*zt   &
748                  &   + (BET230*zs+BET130)*zs+BET030)*zt   &
749                  &   + ((BET320*zs+BET220)*zs+BET120)*zs+BET020)*zt   &
750                  &   + (((BET410*zs+BET310)*zs+BET210)*zs+BET110)*zs+BET010)*zt   &
751                  &   + ((((BET500*zs+BET400)*zs+BET300)*zs+BET200)*zs+BET100)*zs+BET000
752                  !
753               zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
754               !
755               pab(ji,jj,jp_sal) = zn / zs * r1_rau0
756               !
757               !
758            END DO
759         END DO
760         !                            ! Lateral boundary conditions
761         CALL lbc_lnk_multi( 'eosbn2', pab(:,:,jp_tem), 'T', 1. , pab(:,:,jp_sal), 'T', 1. )                   
762         !
763      CASE( np_seos )                  !==  simplified EOS  ==!
764         !
765         DO jj = 1, jpjm1
766            DO ji = 1, fs_jpim1   ! vector opt.
767               !
768               zt    = pts  (ji,jj,jp_tem) - 10._wp   ! pot. temperature anomaly (t-T0)
769               zs    = pts  (ji,jj,jp_sal) - 35._wp   ! abs. salinity anomaly (s-S0)
770               zh    = pdep (ji,jj)                   ! depth at the partial step level
771               !
772               zn  = rn_a0 * ( 1._wp + rn_lambda1*zt + rn_mu1*zh ) + rn_nu*zs
773               pab(ji,jj,jp_tem) = zn * r1_rau0   ! alpha
774               !
775               zn  = rn_b0 * ( 1._wp - rn_lambda2*zs - rn_mu2*zh ) - rn_nu*zt
776               pab(ji,jj,jp_sal) = zn * r1_rau0   ! beta
777               !
778            END DO
779         END DO
780         !                            ! Lateral boundary conditions
781         CALL lbc_lnk_multi( 'eosbn2', pab(:,:,jp_tem), 'T', 1. , pab(:,:,jp_sal), 'T', 1. )                   
782         !
783      CASE DEFAULT
784         WRITE(ctmp1,*) '          bad flag value for neos = ', neos
785         CALL ctl_stop( 'rab_2d:', ctmp1 )
786         !
787      END SELECT
788      !
789      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab2d_1=pab(:,:,jp_tem), clinfo1=' rab_2d_t: ', &
790         &                       tab2d_2=pab(:,:,jp_sal), clinfo2=' rab_2d_s : ' )
791      !
792      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('rab_2d')
793      !
794   END SUBROUTINE rab_2d
795
796
797   SUBROUTINE rab_0d( pts, pdep, pab, Kmm )
798      !!----------------------------------------------------------------------
799      !!                 ***  ROUTINE rab_0d  ***
800      !!
801      !! ** Purpose :   Calculates thermal/haline expansion ratio for a 2d field (unmasked)
802      !!
803      !! ** Action  : - pab     : thermal/haline expansion ratio at T-points
804      !!----------------------------------------------------------------------
805      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   Kmm   ! time level index
806      REAL(wp), DIMENSION(jpts)    , INTENT(in   ) ::   pts    ! pot. temperature & salinity
807      REAL(wp),                      INTENT(in   ) ::   pdep   ! depth                  [m]
808      REAL(wp), DIMENSION(jpts)    , INTENT(  out) ::   pab    ! thermal/haline expansion ratio
809      !
810      REAL(wp) ::   zt , zh , zs              ! local scalars
811      REAL(wp) ::   zn , zn0, zn1, zn2, zn3   !   -      -
812      !!----------------------------------------------------------------------
813      !
814      IF( ln_timing )   CALL timing_start('rab_0d')
815      !
816      pab(:) = 0._wp
817      !
818      SELECT CASE ( neos )
819      !
820      CASE( np_teos10, np_eos80 )      !==  polynomial TEOS-10 / EOS-80 ==!
821         !
822         !
823         zh  = pdep * r1_Z0                                  ! depth
824         zt  = pts (jp_tem) * r1_T0                           ! temperature
825         zs  = SQRT( ABS( pts(jp_sal) + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
826         !
827         ! alpha
828         zn3 = ALP003
829         !
830         zn2 = ALP012*zt + ALP102*zs+ALP002
831         !
832         zn1 = ((ALP031*zt   &
833            &   + ALP121*zs+ALP021)*zt   &
834            &   + (ALP211*zs+ALP111)*zs+ALP011)*zt   &
835            &   + ((ALP301*zs+ALP201)*zs+ALP101)*zs+ALP001
836            !
837         zn0 = ((((ALP050*zt   &
838            &   + ALP140*zs+ALP040)*zt   &
839            &   + (ALP230*zs+ALP130)*zs+ALP030)*zt   &
840            &   + ((ALP320*zs+ALP220)*zs+ALP120)*zs+ALP020)*zt   &
841            &   + (((ALP410*zs+ALP310)*zs+ALP210)*zs+ALP110)*zs+ALP010)*zt   &
842            &   + ((((ALP500*zs+ALP400)*zs+ALP300)*zs+ALP200)*zs+ALP100)*zs+ALP000
843            !
844         zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
845         !
846         pab(jp_tem) = zn * r1_rau0
847         !
848         ! beta
849         zn3 = BET003
850         !
851         zn2 = BET012*zt + BET102*zs+BET002
852         !
853         zn1 = ((BET031*zt   &
854            &   + BET121*zs+BET021)*zt   &
855            &   + (BET211*zs+BET111)*zs+BET011)*zt   &
856            &   + ((BET301*zs+BET201)*zs+BET101)*zs+BET001
857            !
858         zn0 = ((((BET050*zt   &
859            &   + BET140*zs+BET040)*zt   &
860            &   + (BET230*zs+BET130)*zs+BET030)*zt   &
861            &   + ((BET320*zs+BET220)*zs+BET120)*zs+BET020)*zt   &
862            &   + (((BET410*zs+BET310)*zs+BET210)*zs+BET110)*zs+BET010)*zt   &
863            &   + ((((BET500*zs+BET400)*zs+BET300)*zs+BET200)*zs+BET100)*zs+BET000
864            !
865         zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
866         !
867         pab(jp_sal) = zn / zs * r1_rau0
868         !
869         !
870         !
871      CASE( np_seos )                  !==  simplified EOS  ==!
872         !
873         zt    = pts(jp_tem) - 10._wp   ! pot. temperature anomaly (t-T0)
874         zs    = pts(jp_sal) - 35._wp   ! abs. salinity anomaly (s-S0)
875         zh    = pdep                   ! depth at the partial step level
876         !
877         zn  = rn_a0 * ( 1._wp + rn_lambda1*zt + rn_mu1*zh ) + rn_nu*zs
878         pab(jp_tem) = zn * r1_rau0   ! alpha
879         !
880         zn  = rn_b0 * ( 1._wp - rn_lambda2*zs - rn_mu2*zh ) - rn_nu*zt
881         pab(jp_sal) = zn * r1_rau0   ! beta
882         !
883      CASE DEFAULT
884         WRITE(ctmp1,*) '          bad flag value for neos = ', neos
885         CALL ctl_stop( 'rab_0d:', ctmp1 )
886         !
887      END SELECT
888      !
889      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('rab_0d')
890      !
891   END SUBROUTINE rab_0d
892
893
894   SUBROUTINE bn2( pts, pab, pn2, Kmm )
895      !!----------------------------------------------------------------------
896      !!                  ***  ROUTINE bn2  ***
897      !!
898      !! ** Purpose :   Compute the local Brunt-Vaisala frequency at the
899      !!                time-step of the input arguments
900      !!
901      !! ** Method  :   pn2 = grav * (alpha dk[T] + beta dk[S] ) / e3w
902      !!      where alpha and beta are given in pab, and computed on T-points.
903      !!      N.B. N^2 is set one for all to zero at jk=1 in istate module.
904      !!
905      !! ** Action  :   pn2 : square of the brunt-vaisala frequency at w-point
906      !!
907      !!----------------------------------------------------------------------
908      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   Kmm   ! time level index
909      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts), INTENT(in   ) ::  pts   ! pot. temperature and salinity   [Celsius,psu]
910      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts), INTENT(in   ) ::  pab   ! thermal/haline expansion coef.  [Celsius-1,psu-1]
911      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk     ), INTENT(  out) ::  pn2   ! Brunt-Vaisala frequency squared [1/s^2]
912      !
913      INTEGER  ::   ji, jj, jk      ! dummy loop indices
914      REAL(wp) ::   zaw, zbw, zrw   ! local scalars
915      !!----------------------------------------------------------------------
916      !
917      IF( ln_timing )   CALL timing_start('bn2')
918      !
919      DO jk = 2, jpkm1           ! interior points only (2=< jk =< jpkm1 )
920         DO jj = 1, jpj          ! surface and bottom value set to zero one for all in istate.F90
921            DO ji = 1, jpi
922               zrw =   ( gdepw(ji,jj,jk  ,Kmm) - gdept(ji,jj,jk,Kmm) )   &
923                  &  / ( gdept(ji,jj,jk-1,Kmm) - gdept(ji,jj,jk,Kmm) ) 
924                  !
925               zaw = pab(ji,jj,jk,jp_tem) * (1. - zrw) + pab(ji,jj,jk-1,jp_tem) * zrw 
926               zbw = pab(ji,jj,jk,jp_sal) * (1. - zrw) + pab(ji,jj,jk-1,jp_sal) * zrw
927               !
928               pn2(ji,jj,jk) = grav * (  zaw * ( pts(ji,jj,jk-1,jp_tem) - pts(ji,jj,jk,jp_tem) )     &
929                  &                    - zbw * ( pts(ji,jj,jk-1,jp_sal) - pts(ji,jj,jk,jp_sal) )  )  &
930                  &            / e3w(ji,jj,jk,Kmm) * wmask(ji,jj,jk)
931            END DO
932         END DO
933      END DO
934      !
935      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=pn2, clinfo1=' bn2  : ', kdim=jpk )
936      !
937      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('bn2')
938      !
939   END SUBROUTINE bn2
940
941
942   FUNCTION eos_pt_from_ct( ctmp, psal ) RESULT( ptmp )
943      !!----------------------------------------------------------------------
944      !!                 ***  ROUTINE eos_pt_from_ct  ***
945      !!
946      !! ** Purpose :   Compute pot.temp. from cons. temp. [Celsius]
947      !!
948      !! ** Method  :   rational approximation (5/3th order) of TEOS-10 algorithm
949      !!       checkvalue: pt=20.02391895 Celsius for sa=35.7g/kg, ct=20degC
950      !!
951      !! Reference  :   TEOS-10, UNESCO
952      !!                Rational approximation to TEOS10 algorithm (rms error on WOA13 values: 4.0e-5 degC)
953      !!----------------------------------------------------------------------
954      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in   ) ::   ctmp   ! Cons. Temp   [Celsius]
955      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in   ) ::   psal   ! salinity     [psu]
956      ! Leave result array automatic rather than making explicitly allocated
957      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   ptmp   ! potential temperature [Celsius]
958      !
959      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
960      REAL(wp) ::   zt , zs , ztm        ! local scalars
961      REAL(wp) ::   zn , zd              ! local scalars
962      REAL(wp) ::   zdeltaS , z1_S0 , z1_T0
963      !!----------------------------------------------------------------------
964      !
965      IF( ln_timing )   CALL timing_start('eos_pt_from_ct')
966      !
967      zdeltaS = 5._wp
968      z1_S0   = 0.875_wp/35.16504_wp
969      z1_T0   = 1._wp/40._wp
970      !
971      DO jj = 1, jpj
972         DO ji = 1, jpi
973            !
974            zt  = ctmp   (ji,jj) * z1_T0
975            zs  = SQRT( ABS( psal(ji,jj) + zdeltaS ) * r1_S0 )
976            ztm = tmask(ji,jj,1)
977            !
978            zn = ((((-2.1385727895e-01_wp*zt   &
979               &   - 2.7674419971e-01_wp*zs+1.0728094330_wp)*zt   &
980               &   + (2.6366564313_wp*zs+3.3546960647_wp)*zs-7.8012209473_wp)*zt   &
981               &   + ((1.8835586562_wp*zs+7.3949191679_wp)*zs-3.3937395875_wp)*zs-5.6414948432_wp)*zt   &
982               &   + (((3.5737370589_wp*zs-1.5512427389e+01_wp)*zs+2.4625741105e+01_wp)*zs   &
983               &      +1.9912291000e+01_wp)*zs-3.2191146312e+01_wp)*zt   &
984               &   + ((((5.7153204649e-01_wp*zs-3.0943149543_wp)*zs+9.3052495181_wp)*zs   &
985               &      -9.4528934807_wp)*zs+3.1066408996_wp)*zs-4.3504021262e-01_wp
986               !
987            zd = (2.0035003456_wp*zt   &
988               &   -3.4570358592e-01_wp*zs+5.6471810638_wp)*zt   &
989               &   + (1.5393993508_wp*zs-6.9394762624_wp)*zs+1.2750522650e+01_wp
990               !
991            ptmp(ji,jj) = ( zt / z1_T0 + zn / zd ) * ztm
992               !
993         END DO
994      END DO
995      !
996      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('eos_pt_from_ct')
997      !
998   END FUNCTION eos_pt_from_ct
999
1000
1001   SUBROUTINE  eos_fzp_2d( psal, ptf, pdep )
1002      !!----------------------------------------------------------------------
1003      !!                 ***  ROUTINE eos_fzp  ***
1004      !!
1005      !! ** Purpose :   Compute the freezing point temperature [Celsius]
1006      !!
1007      !! ** Method  :   UNESCO freezing point (ptf) in Celsius is given by
1008      !!       ptf(t,z) = (-.0575+1.710523e-3*sqrt(abs(s))-2.154996e-4*s)*s - 7.53e-4*z
1009      !!       checkvalue: tf=-2.588567 Celsius for s=40psu, z=500m
1010      !!
1011      !! Reference  :   UNESCO tech. papers in the marine science no. 28. 1978
1012      !!----------------------------------------------------------------------
1013      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in   )           ::   psal   ! salinity   [psu]
1014      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in   ), OPTIONAL ::   pdep   ! depth      [m]
1015      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(out  )           ::   ptf    ! freezing temperature [Celsius]
1016      !
1017      INTEGER  ::   ji, jj          ! dummy loop indices
1018      REAL(wp) ::   zt, zs, z1_S0   ! local scalars
1019      !!----------------------------------------------------------------------
1020      !
1021      SELECT CASE ( neos )
1022      !
1023      CASE ( np_teos10, np_seos )      !==  CT,SA (TEOS-10 and S-EOS formulations) ==!
1024         !
1025         z1_S0 = 1._wp / 35.16504_wp
1026         DO jj = 1, jpj
1027            DO ji = 1, jpi
1028               zs= SQRT( ABS( psal(ji,jj) ) * z1_S0 )           ! square root salinity
1029               ptf(ji,jj) = ((((1.46873e-03_wp*zs-9.64972e-03_wp)*zs+2.28348e-02_wp)*zs &
1030                  &          - 3.12775e-02_wp)*zs+2.07679e-02_wp)*zs-5.87701e-02_wp
1031            END DO
1032         END DO
1033         ptf(:,:) = ptf(:,:) * psal(:,:)
1034         !
1035         IF( PRESENT( pdep ) )   ptf(:,:) = ptf(:,:) - 7.53e-4 * pdep(:,:)
1036         !
1037      CASE ( np_eos80 )                !==  PT,SP (UNESCO formulation)  ==!
1038         !
1039         ptf(:,:) = ( - 0.0575_wp + 1.710523e-3_wp * SQRT( psal(:,:) )   &
1040            &                     - 2.154996e-4_wp *       psal(:,:)   ) * psal(:,:)
1041            !
1042         IF( PRESENT( pdep ) )   ptf(:,:) = ptf(:,:) - 7.53e-4 * pdep(:,:)
1043         !
1044      CASE DEFAULT
1045         WRITE(ctmp1,*) '          bad flag value for neos = ', neos
1046         CALL ctl_stop( 'eos_fzp_2d:', ctmp1 )
1047         !
1048      END SELECT     
1049      !
1050  END SUBROUTINE eos_fzp_2d
1051
1052
1053  SUBROUTINE eos_fzp_0d( psal, ptf, pdep )
1054      !!----------------------------------------------------------------------
1055      !!                 ***  ROUTINE eos_fzp  ***
1056      !!
1057      !! ** Purpose :   Compute the freezing point temperature [Celsius]
1058      !!
1059      !! ** Method  :   UNESCO freezing point (ptf) in Celsius is given by
1060      !!       ptf(t,z) = (-.0575+1.710523e-3*sqrt(abs(s))-2.154996e-4*s)*s - 7.53e-4*z
1061      !!       checkvalue: tf=-2.588567 Celsius for s=40psu, z=500m
1062      !!
1063      !! Reference  :   UNESCO tech. papers in the marine science no. 28. 1978
1064      !!----------------------------------------------------------------------
1065      REAL(wp), INTENT(in )           ::   psal         ! salinity   [psu]
1066      REAL(wp), INTENT(in ), OPTIONAL ::   pdep         ! depth      [m]
1067      REAL(wp), INTENT(out)           ::   ptf          ! freezing temperature [Celsius]
1068      !
1069      REAL(wp) :: zs   ! local scalars
1070      !!----------------------------------------------------------------------
1071      !
1072      SELECT CASE ( neos )
1073      !
1074      CASE ( np_teos10, np_seos )      !==  CT,SA (TEOS-10 and S-EOS formulations) ==!
1075         !
1076         zs  = SQRT( ABS( psal ) / 35.16504_wp )           ! square root salinity
1077         ptf = ((((1.46873e-03_wp*zs-9.64972e-03_wp)*zs+2.28348e-02_wp)*zs &
1078                  &          - 3.12775e-02_wp)*zs+2.07679e-02_wp)*zs-5.87701e-02_wp
1079         ptf = ptf * psal
1080         !
1081         IF( PRESENT( pdep ) )   ptf = ptf - 7.53e-4 * pdep
1082         !
1083      CASE ( np_eos80 )                !==  PT,SP (UNESCO formulation)  ==!
1084         !
1085         ptf = ( - 0.0575_wp + 1.710523e-3_wp * SQRT( psal )   &
1086            &                - 2.154996e-4_wp *       psal   ) * psal
1087            !
1088         IF( PRESENT( pdep ) )   ptf = ptf - 7.53e-4 * pdep
1089         !
1090      CASE DEFAULT
1091         WRITE(ctmp1,*) '          bad flag value for neos = ', neos
1092         CALL ctl_stop( 'eos_fzp_0d:', ctmp1 )
1093         !
1094      END SELECT
1095      !
1096   END SUBROUTINE eos_fzp_0d
1097
1098
1099   SUBROUTINE eos_pen( pts, pab_pe, ppen, Kmm )
1100      !!----------------------------------------------------------------------
1101      !!                 ***  ROUTINE eos_pen  ***
1102      !!
1103      !! ** Purpose :   Calculates nonlinear anomalies of alpha_PE, beta_PE and PE at T-points
1104      !!
1105      !! ** Method  :   PE is defined analytically as the vertical
1106      !!                   primitive of EOS times -g integrated between 0 and z>0.
1107      !!                pen is the nonlinear bsq-PE anomaly: pen = ( PE - rau0 gz ) / rau0 gz - rd
1108      !!                                                      = 1/z * /int_0^z rd dz - rd
1109      !!                                where rd is the density anomaly (see eos_rhd function)
1110      !!                ab_pe are partial derivatives of PE anomaly with respect to T and S:
1111      !!                    ab_pe(1) = - 1/(rau0 gz) * dPE/dT + drd/dT = - d(pen)/dT
1112      !!                    ab_pe(2) =   1/(rau0 gz) * dPE/dS + drd/dS =   d(pen)/dS
1113      !!
1114      !! ** Action  : - pen         : PE anomaly given at T-points
1115      !!            : - pab_pe  : given at T-points
1116      !!                    pab_pe(:,:,:,jp_tem) is alpha_pe
1117      !!                    pab_pe(:,:,:,jp_sal) is beta_pe
1118      !!----------------------------------------------------------------------
1119      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   Kmm   ! time level index
1120      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts), INTENT(in   ) ::   pts     ! pot. temperature & salinity
1121      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts), INTENT(  out) ::   pab_pe  ! alpha_pe and beta_pe
1122      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk)     , INTENT(  out) ::   ppen     ! potential energy anomaly
1123      !
1124      INTEGER  ::   ji, jj, jk                ! dummy loop indices
1125      REAL(wp) ::   zt , zh , zs , ztm        ! local scalars
1126      REAL(wp) ::   zn , zn0, zn1, zn2        !   -      -
1127      !!----------------------------------------------------------------------
1128      !
1129      IF( ln_timing )   CALL timing_start('eos_pen')
1130      !
1131      SELECT CASE ( neos )
1132      !
1133      CASE( np_teos10, np_eos80 )                !==  polynomial TEOS-10 / EOS-80 ==!
1134         !
1135         DO jk = 1, jpkm1
1136            DO jj = 1, jpj
1137               DO ji = 1, jpi
1138                  !
1139                  zh  = gdept(ji,jj,jk,Kmm) * r1_Z0                                ! depth
1140                  zt  = pts (ji,jj,jk,jp_tem) * r1_T0                           ! temperature
1141                  zs  = SQRT( ABS( pts(ji,jj,jk,jp_sal) + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
1142                  ztm = tmask(ji,jj,jk)                                         ! tmask
1143                  !
1144                  ! potential energy non-linear anomaly
1145                  zn2 = (PEN012)*zt   &
1146                     &   + PEN102*zs+PEN002
1147                     !
1148                  zn1 = ((PEN021)*zt   &
1149                     &   + PEN111*zs+PEN011)*zt   &
1150                     &   + (PEN201*zs+PEN101)*zs+PEN001
1151                     !
1152                  zn0 = ((((PEN040)*zt   &
1153                     &   + PEN130*zs+PEN030)*zt   &
1154                     &   + (PEN220*zs+PEN120)*zs+PEN020)*zt   &
1155                     &   + ((PEN310*zs+PEN210)*zs+PEN110)*zs+PEN010)*zt   &
1156                     &   + (((PEN400*zs+PEN300)*zs+PEN200)*zs+PEN100)*zs+PEN000
1157                     !
1158                  zn  = ( zn2 * zh + zn1 ) * zh + zn0
1159                  !
1160                  ppen(ji,jj,jk)  = zn * zh * r1_rau0 * ztm
1161                  !
1162                  ! alphaPE non-linear anomaly
1163                  zn2 = APE002
1164                  !
1165                  zn1 = (APE011)*zt   &
1166                     &   + APE101*zs+APE001
1167                     !
1168                  zn0 = (((APE030)*zt   &
1169                     &   + APE120*zs+APE020)*zt   &
1170                     &   + (APE210*zs+APE110)*zs+APE010)*zt   &
1171                     &   + ((APE300*zs+APE200)*zs+APE100)*zs+APE000
1172                     !
1173                  zn  = ( zn2 * zh + zn1 ) * zh + zn0
1174                  !                             
1175                  pab_pe(ji,jj,jk,jp_tem) = zn * zh * r1_rau0 * ztm
1176                  !
1177                  ! betaPE non-linear anomaly
1178                  zn2 = BPE002
1179                  !
1180                  zn1 = (BPE011)*zt   &
1181                     &   + BPE101*zs+BPE001
1182                     !
1183                  zn0 = (((BPE030)*zt   &
1184                     &   + BPE120*zs+BPE020)*zt   &
1185                     &   + (BPE210*zs+BPE110)*zs+BPE010)*zt   &
1186                     &   + ((BPE300*zs+BPE200)*zs+BPE100)*zs+BPE000
1187                     !
1188                  zn  = ( zn2 * zh + zn1 ) * zh + zn0
1189                  !                             
1190                  pab_pe(ji,jj,jk,jp_sal) = zn / zs * zh * r1_rau0 * ztm
1191                  !
1192               END DO
1193            END DO
1194         END DO
1195         !
1196      CASE( np_seos )                !==  Vallis (2006) simplified EOS  ==!
1197         !
1198         DO jk = 1, jpkm1
1199            DO jj = 1, jpj
1200               DO ji = 1, jpi
1201                  zt  = pts(ji,jj,jk,jp_tem) - 10._wp  ! temperature anomaly (t-T0)
1202                  zs = pts (ji,jj,jk,jp_sal) - 35._wp  ! abs. salinity anomaly (s-S0)
1203                  zh  = gdept(ji,jj,jk,Kmm)              ! depth in meters  at t-point
1204                  ztm = tmask(ji,jj,jk)                ! tmask
1205                  zn  = 0.5_wp * zh * r1_rau0 * ztm
1206                  !                                    ! Potential Energy
1207                  ppen(ji,jj,jk) = ( rn_a0 * rn_mu1 * zt + rn_b0 * rn_mu2 * zs ) * zn
1208                  !                                    ! alphaPE
1209                  pab_pe(ji,jj,jk,jp_tem) = - rn_a0 * rn_mu1 * zn
1210                  pab_pe(ji,jj,jk,jp_sal) =   rn_b0 * rn_mu2 * zn
1211                  !
1212               END DO
1213            END DO
1214         END DO
1215         !
1216      CASE DEFAULT
1217         WRITE(ctmp1,*) '          bad flag value for neos = ', neos
1218         CALL ctl_stop( 'eos_pen:', ctmp1 )
1219         !
1220      END SELECT
1221      !
1222      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('eos_pen')
1223      !
1224   END SUBROUTINE eos_pen
1225
1226
1227   SUBROUTINE eos_init
1228      !!----------------------------------------------------------------------
1229      !!                 ***  ROUTINE eos_init  ***
1230      !!
1231      !! ** Purpose :   initializations for the equation of state
1232      !!
1233      !! ** Method  :   Read the namelist nameos and control the parameters
1234      !!----------------------------------------------------------------------
1235      INTEGER  ::   ios   ! local integer
1236      INTEGER  ::   ioptio   ! local integer
1237      !!
1238      NAMELIST/nameos/ ln_TEOS10, ln_EOS80, ln_SEOS, rn_a0, rn_b0, rn_lambda1, rn_mu1,   &
1239         &                                             rn_lambda2, rn_mu2, rn_nu
1240      !!----------------------------------------------------------------------
1241      !
1242      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist nameos in reference namelist : equation of state
1243      READ  ( numnam_ref, nameos, IOSTAT = ios, ERR = 901 )
1244901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'nameos in reference namelist' )
1245      !
1246      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist nameos in configuration namelist : equation of state
1247      READ  ( numnam_cfg, nameos, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
1248902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'nameos in configuration namelist' )
1249      IF(lwm) WRITE( numond, nameos )
1250      !
1251      rau0        = 1026._wp                 !: volumic mass of reference     [kg/m3]
1252      rcp         = 3991.86795711963_wp      !: heat capacity     [J/K]
1253      !
1254      IF(lwp) THEN                ! Control print
1255         WRITE(numout,*)
1256         WRITE(numout,*) 'eos_init : equation of state'
1257         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~'
1258         WRITE(numout,*) '   Namelist nameos : Chosen the Equation Of Seawater (EOS)'
1259         WRITE(numout,*) '      TEOS-10 : rho=F(Conservative Temperature, Absolute  Salinity, depth)   ln_TEOS10 = ', ln_TEOS10
1260         WRITE(numout,*) '      EOS-80  : rho=F(Potential    Temperature, Practical Salinity, depth)   ln_EOS80  = ', ln_EOS80
1261         WRITE(numout,*) '      S-EOS   : rho=F(Conservative Temperature, Absolute  Salinity, depth)   ln_SEOS   = ', ln_SEOS
1262      ENDIF
1263
1264      ! Check options for equation of state & set neos based on logical flags
1265      ioptio = 0
1266      IF( ln_TEOS10 ) THEN   ;   ioptio = ioptio+1   ;   neos = np_teos10   ;   ENDIF
1267      IF( ln_EOS80  ) THEN   ;   ioptio = ioptio+1   ;   neos = np_eos80    ;   ENDIF
1268      IF( ln_SEOS   ) THEN   ;   ioptio = ioptio+1   ;   neos = np_seos     ;   ENDIF
1269      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop("Exactly one equation of state option must be selected")
1270      !
1271      SELECT CASE( neos )         ! check option
1272      !
1273      CASE( np_teos10 )                       !==  polynomial TEOS-10  ==!
1274         IF(lwp) WRITE(numout,*)
1275         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ==>>>   use of TEOS-10 equation of state (cons. temp. and abs. salinity)'
1276         !
1277         l_useCT = .TRUE.                          ! model temperature is Conservative temperature
1278         !
1279         rdeltaS = 32._wp
1280         r1_S0  = 0.875_wp/35.16504_wp
1281         r1_T0  = 1._wp/40._wp
1282         r1_Z0  = 1.e-4_wp
1283         !
1284         EOS000 = 8.0189615746e+02_wp
1285         EOS100 = 8.6672408165e+02_wp
1286         EOS200 = -1.7864682637e+03_wp
1287         EOS300 = 2.0375295546e+03_wp
1288         EOS400 = -1.2849161071e+03_wp
1289         EOS500 = 4.3227585684e+02_wp
1290         EOS600 = -6.0579916612e+01_wp
1291         EOS010 = 2.6010145068e+01_wp
1292         EOS110 = -6.5281885265e+01_wp
1293         EOS210 = 8.1770425108e+01_wp
1294         EOS310 = -5.6888046321e+01_wp
1295         EOS410 = 1.7681814114e+01_wp
1296         EOS510 = -1.9193502195_wp
1297         EOS020 = -3.7074170417e+01_wp
1298         EOS120 = 6.1548258127e+01_wp
1299         EOS220 = -6.0362551501e+01_wp
1300         EOS320 = 2.9130021253e+01_wp
1301         EOS420 = -5.4723692739_wp
1302         EOS030 = 2.1661789529e+01_wp
1303         EOS130 = -3.3449108469e+01_wp
1304         EOS230 = 1.9717078466e+01_wp
1305         EOS330 = -3.1742946532_wp
1306         EOS040 = -8.3627885467_wp
1307         EOS140 = 1.1311538584e+01_wp
1308         EOS240 = -5.3563304045_wp
1309         EOS050 = 5.4048723791e-01_wp
1310         EOS150 = 4.8169980163e-01_wp
1311         EOS060 = -1.9083568888e-01_wp
1312         EOS001 = 1.9681925209e+01_wp
1313         EOS101 = -4.2549998214e+01_wp
1314         EOS201 = 5.0774768218e+01_wp
1315         EOS301 = -3.0938076334e+01_wp
1316         EOS401 = 6.6051753097_wp
1317         EOS011 = -1.3336301113e+01_wp
1318         EOS111 = -4.4870114575_wp
1319         EOS211 = 5.0042598061_wp
1320         EOS311 = -6.5399043664e-01_wp
1321         EOS021 = 6.7080479603_wp
1322         EOS121 = 3.5063081279_wp
1323         EOS221 = -1.8795372996_wp
1324         EOS031 = -2.4649669534_wp
1325         EOS131 = -5.5077101279e-01_wp
1326         EOS041 = 5.5927935970e-01_wp
1327         EOS002 = 2.0660924175_wp
1328         EOS102 = -4.9527603989_wp
1329         EOS202 = 2.5019633244_wp
1330         EOS012 = 2.0564311499_wp
1331         EOS112 = -2.1311365518e-01_wp
1332         EOS022 = -1.2419983026_wp
1333         EOS003 = -2.3342758797e-02_wp
1334         EOS103 = -1.8507636718e-02_wp
1335         EOS013 = 3.7969820455e-01_wp
1336         !
1337         ALP000 = -6.5025362670e-01_wp
1338         ALP100 = 1.6320471316_wp
1339         ALP200 = -2.0442606277_wp
1340         ALP300 = 1.4222011580_wp
1341         ALP400 = -4.4204535284e-01_wp
1342         ALP500 = 4.7983755487e-02_wp
1343         ALP010 = 1.8537085209_wp
1344         ALP110 = -3.0774129064_wp
1345         ALP210 = 3.0181275751_wp
1346         ALP310 = -1.4565010626_wp
1347         ALP410 = 2.7361846370e-01_wp
1348         ALP020 = -1.6246342147_wp
1349         ALP120 = 2.5086831352_wp
1350         ALP220 = -1.4787808849_wp
1351         ALP320 = 2.3807209899e-01_wp
1352         ALP030 = 8.3627885467e-01_wp
1353         ALP130 = -1.1311538584_wp
1354         ALP230 = 5.3563304045e-01_wp
1355         ALP040 = -6.7560904739e-02_wp
1356         ALP140 = -6.0212475204e-02_wp
1357         ALP050 = 2.8625353333e-02_wp
1358         ALP001 = 3.3340752782e-01_wp
1359         ALP101 = 1.1217528644e-01_wp
1360         ALP201 = -1.2510649515e-01_wp
1361         ALP301 = 1.6349760916e-02_wp
1362         ALP011 = -3.3540239802e-01_wp
1363         ALP111 = -1.7531540640e-01_wp
1364         ALP211 = 9.3976864981e-02_wp
1365         ALP021 = 1.8487252150e-01_wp
1366         ALP121 = 4.1307825959e-02_wp
1367         ALP031 = -5.5927935970e-02_wp
1368         ALP002 = -5.1410778748e-02_wp
1369         ALP102 = 5.3278413794e-03_wp
1370         ALP012 = 6.2099915132e-02_wp
1371         ALP003 = -9.4924551138e-03_wp
1372         !
1373         BET000 = 1.0783203594e+01_wp
1374         BET100 = -4.4452095908e+01_wp
1375         BET200 = 7.6048755820e+01_wp
1376         BET300 = -6.3944280668e+01_wp
1377         BET400 = 2.6890441098e+01_wp
1378         BET500 = -4.5221697773_wp
1379         BET010 = -8.1219372432e-01_wp
1380         BET110 = 2.0346663041_wp
1381         BET210 = -2.1232895170_wp
1382         BET310 = 8.7994140485e-01_wp
1383         BET410 = -1.1939638360e-01_wp
1384         BET020 = 7.6574242289e-01_wp
1385         BET120 = -1.5019813020_wp
1386         BET220 = 1.0872489522_wp
1387         BET320 = -2.7233429080e-01_wp
1388         BET030 = -4.1615152308e-01_wp
1389         BET130 = 4.9061350869e-01_wp
1390         BET230 = -1.1847737788e-01_wp
1391         BET040 = 1.4073062708e-01_wp
1392         BET140 = -1.3327978879e-01_wp
1393         BET050 = 5.9929880134e-03_wp
1394         BET001 = -5.2937873009e-01_wp
1395         BET101 = 1.2634116779_wp
1396         BET201 = -1.1547328025_wp
1397         BET301 = 3.2870876279e-01_wp
1398         BET011 = -5.5824407214e-02_wp
1399         BET111 = 1.2451933313e-01_wp
1400         BET211 = -2.4409539932e-02_wp
1401         BET021 = 4.3623149752e-02_wp
1402         BET121 = -4.6767901790e-02_wp
1403         BET031 = -6.8523260060e-03_wp
1404         BET002 = -6.1618945251e-02_wp
1405         BET102 = 6.2255521644e-02_wp
1406         BET012 = -2.6514181169e-03_wp
1407         BET003 = -2.3025968587e-04_wp
1408         !
1409         PEN000 = -9.8409626043_wp
1410         PEN100 = 2.1274999107e+01_wp
1411         PEN200 = -2.5387384109e+01_wp
1412         PEN300 = 1.5469038167e+01_wp
1413         PEN400 = -3.3025876549_wp
1414         PEN010 = 6.6681505563_wp
1415         PEN110 = 2.2435057288_wp
1416         PEN210 = -2.5021299030_wp
1417         PEN310 = 3.2699521832e-01_wp
1418         PEN020 = -3.3540239802_wp
1419         PEN120 = -1.7531540640_wp
1420         PEN220 = 9.3976864981e-01_wp
1421         PEN030 = 1.2324834767_wp
1422         PEN130 = 2.7538550639e-01_wp
1423         PEN040 = -2.7963967985e-01_wp
1424         PEN001 = -1.3773949450_wp
1425         PEN101 = 3.3018402659_wp
1426         PEN201 = -1.6679755496_wp
1427         PEN011 = -1.3709540999_wp
1428         PEN111 = 1.4207577012e-01_wp
1429         PEN021 = 8.2799886843e-01_wp
1430         PEN002 = 1.7507069098e-02_wp
1431         PEN102 = 1.3880727538e-02_wp
1432         PEN012 = -2.8477365341e-01_wp
1433         !
1434         APE000 = -1.6670376391e-01_wp
1435         APE100 = -5.6087643219e-02_wp
1436         APE200 = 6.2553247576e-02_wp
1437         APE300 = -8.1748804580e-03_wp
1438         APE010 = 1.6770119901e-01_wp
1439         APE110 = 8.7657703198e-02_wp
1440         APE210 = -4.6988432490e-02_wp
1441         APE020 = -9.2436260751e-02_wp
1442         APE120 = -2.0653912979e-02_wp
1443         APE030 = 2.7963967985e-02_wp
1444         APE001 = 3.4273852498e-02_wp
1445         APE101 = -3.5518942529e-03_wp
1446         APE011 = -4.1399943421e-02_wp
1447         APE002 = 7.1193413354e-03_wp
1448         !
1449         BPE000 = 2.6468936504e-01_wp
1450         BPE100 = -6.3170583896e-01_wp
1451         BPE200 = 5.7736640125e-01_wp
1452         BPE300 = -1.6435438140e-01_wp
1453         BPE010 = 2.7912203607e-02_wp
1454         BPE110 = -6.2259666565e-02_wp
1455         BPE210 = 1.2204769966e-02_wp
1456         BPE020 = -2.1811574876e-02_wp
1457         BPE120 = 2.3383950895e-02_wp
1458         BPE030 = 3.4261630030e-03_wp
1459         BPE001 = 4.1079296834e-02_wp
1460         BPE101 = -4.1503681096e-02_wp
1461         BPE011 = 1.7676120780e-03_wp
1462         BPE002 = 1.7269476440e-04_wp
1463         !
1464      CASE( np_eos80 )                        !==  polynomial EOS-80 formulation  ==!
1465         !
1466         IF(lwp) WRITE(numout,*)
1467         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ==>>>   use of EOS-80 equation of state (pot. temp. and pract. salinity)'
1468         !
1469         l_useCT = .FALSE.                         ! model temperature is Potential temperature
1470         rdeltaS = 20._wp
1471         r1_S0  = 1._wp/40._wp
1472         r1_T0  = 1._wp/40._wp
1473         r1_Z0  = 1.e-4_wp
1474         !
1475         EOS000 = 9.5356891948e+02_wp
1476         EOS100 = 1.7136499189e+02_wp
1477         EOS200 = -3.7501039454e+02_wp
1478         EOS300 = 5.1856810420e+02_wp
1479         EOS400 = -3.7264470465e+02_wp
1480         EOS500 = 1.4302533998e+02_wp
1481         EOS600 = -2.2856621162e+01_wp
1482         EOS010 = 1.0087518651e+01_wp
1483         EOS110 = -1.3647741861e+01_wp
1484         EOS210 = 8.8478359933_wp
1485         EOS310 = -7.2329388377_wp
1486         EOS410 = 1.4774410611_wp
1487         EOS510 = 2.0036720553e-01_wp
1488         EOS020 = -2.5579830599e+01_wp
1489         EOS120 = 2.4043512327e+01_wp
1490         EOS220 = -1.6807503990e+01_wp
1491         EOS320 = 8.3811577084_wp
1492         EOS420 = -1.9771060192_wp
1493         EOS030 = 1.6846451198e+01_wp
1494         EOS130 = -2.1482926901e+01_wp
1495         EOS230 = 1.0108954054e+01_wp
1496         EOS330 = -6.2675951440e-01_wp
1497         EOS040 = -8.0812310102_wp
1498         EOS140 = 1.0102374985e+01_wp
1499         EOS240 = -4.8340368631_wp
1500         EOS050 = 1.2079167803_wp
1501         EOS150 = 1.1515380987e-01_wp
1502         EOS060 = -2.4520288837e-01_wp
1503         EOS001 = 1.0748601068e+01_wp
1504         EOS101 = -1.7817043500e+01_wp
1505         EOS201 = 2.2181366768e+01_wp
1506         EOS301 = -1.6750916338e+01_wp
1507         EOS401 = 4.1202230403_wp
1508         EOS011 = -1.5852644587e+01_wp
1509         EOS111 = -7.6639383522e-01_wp
1510         EOS211 = 4.1144627302_wp
1511         EOS311 = -6.6955877448e-01_wp
1512         EOS021 = 9.9994861860_wp
1513         EOS121 = -1.9467067787e-01_wp
1514         EOS221 = -1.2177554330_wp
1515         EOS031 = -3.4866102017_wp
1516         EOS131 = 2.2229155620e-01_wp
1517         EOS041 = 5.9503008642e-01_wp
1518         EOS002 = 1.0375676547_wp
1519         EOS102 = -3.4249470629_wp
1520         EOS202 = 2.0542026429_wp
1521         EOS012 = 2.1836324814_wp
1522         EOS112 = -3.4453674320e-01_wp
1523         EOS022 = -1.2548163097_wp
1524         EOS003 = 1.8729078427e-02_wp
1525         EOS103 = -5.7238495240e-02_wp
1526         EOS013 = 3.8306136687e-01_wp
1527         !
1528         ALP000 = -2.5218796628e-01_wp
1529         ALP100 = 3.4119354654e-01_wp
1530         ALP200 = -2.2119589983e-01_wp
1531         ALP300 = 1.8082347094e-01_wp
1532         ALP400 = -3.6936026529e-02_wp
1533         ALP500 = -5.0091801383e-03_wp
1534         ALP010 = 1.2789915300_wp
1535         ALP110 = -1.2021756164_wp
1536         ALP210 = 8.4037519952e-01_wp
1537         ALP310 = -4.1905788542e-01_wp
1538         ALP410 = 9.8855300959e-02_wp
1539         ALP020 = -1.2634838399_wp
1540         ALP120 = 1.6112195176_wp
1541         ALP220 = -7.5817155402e-01_wp
1542         ALP320 = 4.7006963580e-02_wp
1543         ALP030 = 8.0812310102e-01_wp
1544         ALP130 = -1.0102374985_wp
1545         ALP230 = 4.8340368631e-01_wp
1546         ALP040 = -1.5098959754e-01_wp
1547         ALP140 = -1.4394226233e-02_wp
1548         ALP050 = 3.6780433255e-02_wp
1549         ALP001 = 3.9631611467e-01_wp
1550         ALP101 = 1.9159845880e-02_wp
1551         ALP201 = -1.0286156825e-01_wp
1552         ALP301 = 1.6738969362e-02_wp
1553         ALP011 = -4.9997430930e-01_wp
1554         ALP111 = 9.7335338937e-03_wp
1555         ALP211 = 6.0887771651e-02_wp
1556         ALP021 = 2.6149576513e-01_wp
1557         ALP121 = -1.6671866715e-02_wp
1558         ALP031 = -5.9503008642e-02_wp
1559         ALP002 = -5.4590812035e-02_wp
1560         ALP102 = 8.6134185799e-03_wp
1561         ALP012 = 6.2740815484e-02_wp
1562         ALP003 = -9.5765341718e-03_wp
1563         !
1564         BET000 = 2.1420623987_wp
1565         BET100 = -9.3752598635_wp
1566         BET200 = 1.9446303907e+01_wp
1567         BET300 = -1.8632235232e+01_wp
1568         BET400 = 8.9390837485_wp
1569         BET500 = -1.7142465871_wp
1570         BET010 = -1.7059677327e-01_wp
1571         BET110 = 2.2119589983e-01_wp
1572         BET210 = -2.7123520642e-01_wp
1573         BET310 = 7.3872053057e-02_wp
1574         BET410 = 1.2522950346e-02_wp
1575         BET020 = 3.0054390409e-01_wp
1576         BET120 = -4.2018759976e-01_wp
1577         BET220 = 3.1429341406e-01_wp
1578         BET320 = -9.8855300959e-02_wp
1579         BET030 = -2.6853658626e-01_wp
1580         BET130 = 2.5272385134e-01_wp
1581         BET230 = -2.3503481790e-02_wp
1582         BET040 = 1.2627968731e-01_wp
1583         BET140 = -1.2085092158e-01_wp
1584         BET050 = 1.4394226233e-03_wp
1585         BET001 = -2.2271304375e-01_wp
1586         BET101 = 5.5453416919e-01_wp
1587         BET201 = -6.2815936268e-01_wp
1588         BET301 = 2.0601115202e-01_wp
1589         BET011 = -9.5799229402e-03_wp
1590         BET111 = 1.0286156825e-01_wp
1591         BET211 = -2.5108454043e-02_wp
1592         BET021 = -2.4333834734e-03_wp
1593         BET121 = -3.0443885826e-02_wp
1594         BET031 = 2.7786444526e-03_wp
1595         BET002 = -4.2811838287e-02_wp
1596         BET102 = 5.1355066072e-02_wp
1597         BET012 = -4.3067092900e-03_wp
1598         BET003 = -7.1548119050e-04_wp
1599         !
1600         PEN000 = -5.3743005340_wp
1601         PEN100 = 8.9085217499_wp
1602         PEN200 = -1.1090683384e+01_wp
1603         PEN300 = 8.3754581690_wp
1604         PEN400 = -2.0601115202_wp
1605         PEN010 = 7.9263222935_wp
1606         PEN110 = 3.8319691761e-01_wp
1607         PEN210 = -2.0572313651_wp
1608         PEN310 = 3.3477938724e-01_wp
1609         PEN020 = -4.9997430930_wp
1610         PEN120 = 9.7335338937e-02_wp
1611         PEN220 = 6.0887771651e-01_wp
1612         PEN030 = 1.7433051009_wp
1613         PEN130 = -1.1114577810e-01_wp
1614         PEN040 = -2.9751504321e-01_wp
1615         PEN001 = -6.9171176978e-01_wp
1616         PEN101 = 2.2832980419_wp
1617         PEN201 = -1.3694684286_wp
1618         PEN011 = -1.4557549876_wp
1619         PEN111 = 2.2969116213e-01_wp
1620         PEN021 = 8.3654420645e-01_wp
1621         PEN002 = -1.4046808820e-02_wp
1622         PEN102 = 4.2928871430e-02_wp
1623         PEN012 = -2.8729602515e-01_wp
1624         !
1625         APE000 = -1.9815805734e-01_wp
1626         APE100 = -9.5799229402e-03_wp
1627         APE200 = 5.1430784127e-02_wp
1628         APE300 = -8.3694846809e-03_wp
1629         APE010 = 2.4998715465e-01_wp
1630         APE110 = -4.8667669469e-03_wp
1631         APE210 = -3.0443885826e-02_wp
1632         APE020 = -1.3074788257e-01_wp
1633         APE120 = 8.3359333577e-03_wp
1634         APE030 = 2.9751504321e-02_wp
1635         APE001 = 3.6393874690e-02_wp
1636         APE101 = -5.7422790533e-03_wp
1637         APE011 = -4.1827210323e-02_wp
1638         APE002 = 7.1824006288e-03_wp
1639         !
1640         BPE000 = 1.1135652187e-01_wp
1641         BPE100 = -2.7726708459e-01_wp
1642         BPE200 = 3.1407968134e-01_wp
1643         BPE300 = -1.0300557601e-01_wp
1644         BPE010 = 4.7899614701e-03_wp
1645         BPE110 = -5.1430784127e-02_wp
1646         BPE210 = 1.2554227021e-02_wp
1647         BPE020 = 1.2166917367e-03_wp
1648         BPE120 = 1.5221942913e-02_wp
1649         BPE030 = -1.3893222263e-03_wp
1650         BPE001 = 2.8541225524e-02_wp
1651         BPE101 = -3.4236710714e-02_wp
1652         BPE011 = 2.8711395266e-03_wp
1653         BPE002 = 5.3661089288e-04_wp
1654         !
1655      CASE( np_seos )                        !==  Simplified EOS     ==!
1656
1657         r1_S0  = 0.875_wp/35.16504_wp   ! Used to convert CT in potential temperature when using bulk formulae (eos_pt_from_ct)
1658         
1659         IF(lwp) THEN
1660            WRITE(numout,*)
1661            WRITE(numout,*) '   ==>>>   use of simplified eos:    '
1662            WRITE(numout,*) '              rhd(dT=T-10,dS=S-35,Z) = [-a0*(1+lambda1/2*dT+mu1*Z)*dT '
1663            WRITE(numout,*) '                                       + b0*(1+lambda2/2*dT+mu2*Z)*dS - nu*dT*dS] / rau0'
1664            WRITE(numout,*) '              with the following coefficients :'
1665            WRITE(numout,*) '                 thermal exp. coef.    rn_a0      = ', rn_a0
1666            WRITE(numout,*) '                 saline  cont. coef.   rn_b0      = ', rn_b0
1667            WRITE(numout,*) '                 cabbeling coef.       rn_lambda1 = ', rn_lambda1
1668            WRITE(numout,*) '                 cabbeling coef.       rn_lambda2 = ', rn_lambda2
1669            WRITE(numout,*) '                 thermobar. coef.      rn_mu1     = ', rn_mu1
1670            WRITE(numout,*) '                 thermobar. coef.      rn_mu2     = ', rn_mu2
1671            WRITE(numout,*) '                 2nd cabbel. coef.     rn_nu      = ', rn_nu
1672            WRITE(numout,*) '              Caution: rn_beta0=0 incompatible with ddm parameterization '
1673         ENDIF
1674         l_useCT = .TRUE.          ! Use conservative temperature
1675         !
1676      CASE DEFAULT                     !==  ERROR in neos  ==!
1677         WRITE(ctmp1,*) '          bad flag value for neos = ', neos, '. You should never see this error'
1678         CALL ctl_stop( ctmp1 )
1679         !
1680      END SELECT
1681      !
1682      rau0_rcp    = rau0 * rcp 
1683      r1_rau0     = 1._wp / rau0
1684      r1_rcp      = 1._wp / rcp
1685      r1_rau0_rcp = 1._wp / rau0_rcp 
1686      !
1687      IF(lwp) THEN
1688         IF( l_useCT )   THEN
1689            WRITE(numout,*)
1690            WRITE(numout,*) '   ==>>>   model uses Conservative Temperature'
1691            WRITE(numout,*) '           Important: model must be initialized with CT and SA fields'
1692         ELSE
1693            WRITE(numout,*)
1694            WRITE(numout,*) '   ==>>>   model does not use Conservative Temperature'
1695         ENDIF
1696      ENDIF
1697      !
1698      IF(lwp) WRITE(numout,*)
1699      IF(lwp) WRITE(numout,*) '   Associated physical constant'
1700      IF(lwp) WRITE(numout,*) '      volumic mass of reference           rau0  = ', rau0   , ' kg/m^3'
1701      IF(lwp) WRITE(numout,*) '      1. / rau0                        r1_rau0  = ', r1_rau0, ' m^3/kg'
1702      IF(lwp) WRITE(numout,*) '      ocean specific heat                 rcp   = ', rcp    , ' J/Kelvin'
1703      IF(lwp) WRITE(numout,*) '      rau0 * rcp                       rau0_rcp = ', rau0_rcp
1704      IF(lwp) WRITE(numout,*) '      1. / ( rau0 * rcp )           r1_rau0_rcp = ', r1_rau0_rcp
1705      !
1706   END SUBROUTINE eos_init
1707
1708   !!======================================================================
1709END MODULE eosbn2
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.