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usrdef_zgr.F90 in NEMO/branches/2021/dev_r14318_RK3_stage1/tests/DOME/MY_SRC – NEMO

source: NEMO/branches/2021/dev_r14318_RK3_stage1/tests/DOME/MY_SRC/usrdef_zgr.F90 @ 15574

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Line 
1MODULE usrdef_zgr
2   !!======================================================================
3   !!                     ***  MODULE usrdef_zgr  ***
4   !!
5   !!                       ===  DOME case  ===
6   !!
7   !! user defined :  vertical coordinate system of a user configuration
8   !!======================================================================
9   !! History :  4.0  ! 2020-12  (J. Chanut)  Original code
10   !!----------------------------------------------------------------------
11
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !!   usr_def_zgr   : user defined vertical coordinate system (required)
14   !!       zgr_z1d   : reference 1D z-coordinate
15   !!---------------------------------------------------------------------
16   USE oce            ! ocean variables
17   USE dom_oce ,  ONLY: mi0, mi1          ! ocean space and time domain
18   USE dom_oce ,  ONLY: glamt, gphit      ! ocean space and time domain
19   USE usrdef_nam     ! User defined : namelist variables
20   !
21   USE in_out_manager ! I/O manager
22   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
23   USE lib_mpp        ! distributed memory computing library
24   USE timing         ! Timing
25
26   IMPLICIT NONE
27   PRIVATE
28
29   PUBLIC   usr_def_zgr   ! called by domzgr.F90
30
31   !! * Substitutions
32#  include "do_loop_substitute.h90"
33   !!----------------------------------------------------------------------
34   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
35   !! $Id: usrdef_zgr.F90 14053 2020-12-03 13:48:38Z techene $
36   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
37   !!----------------------------------------------------------------------
38CONTAINS             
39
40   SUBROUTINE usr_def_zgr( ld_zco  , ld_zps  , ld_sco  , ld_isfcav,    &   ! type of vertical coordinate
41      &                    pdept_1d, pdepw_1d, pe3t_1d , pe3w_1d  ,    &   ! 1D reference vertical coordinate
42      &                    pdept , pdepw ,                             &   ! 3D t & w-points depth
43      &                    pe3t  , pe3u  , pe3v , pe3f ,               &   ! vertical scale factors
44      &                    pe3w  , pe3uw , pe3vw,                      &   !     -      -      -
45      &                    k_top  , k_bot    )                             ! top & bottom ocean level
46      !!---------------------------------------------------------------------
47      !!              ***  ROUTINE usr_def_zgr  ***
48      !!
49      !! ** Purpose :   User defined the vertical coordinates
50      !!
51      !!----------------------------------------------------------------------
52      LOGICAL                   , INTENT(in   ) ::   ld_zco, ld_zps, ld_sco      ! vertical coordinate flags ( read in namusr_def )
53      LOGICAL                   , INTENT(  out) ::   ld_isfcav                   ! under iceshelf cavity flag
54      REAL(wp), DIMENSION(:)    , INTENT(  out) ::   pdept_1d, pdepw_1d          ! 1D grid-point depth     [m]
55      REAL(wp), DIMENSION(:)    , INTENT(  out) ::   pe3t_1d , pe3w_1d           ! 1D grid-point depth     [m]
56      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   pdept, pdepw                ! grid-point depth        [m]
57      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   pe3t , pe3u , pe3v , pe3f   ! vertical scale factors  [m]
58      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   pe3w , pe3uw, pe3vw         ! i-scale factors
59      INTEGER , DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   k_top, k_bot                ! first & last ocean level
60      !
61      INTEGER  ::   ji, jj, jk        ! dummy indices
62      INTEGER  ::   ik                ! local integers
63      REAL(wp) ::   zfact, z1_jpkm1   ! local scalar
64      REAL(wp) ::   ze3min            ! local scalar
65      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zht, zhu, zhv, zhf, z2d   ! 2D workspace
66      !!----------------------------------------------------------------------
67      !
68      IF(lwp) WRITE(numout,*)
69      IF(lwp) WRITE(numout,*) 'usr_def_zgr : DOME configuration (z(ps)- or s-coordinate closed box ocean without cavities)'
70      IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
71      !
72      !
73      ! type of vertical coordinate
74      ! ---------------------------
75      ! already set in usrdef_nam.F90 by reading the namusr_def namelist except for ISF
76      ld_isfcav = .FALSE.
77      !
78      !
79      ! Build the vertical coordinate system
80      ! ------------------------------------
81      !
82      !                       !==  UNmasked meter bathymetry  ==!
83      !
84      zht(:,:) = MIN(3600._wp, MAX( 600._wp,  600._wp - gphit(:,:)*1.e3*0.01 ))
85      !
86      ! at u/v/f-point: averaging zht
87      zhu(:,:) = 600_wp ; zhv(:,:) = 600_wp ; zhf(:,:) = 600_wp
88      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
89         zhu(ji,jj) =  0.5_wp * ( zht(ji,jj  ) + zht(ji+1,jj  ) )
90         zhv(jj,jj) =  0.5_wp * ( zht(ji,jj  ) + zht(ji  ,jj+1) )
91         zhf(ji,jj) = 0.25_wp * ( zht(ji,jj  ) + zht(ji+1,jj  ) &
92                       &        + zht(ji,jj+1) + zht(ji+1,jj+1) ) 
93      END_2D
94      CALL lbc_lnk( 'usrdef_zgr', zhu, 'U', 1.0_wp, zhv, 'V', 1.0_wp, zhf, 'F', 1.0_wp)     
95      !     
96      CALL zgr_z1d( pdept_1d, pdepw_1d, pe3t_1d , pe3w_1d )   ! Reference z-coordinate system
97      !
98      !
99      !                       !==  top masked level bathymetry  ==!  (all coordinates)
100      !
101      ! no ocean cavities : top ocean level is ONE, except over land
102      ! the ocean basin surrounded by land (1+nn_hls grid-point) set through lbc_lnk call
103      z2d(:,:) = 1._wp                    ! surface ocean is the 1st level
104      WHERE (gphit(:,:)>0._wp) z2d(:,:) = 0._wp
105      ! Dig inlet:
106      WHERE ((gphit(:,:)>0._wp).AND.(glamt(:,:)>-50._wp).AND.(glamt(:,:)<50._wp)) z2d(:,:) = 1._wp
107      CALL lbc_lnk( 'usrdef_zgr', z2d, 'T', 1. )        ! closed basin, see userdef_nam.F90
108      k_top(:,:) = NINT( z2d(:,:) )
109      !
110      !                             
111      !
112      IF ( ld_sco ) THEN      !==  s-coordinate  ==!   (terrain-following coordinate)
113         !
114         k_bot(:,:) = jpkm1 * k_top(:,:)  !* bottom ocean = jpk-1 (here use k_top as a land mask)
115         !
116         !                                !* terrain-following coordinate with e3.(k)=cst)
117         z1_jpkm1 = 1._wp / REAL( jpkm1 , wp)
118         DO jk = 1, jpk
119            pdept(:,:,jk) = zht(:,:) * z1_jpkm1 * ( REAL( jk   , wp ) - 0.5_wp )
120            pdepw(:,:,jk) = zht(:,:) * z1_jpkm1 * ( REAL( jk-1 , wp )          )
121            pe3t (:,:,jk) = zht(:,:) * z1_jpkm1
122            pe3u (:,:,jk) = zhu(:,:) * z1_jpkm1
123            pe3v (:,:,jk) = zhv(:,:) * z1_jpkm1
124            pe3f (:,:,jk) = zhf(:,:) * z1_jpkm1
125            pe3w (:,:,jk) = zht(:,:) * z1_jpkm1
126            pe3uw(:,:,jk) = zhu(:,:) * z1_jpkm1
127            pe3vw(:,:,jk) = zhv(:,:) * z1_jpkm1
128         END DO     
129      ENDIF
130      !
131      !
132      IF ( ld_zco ) THEN      !==  z-coordinate  ==!   (step-like topography)
133         !
134         !                                !* bottom ocean compute from the depth of grid-points
135         k_bot(:,:) = jpkm1 * k_top(:,:)     ! here use k_top as a land mask
136         DO jk = 1, jpkm1
137            WHERE( pdept_1d(jk) < zht(:,:) .AND. zht(:,:) <= pdept_1d(jk+1) )   k_bot(:,:) = jk * k_top(:,:)
138         END DO
139         !                                !* horizontally uniform coordinate (reference z-co everywhere)
140         DO jk = 1, jpk
141            pdept(:,:,jk) = pdept_1d(jk)
142            pdepw(:,:,jk) = pdepw_1d(jk)
143            pe3t (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
144            pe3u (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
145            pe3v (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
146            pe3f (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
147            pe3w (:,:,jk) = pe3w_1d (jk)
148            pe3uw(:,:,jk) = pe3w_1d (jk)
149            pe3vw(:,:,jk) = pe3w_1d (jk)
150         END DO
151      ENDIF
152      !
153      !
154      IF ( ld_zps ) THEN      !==  zps-coordinate  ==!   (partial bottom-steps)
155         !
156         ze3min = 0.1_wp * rn_dz
157         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   minimum thickness of the partial cells = 10 % of e3 = ', ze3min
158         !
159         !
160         !                                !* bottom ocean compute from the depth of grid-points
161         k_bot(:,:) = jpkm1
162         DO jk = jpkm1, 1, -1
163            WHERE( zht(:,:) < pdepw_1d(jk) + ze3min )   k_bot(:,:) = jk-1
164         END DO
165         !
166         !                                !* vertical coordinate system
167         DO jk = 1, jpk                      ! initialization to the reference z-coordinate
168            pdept(:,:,jk) = pdept_1d(jk)
169            pdepw(:,:,jk) = pdepw_1d(jk)
170            pe3t (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
171            pe3u (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
172            pe3v (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
173            pe3f (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
174            pe3w (:,:,jk) = pe3w_1d (jk)
175            pe3uw(:,:,jk) = pe3w_1d (jk)
176            pe3vw(:,:,jk) = pe3w_1d (jk)
177         END DO
178         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
179            ik = k_bot(ji,jj)
180            pdepw(ji,jj,ik+1) = MIN( zht(ji,jj) , pdepw_1d(ik+1) )
181            pe3t (ji,jj,ik  ) = pdepw(ji,jj,ik+1) - pdepw(ji,jj,ik)
182            pe3t (ji,jj,ik+1) = pe3t (ji,jj,ik  ) 
183            !
184            pdept(ji,jj,ik  ) = pdepw(ji,jj,ik  ) + pe3t (ji,jj,ik  ) * 0.5_wp
185            pdept(ji,jj,ik+1) = pdepw(ji,jj,ik+1) + pe3t (ji,jj,ik+1) * 0.5_wp
186            pe3w (ji,jj,ik+1) = pdept(ji,jj,ik+1) - pdept(ji,jj,ik)              ! = pe3t (ji,jj,ik  )
187            pe3w (ji,jj,ik  ) = pdept(ji,jj,ik  ) - pdept(ji,jj,ik-1)            ! st caution ik > 1
188         END_2D         
189         !
190         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpk ) 
191               pe3u (ji,jj,jk) = MIN( pe3t(ji,jj,jk), pe3t(ji+1,jj,jk) )
192               pe3v (ji,jj,jk) = MIN( pe3t(ji,jj,jk), pe3t(ji,jj+1,jk) )
193               pe3uw(ji,jj,jk) = MIN( pe3w(ji,jj,jk), pe3w(ji+1,jj,jk) )
194               pe3vw(ji,jj,jk) = MIN( pe3w(ji,jj,jk), pe3w(ji,jj+1,jk) )
195         END_3D 
196         !
197         CALL lbc_lnk('usrdef_zgr', pe3u , 'U', 1._wp, pe3uw, 'U', 1._wp )   
198         CALL lbc_lnk('usrdef_zgr', pe3v , 'V', 1._wp, pe3vw, 'V', 1._wp ) 
199         !
200         DO jk = 1, jpk                 
201            WHERE( pe3u (:,:,jk) == 0._wp )   pe3u (:,:,jk) = pe3t_1d(jk)
202            WHERE( pe3v (:,:,jk) == 0._wp )   pe3v (:,:,jk) = pe3t_1d(jk)
203            WHERE( pe3uw(:,:,jk) == 0._wp )   pe3uw(:,:,jk) = pe3w_1d(jk)
204            WHERE( pe3vw(:,:,jk) == 0._wp )   pe3vw(:,:,jk) = pe3w_1d(jk)
205         END DO
206
207         DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpk )
208               pe3f(ji,jj,jk) = MIN( pe3v(ji,jj,jk), pe3v(ji+1,jj,jk) )
209         END_3D
210         CALL lbc_lnk('usrdef_zgr', pe3f, 'F', 1._wp )     
211         !     
212      ENDIF
213      !
214   END SUBROUTINE usr_def_zgr
215
216
217   SUBROUTINE zgr_z1d( pdept_1d, pdepw_1d, pe3t_1d , pe3w_1d )   ! 1D reference vertical coordinate
218      !!----------------------------------------------------------------------
219      !!                   ***  ROUTINE zgr_z1d  ***
220      !!
221      !! ** Purpose :   set the depth of model levels and the resulting
222      !!      vertical scale factors.
223      !!
224      !! ** Method  :   1D z-coordinate system (use in all type of coordinate)
225      !!       The depth of model levels is set from dep(k), an analytical function:
226      !!                   w-level: depw_1d  = dep(k)
227      !!                   t-level: dept_1d  = dep(k+0.5)
228      !!       The scale factors are the discrete derivative of the depth:
229      !!                   e3w_1d(jk) = dk[ dept_1d ]
230      !!                   e3t_1d(jk) = dk[ depw_1d ]
231      !!
232      !!            ===    Here constant vertical resolution   ===
233      !!
234      !! ** Action  : - pdept_1d, pdepw_1d : depth of T- and W-point (m)
235      !!              - pe3t_1d , pe3w_1d  : scale factors at T- and W-levels (m)
236      !!----------------------------------------------------------------------
237      REAL(wp), DIMENSION(:), INTENT(out) ::   pdept_1d, pdepw_1d   ! 1D grid-point depth        [m]
238      REAL(wp), DIMENSION(:), INTENT(out) ::   pe3t_1d , pe3w_1d    ! 1D vertical scale factors  [m]
239      !
240      INTEGER  ::   jk       ! dummy loop indices
241      REAL(wp) ::   zt, zw   ! local scalar
242      !!----------------------------------------------------------------------
243      !
244      IF(lwp) THEN                         ! Parameter print
245         WRITE(numout,*)
246         WRITE(numout,*) '    zgr_z1d : Reference vertical z-coordinates: uniform dz = ', rn_dz
247         WRITE(numout,*) '    ~~~~~~~'
248      ENDIF
249      !
250      ! Reference z-coordinate (depth - scale factor at T- and W-points)   ! Madec & Imbard 1996 function
251      ! ----------------------
252      DO jk = 1, jpk
253         zw = REAL( jk , wp )
254         zt = REAL( jk , wp ) + 0.5_wp
255         pdepw_1d(jk) =    rn_dz *   REAL( jk-1 , wp )
256         pdept_1d(jk) =    rn_dz * ( REAL( jk-1 , wp ) + 0.5_wp )
257         pe3w_1d (jk) =    rn_dz
258         pe3t_1d (jk) =    rn_dz
259      END DO
260      !
261      IF(lwp) THEN                        ! control print
262         WRITE(numout,*)
263         WRITE(numout,*) '              Reference 1D z-coordinate depth and scale factors:'
264         WRITE(numout, "(9x,' level  gdept_1d  gdepw_1d  e3t_1d   e3w_1d  ')" )
265         WRITE(numout, "(10x, i4, 4f9.2)" ) ( jk, pdept_1d(jk), pdepw_1d(jk), pe3t_1d(jk), pe3w_1d(jk), jk = 1, jpk )
266      ENDIF
267      !
268   END SUBROUTINE zgr_z1d
269   
270   !!======================================================================
271END MODULE usrdef_zgr
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.