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Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
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diahsb.F90 in branches/2014/dev_r4879_UKMO_NOC_MERGE/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DIA – NEMO

source: branches/2014/dev_r4879_UKMO_NOC_MERGE/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DIA/diahsb.F90 @ 4945

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Branch dev_r4879_UKMO_NOC_MERGE. Final commits to ensure successful AGRIF SETTE tests
  • Property svn:keywords set to Id
File size: 18.9 KB
Line 
1MODULE diahsb
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  diahsb  ***
4   !! Ocean diagnostics: Heat, salt and volume budgets
5   !!======================================================================
6   !! History :  3.3  ! 2010-09  (M. Leclair)  Original code
7   !!                 ! 2012-10  (C. Rousset)  add iom_put
8   !!----------------------------------------------------------------------
9
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
12   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
13   USE phycst          ! physical constants
14   USE sbc_oce         ! surface thermohaline fluxes
15   USE in_out_manager  ! I/O manager
16   USE domvvl          ! vertical scale factors
17   USE traqsr          ! penetrative solar radiation
18   USE trabbc          ! bottom boundary condition
19   USE lib_mpp         ! distributed memory computing library
20   USE trabbc          ! bottom boundary condition
21   USE bdy_par         ! (for lk_bdy)
22   USE timing          ! preformance summary
23   USE iom             ! I/O manager
24   USE lib_fortran     ! glob_sum
25   USE restart         ! ocean restart
26   USE wrk_nemo        ! work arrays
27   USE sbcrnf          ! river runoff
28   USE sbcisf          ! ice shelves
29
30   IMPLICIT NONE
31   PRIVATE
32
33   PUBLIC   dia_hsb        ! routine called by step.F90
34   PUBLIC   dia_hsb_init   ! routine called by nemogcm.F90
35   PUBLIC   dia_hsb_rst    ! routine called by step.F90
36
37   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_diahsb   !: check the heat and salt budgets
38
39   REAL(dp)                                ::   surf_tot                !
40   REAL(dp)                                ::   frc_t      , frc_s     , frc_v   ! global forcing trends
41   REAL(dp)                                ::   frc_wn_t      , frc_wn_s ! global forcing trends
42   REAL(dp), DIMENSION(:,:)  , ALLOCATABLE ::   surf      , ssh_ini              !
43   REAL(dp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::   hc_loc_ini, sc_loc_ini, e3t_ini  !
44   REAL(dp), DIMENSION(:,:)  , ALLOCATABLE ::   ssh_hc_loc_ini, ssh_sc_loc_ini
45
46   !! * Substitutions
47#  include "domzgr_substitute.h90"
48#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
49
50   !!----------------------------------------------------------------------
51   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
52   !! $Id$
53   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
54   !!----------------------------------------------------------------------
55
56CONTAINS
57
58   SUBROUTINE dia_hsb( kt )
59      !!---------------------------------------------------------------------------
60      !!                  ***  ROUTINE dia_hsb  ***
61      !!     
62      !! ** Purpose: Compute the ocean global heat content, salt content and volume conservation
63      !!
64      !! ** Method : - Compute the deviation of heat content, salt content and volume
65      !!             at the current time step from their values at nit000
66      !!             - Compute the contribution of forcing and remove it from these deviations
67      !!
68      !!---------------------------------------------------------------------------
69      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step index
70      !!
71      INTEGER    ::   jk, ji, jj                          ! dummy loop indice
72      REAL(dp)   ::   zdiff_hc    , zdiff_sc      ! heat and salt content variations
73      REAL(dp)   ::   zdiff_hc1   , zdiff_sc1     ! -   -   -   -   -   -   -   -
74      REAL(dp)   ::   zdiff_v1    , zdiff_v2      ! volume variation
75      REAL(dp)   ::   zerr_hc1    , zerr_sc1       ! heat and salt content misfit
76      REAL(dp)   ::   zvol_tot                    ! volume
77      REAL(dp)   ::   z_frc_trd_t , z_frc_trd_s   !    -     -
78      REAL(dp)   ::   z_frc_trd_v                 !    -     -
79      REAL(dp)   ::   z_wn_trd_t , z_wn_trd_s   !    -     -
80      REAL(dp)   ::   z_ssh_hc , z_ssh_sc   !    -     -
81      REAL(dp), DIMENSION(:,:), POINTER       ::   z2d0, z2d1
82      !!---------------------------------------------------------------------------
83      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_start('dia_hsb')     
84      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, z2d0, z2d1 )
85      tsn(:,:,:,1) = tsn(:,:,:,1) * tmask(:,:,:) ; tsb(:,:,:,1) = tsb(:,:,:,1) * tmask(:,:,:) ;
86      tsn(:,:,:,2) = tsn(:,:,:,2) * tmask(:,:,:) ; tsb(:,:,:,2) = tsb(:,:,:,2) * tmask(:,:,:) ;
87      ! ------------------------- !
88      ! 1 - Trends due to forcing !
89      ! ------------------------- !
90      z_frc_trd_v = r1_rau0 * glob_sum( - ( emp(:,:) - rnf(:,:) + rdivisf * fwfisf(:,:) ) * surf(:,:) ) ! volume fluxes
91      z_frc_trd_t =           glob_sum( sbc_tsc(:,:,jp_tem) * surf(:,:) )                               ! heat fluxes
92      z_frc_trd_s =           glob_sum( sbc_tsc(:,:,jp_sal) * surf(:,:) )                               ! salt fluxes
93      ! Add runoff heat & salt input
94      IF( ln_rnf    )   z_frc_trd_t = z_frc_trd_t + glob_sum( rnf_tsc(:,:,jp_tem) * surf(:,:) )
95      IF( ln_rnf_sal)   z_frc_trd_s = z_frc_trd_s + glob_sum( rnf_tsc(:,:,jp_sal) * surf(:,:) )
96      ! Add geothermal ice shelf
97      IF( nn_isf .GE. 1 )  THEN
98                        z_frc_trd_t = z_frc_trd_t + &
99                       &              glob_sum( ( risf_tsc(:,:,jp_tem) - rdivisf * fwfisf(:,:) * (-1.9_wp) * r1_rau0 ) * surf(:,:) )
100                        z_frc_trd_s = z_frc_trd_s + (1.0_wp - rdivisf) * glob_sum( risf_tsc(:,:,jp_sal) * surf(:,:) )
101      ENDIF
102
103      ! Add penetrative solar radiation
104      IF( ln_traqsr )   z_frc_trd_t = z_frc_trd_t + r1_rau0_rcp * glob_sum( qsr     (:,:) * surf(:,:) )
105      ! Add geothermal heat flux
106      IF( ln_trabbc )   z_frc_trd_t = z_frc_trd_t +               glob_sum( qgh_trd0(:,:) * surf(:,:) )
107      !
108      IF( .NOT. lk_vvl ) THEN
109         z2d0=0.0_wp ; z2d1=0.0_wp
110         DO ji=1,jpi
111            DO jj=1,jpj
112              z2d0(ji,jj) = surf(ji,jj) * wn(ji,jj,mikt(ji,jj)) * tsb(ji,jj,mikt(ji,jj),jp_tem)
113              z2d1(ji,jj) = surf(ji,jj) * wn(ji,jj,mikt(ji,jj)) * tsb(ji,jj,mikt(ji,jj),jp_sal)
114            ENDDO
115         ENDDO
116         z_wn_trd_t = - glob_sum( z2d0 ) 
117         z_wn_trd_s = - glob_sum( z2d1 )
118      ENDIF
119
120      frc_v = frc_v + z_frc_trd_v * rdt
121      frc_t = frc_t + z_frc_trd_t * rdt
122      frc_s = frc_s + z_frc_trd_s * rdt
123      !                                          ! Advection flux through fixed surface (z=0)
124      IF( .NOT. lk_vvl ) THEN
125         frc_wn_t = frc_wn_t + z_wn_trd_t * rdt
126         frc_wn_s = frc_wn_s + z_wn_trd_s * rdt
127      ENDIF
128
129      ! ------------------------ !
130      ! 2 -  Content variations !
131      ! ------------------------ !
132      zdiff_v2 = 0.d0
133      zdiff_hc = 0.d0
134      zdiff_sc = 0.d0
135
136      ! volume variation (calculated with ssh)
137      zdiff_v1 = glob_sum( surf(:,:) * ( sshn(:,:) - ssh_ini(:,:) ) )
138
139      ! heat & salt content variation (associated with ssh)
140      IF( .NOT. lk_vvl ) THEN
141         z2d0=0.0_wp ; z2d1=0.0_wp
142         DO ji=1,jpi
143            DO jj=1,jpj
144              z2d0(ji,jj) = surf(ji,jj) * ( tsn(ji,jj,mikt(ji,jj),jp_tem) * sshn(ji,jj) - ssh_hc_loc_ini(ji,jj) ) 
145              z2d1(ji,jj) = surf(ji,jj) * ( tsn(ji,jj,mikt(ji,jj),jp_sal) * sshn(ji,jj) - ssh_sc_loc_ini(ji,jj) ) 
146            ENDDO
147         ENDDO
148         z_ssh_hc = glob_sum( z2d0 ) 
149         z_ssh_sc = glob_sum( z2d1 ) 
150      ENDIF
151
152      DO jk = 1, jpkm1
153         ! volume variation (calculated with scale factors)
154         zdiff_v2 = zdiff_v2 + glob_sum( surf(:,:) * tmask(:,:,jk) &
155            &                           * ( fse3t_n(:,:,jk) - e3t_ini(:,:,jk) ) )
156         ! heat content variation
157         zdiff_hc = zdiff_hc + glob_sum(  surf(:,:) * tmask(:,:,jk) & 
158            &                           * ( fse3t_n(:,:,jk) * tsn(:,:,jk,jp_tem) - hc_loc_ini(:,:,jk) ) )
159         ! salt content variation
160         zdiff_sc = zdiff_sc + glob_sum(  surf(:,:) * tmask(:,:,jk)   &
161            &                           * ( fse3t_n(:,:,jk) * tsn(:,:,jk,jp_sal) - sc_loc_ini(:,:,jk) ) )
162      ENDDO
163
164      ! Substract forcing from heat content, salt content and volume variations
165      zdiff_v1 = zdiff_v1 - frc_v
166      IF( lk_vvl )   zdiff_v2 = zdiff_v2 - frc_v
167      zdiff_hc = zdiff_hc - frc_t
168      zdiff_sc = zdiff_sc - frc_s
169      IF( .NOT. lk_vvl ) THEN
170         zdiff_hc1 = zdiff_hc + z_ssh_hc 
171         zdiff_sc1 = zdiff_sc + z_ssh_sc
172         zerr_hc1  = z_ssh_hc - frc_wn_t
173         zerr_sc1  = z_ssh_sc - frc_wn_s
174      ENDIF
175
176      ! ----------------------- !
177      ! 3 - Diagnostics writing !
178      ! ----------------------- !
179      zvol_tot   = 0.d0                                                   ! total ocean volume
180      DO jk = 1, jpkm1
181         zvol_tot  = zvol_tot + glob_sum( surf(:,:) * tmask(:,:,jk) * fse3t_n(:,:,jk) )
182      END DO
183
184      IF( lk_vvl ) THEN
185        CALL iom_put( 'bgtemper' , zdiff_hc / zvol_tot )              ! Temperature variation (C)
186        CALL iom_put( 'bgsaline' , zdiff_sc / zvol_tot )              ! Salinity    variation (psu)
187        CALL iom_put( 'bgheatco' , zdiff_hc * 1.e-20 * rau0 * rcp )   ! Heat content variation (1.e20 J)
188        CALL iom_put( 'bgsaltco' , zdiff_sc * 1.e-9    )              ! Salt content variation (psu*km3)
189        CALL iom_put( 'bgvolssh' , zdiff_v1 * 1.e-9    )              ! volume ssh variation (km3) 
190        CALL iom_put( 'bgvole3t' , zdiff_v2 * 1.e-9    )              ! volume e3t variation (km3) 
191        CALL iom_put( 'bgfrcvol' , frc_v    * 1.e-9    )              ! vol - surface forcing (km3)
192        CALL iom_put( 'bgfrctem' , frc_t / zvol_tot    )              ! hc  - surface forcing (C)
193        CALL iom_put( 'bgfrcsal' , frc_s / zvol_tot    )              ! sc  - surface forcing (psu)
194      ELSE
195        CALL iom_put( 'bgtemper' , zdiff_hc1 / zvol_tot)              ! Heat content variation (C)
196        CALL iom_put( 'bgsaline' , zdiff_sc1 / zvol_tot)              ! Salt content variation (psu)
197        CALL iom_put( 'bgheatco' , zdiff_hc1 * 1.e-20 * rau0 * rcp )  ! Heat content variation (1.e20 J)
198        CALL iom_put( 'bgsaltco' , zdiff_sc1 * 1.e-9    )             ! Salt content variation (psu*km3)
199        CALL iom_put( 'bgvolssh' , zdiff_v1 * 1.e-9    )              ! volume ssh variation (km3) 
200        CALL iom_put( 'bgfrcvol' , frc_v    * 1.e-9    )              ! vol - surface forcing (km3)
201        CALL iom_put( 'bgfrctem' , frc_t / zvol_tot    )              ! hc  - surface forcing (C)
202        CALL iom_put( 'bgfrcsal' , frc_s / zvol_tot    )              ! sc  - surface forcing (psu)
203        CALL iom_put( 'bgmistem' , zerr_hc1 / zvol_tot )              ! hc  - error due to free surface (C)
204        CALL iom_put( 'bgmissal' , zerr_sc1 / zvol_tot )              ! sc  - error due to free surface (psu)
205      ENDIF
206      !
207      IF( lrst_oce )   CALL dia_hsb_rst( kt, 'WRITE' )
208
209      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_stop('dia_hsb')
210!
211   END SUBROUTINE dia_hsb
212
213
214   SUBROUTINE dia_hsb_init
215      !!---------------------------------------------------------------------------
216      !!                  ***  ROUTINE dia_hsb  ***
217      !!     
218      !! ** Purpose: Initialization for the heat salt volume budgets
219      !!
220      !! ** Method : Compute initial heat content, salt content and volume
221      !!
222      !! ** Action : - Compute initial heat content, salt content and volume
223      !!             - Initialize forcing trends
224      !!             - Compute coefficients for conversion
225      !!---------------------------------------------------------------------------
226      INTEGER            ::   jk       ! dummy loop indice
227      INTEGER            ::   ierror   ! local integer
228      !!
229      NAMELIST/namhsb/ ln_diahsb
230      !
231      INTEGER  ::   ios
232      !!----------------------------------------------------------------------
233
234      IF(lwp) THEN
235         WRITE(numout,*)
236         WRITE(numout,*) 'dia_hsb_init : check the heat and salt budgets'
237         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~ '
238      ENDIF
239
240      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namhsb in reference namelist
241      READ  ( numnam_ref, namhsb, IOSTAT = ios, ERR = 901)
242901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namhsb in reference namelist', lwp )
243
244      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namhsb in configuration namelist
245      READ  ( numnam_cfg, namhsb, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
246902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namhsb in configuration namelist', lwp )
247      IF(lwm) WRITE ( numond, namhsb )
248
249      !
250      IF(lwp) THEN                   ! Control print
251         WRITE(numout,*)
252         WRITE(numout,*) 'dia_hsb_init : check the heat and salt budgets'
253         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
254         WRITE(numout,*) '   Namelist namhsb : set hsb parameters'
255         WRITE(numout,*) '      Switch for hsb diagnostic (T) or not (F)  ln_diahsb  = ', ln_diahsb
256         WRITE(numout,*)
257      ENDIF
258
259      IF( .NOT. ln_diahsb )   RETURN
260!      IF( .NOT. lk_mpp_rep ) &
261!        CALL ctl_stop (' Your global mpp_sum if performed in single precision - 64 bits -', &
262!             &         ' whereas the global sum to be precise must be done in double precision ',&
263!             &         ' please add key_mpp_rep')
264
265      ! ------------------- !
266      ! 1 - Allocate memory !
267      ! ------------------- !
268      ALLOCATE( hc_loc_ini(jpi,jpj,jpk), sc_loc_ini(jpi,jpj,jpk), &
269         &      e3t_ini(jpi,jpj,jpk), surf(jpi,jpj),  ssh_ini(jpi,jpj), STAT=ierror )
270      IF( ierror > 0 ) THEN
271         CALL ctl_stop( 'dia_hsb: unable to allocate hc_loc_ini' )   ;   RETURN
272      ENDIF
273
274      IF(.NOT. lk_vvl ) ALLOCATE( ssh_hc_loc_ini(jpi,jpj), ssh_sc_loc_ini(jpi,jpj),STAT=ierror )
275      IF( ierror > 0 ) THEN
276         CALL ctl_stop( 'dia_hsb: unable to allocate hc_loc_ini' )   ;   RETURN
277      ENDIF
278
279      ! ----------------------------------------------- !
280      ! 2 - Time independant variables and file opening !
281      ! ----------------------------------------------- !
282      IF(lwp) WRITE(numout,*) "dia_hsb: heat salt volume budgets activated"
283      IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
284      surf(:,:) = e1t(:,:) * e2t(:,:) * tmask_i(:,:)      ! masked surface grid cell area
285      surf_tot  = glob_sum( surf(:,:) )                                       ! total ocean surface area
286
287      IF( lk_bdy ) CALL ctl_warn( 'dia_hsb does not take open boundary fluxes into account' )         
288      !
289      ! ---------------------------------- !
290      ! 4 - initial conservation variables !
291      ! ---------------------------------- !
292      CALL dia_hsb_rst( nit000, 'READ' )  !* read or initialize all required files
293      !
294   END SUBROUTINE dia_hsb_init
295
296   SUBROUTINE dia_hsb_rst( kt, cdrw )
297     !!---------------------------------------------------------------------
298     !!                   ***  ROUTINE limdia_rst  ***
299     !!                     
300     !! ** Purpose :   Read or write DIA file in restart file
301     !!
302     !! ** Method  :   use of IOM library
303     !!----------------------------------------------------------------------
304     INTEGER         , INTENT(in) ::   kt     ! ocean time-step
305     CHARACTER(len=*), INTENT(in) ::   cdrw   ! "READ"/"WRITE" flag
306     !
307     INTEGER ::   jk,ji,jj   !
308     INTEGER ::   id1   ! local integers
309     !!----------------------------------------------------------------------
310     !
311     IF( TRIM(cdrw) == 'READ' ) THEN        ! Read/initialise
312        IF( ln_rstart ) THEN                   !* Read the restart file
313           !id1 = iom_varid( numror, 'frc_vol'  , ldstop = .FALSE. )
314           !
315           IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
316           IF(lwp) WRITE(numout,*) ' dia_hsb_rst at it= ', kt,' date= ', ndastp
317           IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
318           CALL iom_get( numror, 'frc_v', frc_v )
319           CALL iom_get( numror, 'frc_t', frc_t )
320           CALL iom_get( numror, 'frc_s', frc_s )
321           IF( .NOT. lk_vvl ) THEN
322              CALL iom_get( numror, 'frc_wn_t', frc_wn_t )
323              CALL iom_get( numror, 'frc_wn_s', frc_wn_s )
324           ENDIF
325           CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'ssh_ini', ssh_ini )
326           CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'e3t_ini', e3t_ini )
327           CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'hc_loc_ini', hc_loc_ini )
328           CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'sc_loc_ini', sc_loc_ini )
329           IF( .NOT. lk_vvl ) THEN
330              CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'ssh_hc_loc_ini', ssh_hc_loc_ini )
331              CALL iom_get( numror, jpdom_autoglo, 'ssh_sc_loc_ini', ssh_sc_loc_ini )
332           ENDIF
333       ELSE
334          IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
335          IF(lwp) WRITE(numout,*) ' dia_hsb at initial state '
336          IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
337          ssh_ini(:,:) = sshn(:,:)                                       ! initial ssh
338          DO jk = 1, jpk
339             e3t_ini   (:,:,jk) = fse3t_n(:,:,jk)                        ! initial vertical scale factors
340             hc_loc_ini(:,:,jk) = tsn(:,:,jk,jp_tem) * fse3t_n(:,:,jk)   ! initial heat content
341             sc_loc_ini(:,:,jk) = tsn(:,:,jk,jp_sal) * fse3t_n(:,:,jk)   ! initial salt content
342          END DO
343          frc_v = 0.d0                                           ! volume       trend due to forcing
344          frc_t = 0.d0                                           ! heat content   -    -   -    -   
345          frc_s = 0.d0                                           ! salt content   -    -   -    -       
346          IF( .NOT. lk_vvl ) THEN
347             DO ji=1,jpi
348                DO jj=1,jpj
349                   ssh_hc_loc_ini(ji,jj) = tsn(ji,jj,mikt(ji,jj),jp_tem) * sshn(ji,jj)   ! initial heat content in ssh
350                   ssh_sc_loc_ini(ji,jj) = tsn(ji,jj,mikt(ji,jj),jp_sal) * sshn(ji,jj)   ! initial salt content in ssh
351                ENDDO
352             ENDDO
353             frc_wn_t = 0.d0                                       ! initial heat content misfit due to free surface
354             frc_wn_s = 0.d0                                       ! initial salt content misfit due to free surface
355          ENDIF
356       ENDIF
357
358     ELSEIF( TRIM(cdrw) == 'WRITE' ) THEN   ! Create restart file
359        !                                   ! -------------------
360        IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
361        IF(lwp) WRITE(numout,*) ' dia_hsb_rst at it= ', kt,' date= ', ndastp
362        IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
363
364        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'frc_v'   , frc_v     )
365        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'frc_t'   , frc_t     )
366        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'frc_s'   , frc_s     )
367        IF( .NOT. lk_vvl ) THEN
368           CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'frc_wn_t', frc_wn_t )
369           CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'frc_wn_s', frc_wn_s )
370        ENDIF
371        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'ssh_ini', ssh_ini )
372        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'e3t_ini', e3t_ini )
373        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'hc_loc_ini', hc_loc_ini )
374        CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'sc_loc_ini', sc_loc_ini )
375        IF( .NOT. lk_vvl ) THEN
376           CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'ssh_hc_loc_ini', ssh_hc_loc_ini )
377           CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrow, 'ssh_sc_loc_ini', ssh_sc_loc_ini )
378        ENDIF
379        !
380     ENDIF
381     !
382   END SUBROUTINE dia_hsb_rst
383
384   !!======================================================================
385END MODULE diahsb
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.