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isftbl.F90 in NEMO/branches/2019/ENHANCE-02_ISF_nemo/src/OCE/ISF – NEMO

source: NEMO/branches/2019/ENHANCE-02_ISF_nemo/src/OCE/ISF/isftbl.F90 @ 11495

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ENHANCE-02_ISF: fix issue in the computation of utbl and vtbl + cosmetic change (ticket #2142)

File size: 12.2 KB
Line 
1MODULE isftbl
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  isftbl  ***
4   !! isftbl module :  compute properties of top boundary layer
5   !!======================================================================
6   !! History :  4.1  !  2019-09  (P. Mathiot) original code
7   !!----------------------------------------------------------------------
8
9   !!----------------------------------------------------------------------
10   !!   isftbl       : routine to compute :
11   !!                  - geometry of the ice shelf tbl (isf_tbl_lvl, isftbl_ktop, isftbl_kbot)
12   !!                    (top and bottom level, thickness and fraction of deepest level affected)
13   !!                  - tbl averaged properties (isf_tbl, isf_tbl_avg)
14   !!----------------------------------------------------------------------
15
16   USE dom_oce ! vertical scale factor
17   USE lbclnk  ! lbc_lnk subroutine
18
19   IMPLICIT NONE
20
21   PRIVATE
22
23   PUBLIC isf_tbl, isf_tbl_avg, isf_tbl_lvl, isftbl_ktop, isftbl_kbot
24
25CONTAINS
26
27   SUBROUTINE isf_tbl( pvarin, pvarout, cd_ptin, ktop, phtbl, kbot, pfrac )
28      !!--------------------------------------------------------------------
29      !!                  ***  SUBROUTINE isf_tbl  ***
30      !!
31      !! ** Purpose : compute mean T/S/U/V in the boundary layer at T- point
32      !!
33      !!--------------------------------------------------------------------
34      !!-------------------------- OUT -------------------------------------
35      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)          , INTENT(  out) :: pvarout ! 2d average of pvarin
36      !!-------------------------- IN  -------------------------------------
37      CHARACTER(len=1)                      , INTENT(in   ) :: cd_ptin       ! point of variable in/out
38      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk)      , INTENT(in   ) :: pvarin        ! 3d variable to average over the tbl
39      INTEGER,  DIMENSION(jpi,jpj)          , INTENT(in   ) :: ktop          ! top level
40      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)          , INTENT(in   ) :: phtbl         ! tbl thickness
41      !!-------------------------- IN OPTIONAL -----------------------------
42      INTEGER,  DIMENSION(jpi,jpj), OPTIONAL, INTENT(in   ) :: kbot          ! bottom level
43      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), OPTIONAL, INTENT(in   ) :: pfrac         ! fraction of bottom cell affected by tbl
44      !!--------------------------------------------------------------------
45      INTEGER ::   ji, jj                   ! loop index
46      INTEGER , DIMENSION(jpi,jpj) :: ikbot ! bottom level of the tbl
47      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: zhtbl ! thickness of the tbl
48      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: zfrac ! thickness of the tbl
49      !!--------------------------------------------------------------------
50      !
51      SELECT CASE ( cd_ptin )
52      CASE ( 'U' )
53         !
54         ! copy phtbl (phtbl is INTENT in as we don't want to change it)
55         zhtbl = phtbl
56         !
57         ! compute tbl lvl and thickness
58         CALL isf_tbl_lvl( hu_n, e3u_n, ktop, ikbot, zhtbl, zfrac )
59         !
60         ! compute tbl property at U point
61         CALL isf_tbl_avg( miku, ikbot, zhtbl, zfrac, e3u_n, pvarin, pvarout )
62         !
63         ! compute tbl property at T point
64         DO jj = 1, jpj
65            DO ji = 2, jpi
66               pvarout(ji,jj) = 0.5_wp * (pvarout(ji,jj) + pvarout(ji-1,jj))
67            END DO
68         END DO
69         !
70         ! check if needed (probably yes)
71         CALL lbc_lnk('sbcisf', pvarout,'T',-1.)
72         !
73      CASE ( 'V' )
74         !
75         ! copy phtbl (phtbl is INTENT in as we don't want to change it)
76         zhtbl = phtbl
77         !
78         ! compute tbl lvl and thickness
79         CALL isf_tbl_lvl( hv_n, e3v_n, ktop, ikbot, zhtbl, zfrac )
80         !
81         ! compute tbl property at V point
82         CALL isf_tbl_avg( mikv, ikbot, zhtbl, zfrac, e3v_n, pvarin, pvarout )
83         !
84         ! pvarout is an averaging of wet point
85         DO jj = 2, jpj
86            DO ji = 1, jpi
87               pvarout(ji,jj) = 0.5_wp * (pvarout(ji,jj) + pvarout(ji,jj-1))
88            END DO
89         END DO
90         !
91         ! check if needed (probably yes)
92         CALL lbc_lnk('sbcisf', pvarout,'T',-1.)
93         !
94      CASE ( 'T' )
95         !
96         ! compute tbl property at T point
97         CALL isf_tbl_avg( ktop, kbot, phtbl, pfrac, e3t_n, pvarin, pvarout )
98         !
99      END SELECT
100      !
101      ! mask mean tbl value
102      pvarout(:,:) = pvarout(:,:) * ssmask(:,:)
103      !
104   END SUBROUTINE isf_tbl
105
106   SUBROUTINE isf_tbl_avg( ktop, kbot, phtbl, pfrac, pe3, pvarin, pvarout )
107      !!--------------------------------------------------------------------
108      !!                  ***  ROUTINE isf_tbl_lvl  ***
109      !!
110      !! ** Purpose : compute mean property in the boundary layer
111      !!
112      !! ** Method  : Depth average is made between the top level ktop and the bottom level kbot
113      !!              over a thickness phtbl. The bottom level is partially counted (pfrac).
114      !!
115      !!--------------------------------------------------------------------
116      !!-------------------------- OUT -------------------------------------
117      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)    , INTENT(  out) :: pvarout      ! tbl property averaged over phtbl between level ktop and kbot
118      !!-------------------------- IN  -------------------------------------
119      INTEGER,  DIMENSION(jpi,jpj)    , INTENT(in   ) :: ktop, kbot   ! top and bottom level of the top boundary layer
120      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)    , INTENT(in   ) :: phtbl, pfrac ! fraction of bottom level to be affected by the tbl
121      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk), INTENT(in   ) :: pe3          ! vertical scale factor
122      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk), INTENT(in   ) :: pvarin       ! tbl property to average between ktop, kbot over phtbl
123      !!--------------------------------------------------------------------
124      INTEGER  :: ji,jj,jk                    ! loop indices
125      INTEGER  :: ikt, ikb                    ! top and bottom levels
126      !!--------------------------------------------------------------------
127      !
128      ! compute tbl top.bottom level and thickness
129      DO jj = 1,jpj
130         DO ji = 1,jpi
131            !
132            ! tbl top/bottom indices initialisation
133            ikt = ktop(ji,jj) ; ikb = kbot(ji,jj)
134            !
135            ! level fully include in the ice shelf boundary layer
136            pvarout(ji,jj) = SUM( pvarin(ji,jj,ikt:ikb-1) * pe3(ji,jj,ikt:ikb-1) ) / phtbl(ji,jj)
137            !
138            ! level partially include in ice shelf boundary layer
139            pvarout(ji,jj) = pvarout(ji,jj) + pvarin(ji,jj,ikb) * pe3(ji,jj,ikb) / phtbl(ji,jj) * pfrac(ji,jj)
140            !
141         END DO
142      END DO
143
144   END SUBROUTINE isf_tbl_avg
145
146   SUBROUTINE isf_tbl_lvl( phw, pe3, ktop, kbot, phtbl, pfrac )
147      !!--------------------------------------------------------------------
148      !!                  ***  ROUTINE isf_tbl_lvl  ***
149      !!
150      !! ** Purpose : - compute bottom level fully included in the top boundary layer
151      !!              - thickness of the top boundary layer
152      !!
153      !!---------------------------------------------------------------------
154      !!-------------------------- OUT --------------------------------------
155      INTEGER,  DIMENSION(jpi,jpj)    , INTENT(  out) :: kbot   ! bottom level of the top boundary layer
156      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)    , INTENT(  out) :: pfrac  ! fraction of bottom level in the tbl
157      !!-------------------------- IN  --------------------------------------
158      INTEGER,  DIMENSION(jpi,jpj)    , INTENT(in   ) :: ktop   ! top level of the top boundary layer
159      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)    , INTENT(in   ) :: phw    ! water column thickness
160      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk), INTENT(in   ) :: pe3    ! vertical scale factor
161      !!-------------------------- INOUT ------------------------------------
162      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)    , INTENT(inout) :: phtbl  ! top boundary layer thickness
163      !!---------------------------------------------------------------------
164      INTEGER :: ji,jj,jk
165      INTEGER :: ikt, ikb
166      !!---------------------------------------------------------------------
167      !
168      ! get htbl
169      DO jj = 1,jpj
170         DO ji = 1,jpi
171            !
172            ! tbl top/bottom indices initialisation
173            ikt = ktop(ji,jj)
174            !
175            ! limit the tbl to water thickness.
176            phtbl(ji,jj) = MIN( phtbl(ji,jj), phw(ji,jj) )
177            !
178            ! thickness of boundary layer must be at least the top level thickness
179            phtbl(ji,jj) = MAX( phtbl(ji,jj), pe3(ji,jj,ikt) )
180            !
181         END DO
182      END DO
183      !
184      ! get ktbl
185      CALL isftbl_kbot(ktop, phtbl, pe3, kbot)
186      !
187      ! get pfrac
188      DO jj = 1,jpj
189         DO ji = 1,jpi
190            !
191            ! tbl top/bottom indices initialisation
192            ikt = ktop(ji,jj) ; ikb = kbot(ji,jj)
193            !
194            ! proportion of the bottom cell included in ice shelf boundary layer
195            pfrac(ji,jj) = ( phtbl(ji,jj) - SUM( pe3(ji,jj,ikt:ikb-1) ) ) / pe3(ji,jj,ikb)
196            !
197         END DO
198      END DO
199      !
200   END SUBROUTINE isf_tbl_lvl
201   !
202   SUBROUTINE isftbl_kbot(ktop, phtbl, pe3, kbot)
203      !!--------------------------------------------------------------------
204      !!                  ***  ROUTINE isf_tbl_lvl  ***
205      !!
206      !! ** Purpose : compute bottom level of the isf top boundary layer
207      !!
208      !!--------------------------------------------------------------------
209      !!-------------------------- OUT -------------------------------------
210      INTEGER,  DIMENSION(jpi,jpj)    , INTENT(  out) :: kbot   ! bottom level of the top boundary layer
211      !!-------------------------- IN  -------------------------------------
212      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)    , INTENT(in   ) :: phtbl  ! top boundary layer thickness
213      INTEGER,  DIMENSION(jpi,jpj)    , INTENT(in   ) :: ktop   ! top level of the top boundary layer
214      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk), INTENT(in   ) :: pe3    ! vertical scale factor
215      !!--------------------------------------------------------------------
216      INTEGER :: ji, jj
217      INTEGER :: ikt, ikb
218      !!--------------------------------------------------------------------
219      !
220      ! phtbl need to be bounded by water column thickness before
221      ! test: if htbl = water column thickness, should return mbathy
222      ! test: if htbl = 0 should return ktop (phtbl cap to e3t(ji,jj,1))
223      !
224      ! get ktbl
225      DO jj = 1,jpj
226         DO ji = 1,jpi
227            !
228            ! determine the deepest level influenced by the boundary layer
229            ikt = ktop(ji,jj)
230            ikb = ikt
231            DO WHILE ( SUM(pe3(ji,jj,ikt:ikb-1)) < phtbl(ji,jj ) ) ;  ikb = ikb + 1 ;  END DO
232            kbot(ji,jj) = ikb - 1
233            !
234         END DO
235      END DO
236      !
237   END SUBROUTINE isftbl_kbot
238      !
239   SUBROUTINE isftbl_ktop(pdep, ktop)
240      !!--------------------------------------------------------------------
241      !!                  ***  ROUTINE isf_tbl_lvl  ***
242      !!
243      !! ** Purpose : compute top level of the isf top boundary layer in case of an ice shelf parametrisation
244      !!
245      !!--------------------------------------------------------------------
246      !!-------------------------- OUT -------------------------------------
247      INTEGER,  DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(  out) :: ktop        ! top level affected by the ice shelf parametrisation
248      !!-------------------------- IN  -------------------------------------
249      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in   ) :: pdep        ! top depth of the parametrisation influence
250      !!--------------------------------------------------------------------
251      INTEGER :: ji,jj
252      INTEGER :: ikt
253      !!--------------------------------------------------------------------
254      !
255      ! compute top level (need to be recomputed each time (z*, z~)
256      ! be sure pdep is already correctly bounded
257      ! test: this routine run on isfdraft should return mikt
258      ! test: this routine run with pdep = 0 should return 1
259      !
260      DO ji = 1, jpi
261         DO jj = 1, jpj
262            ikt = 2
263            DO WHILE ( gdepw_n(ji,jj,ikt) <= pdep(ji,jj ) ) ;  ikt = ikt + 1 ;  END DO
264            ktop(ji,jj) = ikt - 1
265         END DO
266      END DO
267      !
268   END SUBROUTINE isftbl_ktop
269
270END MODULE isftbl
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.