source: NEMO/branches/2020/dev_r12558_HPC-08_epico_Extra_Halo/src/OCE/USR/usrdef_zgr.F90

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Extra_Halo: minor bugfixes and cleaning, see #2366

  • Property svn:keywords set to Id
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Line 
1MODULE usrdef_zgr
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  usrdef_zgr  ***
4   !!
5   !!                       ===  GYRE configuration  ===
6   !!
7   !! User defined : vertical coordinate system of a user configuration
8   !!======================================================================
9   !! History :  4.0  ! 2016-06  (G. Madec)  Original code
10   !!----------------------------------------------------------------------
11
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !!   usr_def_zgr   : user defined vertical coordinate system
14   !!      zgr_z      : reference 1D z-coordinate
15   !!      zgr_top_bot: ocean top and bottom level indices
16   !!      zgr_zco    : 3D verticl coordinate in pure z-coordinate case
17   !!---------------------------------------------------------------------
18   USE oce            ! ocean variables
19   USE dom_oce        ! ocean domain
20   USE depth_e3       ! depth <=> e3
21   !
22   USE in_out_manager ! I/O manager
23   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
24   USE lib_mpp        ! distributed memory computing library
25
26   IMPLICIT NONE
27   PRIVATE
28
29   PUBLIC   usr_def_zgr        ! called by domzgr.F90
30
31   !!----------------------------------------------------------------------
32   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
33   !! $Id$
34   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
35   !!----------------------------------------------------------------------
36CONTAINS             
37
38   SUBROUTINE usr_def_zgr( ld_zco  , ld_zps  , ld_sco  , ld_isfcav,    &   ! type of vertical coordinate
39      &                    pdept_1d, pdepw_1d, pe3t_1d , pe3w_1d  ,    &   ! 1D reference vertical coordinate
40      &                    pdept , pdepw ,                             &   ! 3D t & w-points depth
41      &                    pe3t  , pe3u  , pe3v   , pe3f ,             &   ! vertical scale factors
42      &                    pe3w  , pe3uw , pe3vw         ,             &   !     -      -      -
43      &                    k_top  , k_bot    )                             ! top & bottom ocean level
44      !!---------------------------------------------------------------------
45      !!              ***  ROUTINE usr_def_zgr  ***
46      !!
47      !! ** Purpose :   User defined the vertical coordinates
48      !!
49      !!----------------------------------------------------------------------
50      LOGICAL                   , INTENT(out) ::   ld_zco, ld_zps, ld_sco      ! vertical coordinate flags
51      LOGICAL                   , INTENT(out) ::   ld_isfcav                   ! under iceshelf cavity flag
52      REAL(wp), DIMENSION(:)    , INTENT(out) ::   pdept_1d, pdepw_1d          ! 1D grid-point depth     [m]
53      REAL(wp), DIMENSION(:)    , INTENT(out) ::   pe3t_1d , pe3w_1d           ! 1D grid-point depth     [m]
54      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(out) ::   pdept, pdepw                ! grid-point depth        [m]
55      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(out) ::   pe3t , pe3u , pe3v , pe3f   ! vertical scale factors  [m]
56      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(out) ::   pe3w , pe3uw, pe3vw         ! i-scale factors
57      INTEGER , DIMENSION(:,:)  , INTENT(out) ::   k_top, k_bot                ! first & last ocean level
58      !
59      INTEGER  ::   inum   ! local logical unit
60      REAL(WP) ::   z_zco, z_zps, z_sco, z_cav
61      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   z2d   ! 2D workspace
62      !!----------------------------------------------------------------------
63      !
64      IF(lwp) WRITE(numout,*)
65      IF(lwp) WRITE(numout,*) 'usr_def_zgr : GYRE configuration (z-coordinate closed flat box ocean without cavities)'
66      IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
67      !
68      !
69      ! type of vertical coordinate
70      ! ---------------------------
71      ld_zco    = .TRUE.         ! GYRE case:  z-coordinate without ocean cavities
72      ld_zps    = .FALSE.
73      ld_sco    = .FALSE.
74      ld_isfcav = .FALSE.
75      !
76      !
77      ! Build the vertical coordinate system
78      ! ------------------------------------
79      CALL zgr_z( pdept_1d, pdepw_1d, pe3t_1d , pe3w_1d )   ! Reference z-coordinate system
80      !
81      CALL zgr_msk_top_bot( k_top , k_bot )                 ! masked top and bottom ocean t-level indices
82      !
83      !                                                     ! z-coordinate (3D arrays) from the 1D z-coord.
84      CALL zgr_zco( pdept_1d, pdepw_1d, pe3t_1d, pe3w_1d,   &   ! in  : 1D reference vertical coordinate
85         &          pdept   , pdepw   ,                     &   ! out : 3D t & w-points depth
86         &          pe3t    , pe3u    , pe3v   , pe3f   ,   &   !       vertical scale factors
87         &          pe3w    , pe3uw   , pe3vw             )     !           -      -      -
88      !
89   END SUBROUTINE usr_def_zgr
90
91
92   SUBROUTINE zgr_z( pdept_1d, pdepw_1d, pe3t_1d , pe3w_1d )   ! 1D reference vertical coordinate
93      !!----------------------------------------------------------------------
94      !!                   ***  ROUTINE zgr_z  ***
95      !!
96      !! ** Purpose :   set the 1D depth of model levels and the resulting
97      !!              vertical scale factors.
98      !!
99      !! ** Method  :   1D z-coordinate system (use in all type of coordinate)
100      !!       The depth of model levels is set from dep(k), an analytical function:
101      !!                   w-level: depw_1d  = dep(k)
102      !!                   t-level: dept_1d  = dep(k+0.5)
103      !!       The scale factors are the discrete derivative of the depth:
104      !!                   e3w_1d(jk) = dk[ dept_1d ]
105      !!                   e3t_1d(jk) = dk[ depw_1d ]
106      !!           with at top and bottom :
107      !!                   e3w_1d( 1 ) = 2 * ( dept_1d( 1 ) - depw_1d( 1 ) )
108      !!                   e3t_1d(jpk) = 2 * ( dept_1d(jpk) - depw_1d(jpk) )
109      !!       The depth are then re-computed from the sum of e3. This ensures
110      !!    that depths are identical when reading domain configuration file.
111      !!    Indeed, only e3. are saved in this file, depth are compute by a call
112      !!    to the e3_to_depth subroutine.
113      !!
114      !!       Here the Madec & Imbard (1996) function is used.
115      !!
116      !! ** Action  : - pdept_1d, pdepw_1d : depth of T- and W-point (m)
117      !!              - pe3t_1d , pe3w_1d  : scale factors at T- and W-levels (m)
118      !!
119      !! Reference : Marti, Madec & Delecluse, 1992, JGR, 97, No8, 12,763-12,766.
120      !!             Madec and Imbard, 1996, Clim. Dyn.
121      !!----------------------------------------------------------------------
122      REAL(wp), DIMENSION(:)    , INTENT(out) ::   pdept_1d, pdepw_1d   ! 1D grid-point depth        [m]
123      REAL(wp), DIMENSION(:)    , INTENT(out) ::   pe3t_1d , pe3w_1d    ! 1D vertical scale factors  [m]
124      !
125      INTEGER  ::   jk       ! dummy loop indices
126      REAL(wp) ::   zt, zw   ! local scalars
127      REAL(wp) ::   zsur, za0, za1, zkth, zacr   ! Values for the Madec & Imbard (1996) function 
128      !!----------------------------------------------------------------------
129      !
130      ! Set parameters of z(k) function
131      ! -------------------------------
132      zsur = -2033.194295283385_wp       
133      za0  =   155.8325369664153_wp 
134      za1  =   146.3615918601890_wp
135      zkth =    17.28520372419791_wp   
136      zacr =     5.0_wp       
137      !
138      IF(lwp) THEN            ! Parameter print
139         WRITE(numout,*)
140         WRITE(numout,*) '    zgr_z   : Reference vertical z-coordinates '
141         WRITE(numout,*) '    ~~~~~~~'
142         WRITE(numout,*) '       GYRE case : MI96 function with the following coefficients :'
143         WRITE(numout,*) '                 zsur = ', zsur
144         WRITE(numout,*) '                 za0  = ', za0
145         WRITE(numout,*) '                 za1  = ', za1
146         WRITE(numout,*) '                 zkth = ', zkth
147         WRITE(numout,*) '                 zacr = ', zacr
148      ENDIF
149
150      !
151      ! 1D Reference z-coordinate    (using Madec & Imbard 1996 function)
152      ! -------------------------
153      !
154      DO jk = 1, jpk          ! depth at T and W-points
155         zw = REAL( jk , wp )
156         zt = REAL( jk , wp ) + 0.5_wp
157         pdepw_1d(jk) = ( zsur + za0 * zw + za1 * zacr *  LOG( COSH( (zw-zkth) / zacr ) )  )
158         pdept_1d(jk) = ( zsur + za0 * zt + za1 * zacr *  LOG( COSH( (zt-zkth) / zacr ) )  )
159      END DO
160      !
161      !                       ! e3t and e3w from depth
162      CALL depth_to_e3( pdept_1d, pdepw_1d, pe3t_1d, pe3w_1d ) 
163      !
164      !                       ! recompute depths from SUM(e3)  <== needed
165      CALL e3_to_depth( pe3t_1d, pe3w_1d, pdept_1d, pdepw_1d ) 
166      !
167      IF(lwp) THEN                        ! control print
168         WRITE(numout,*)
169         WRITE(numout,*) '              Reference 1D z-coordinate depth and scale factors:'
170         WRITE(numout, "(9x,' level  gdept_1d  gdepw_1d  e3t_1d   e3w_1d  ')" )
171         WRITE(numout, "(10x, i4, 4f9.2)" ) ( jk, pdept_1d(jk), pdepw_1d(jk), pe3t_1d(jk), pe3w_1d(jk), jk = 1, jpk )
172      ENDIF
173      !
174   END SUBROUTINE zgr_z
175
176
177   SUBROUTINE zgr_msk_top_bot( k_top , k_bot )
178      !!----------------------------------------------------------------------
179      !!                    ***  ROUTINE zgr_msk_top_bot  ***
180      !!
181      !! ** Purpose :   set the masked top and bottom ocean t-levels
182      !!
183      !! ** Method  :   GYRE case = closed flat box ocean without ocean cavities
184      !!                   k_top = 1     except along north, south, east and west boundaries
185      !!                   k_bot = jpk-1 except along north, south, east and west boundaries
186      !!
187      !! ** Action  : - k_top : first wet ocean level index
188      !!              - k_bot : last  wet ocean level index
189      !!----------------------------------------------------------------------
190      INTEGER , DIMENSION(:,:), INTENT(out) ::   k_top , k_bot   ! first & last wet ocean level
191      !
192      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   z2d   ! 2D local workspace
193      !!----------------------------------------------------------------------
194      !
195      IF(lwp) WRITE(numout,*)
196      IF(lwp) WRITE(numout,*) '    zgr_top_bot : defines the top and bottom wet ocean levels.'
197      IF(lwp) WRITE(numout,*) '    ~~~~~~~~~~~'
198      IF(lwp) WRITE(numout,*) '       GYRE case : closed flat box ocean without ocean cavities'
199      !
200      z2d(:,:) = REAL( jpkm1 , wp )                              ! flat bottom
201      !
202      k_bot(:,:) = NINT( z2d(:,:) )          ! =jpkm1 over the ocean point, =0 elsewhere
203      !
204      k_top(:,:) = MIN( 1 , k_bot(:,:) )     ! = 1    over the ocean point, =0 elsewhere
205      !
206   END SUBROUTINE zgr_msk_top_bot
207   
208
209   SUBROUTINE zgr_zco( pdept_1d, pdepw_1d, pe3t_1d, pe3w_1d,   &   ! in : 1D reference vertical coordinate
210      &                pdept   , pdepw   ,                     &   ! out: 3D t & w-points depth
211      &                pe3t    , pe3u    , pe3v   , pe3f   ,   &   !      vertical scale factors
212      &                pe3w    , pe3uw   , pe3vw             )     !          -      -      -
213      !!----------------------------------------------------------------------
214      !!                  ***  ROUTINE zgr_zco  ***
215      !!
216      !! ** Purpose :   define the reference z-coordinate system
217      !!
218      !! ** Method  :   set 3D coord. arrays to reference 1D array
219      !!----------------------------------------------------------------------
220      REAL(wp), DIMENSION(:)    , INTENT(in   ) ::   pdept_1d, pdepw_1d          ! 1D grid-point depth       [m]
221      REAL(wp), DIMENSION(:)    , INTENT(in   ) ::   pe3t_1d , pe3w_1d           ! 1D vertical scale factors [m]
222      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   pdept, pdepw                ! grid-point depth          [m]
223      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   pe3t , pe3u , pe3v , pe3f   ! vertical scale factors    [m]
224      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   pe3w , pe3uw, pe3vw         !    -       -      -
225      !
226      INTEGER  ::   jk
227      !!----------------------------------------------------------------------
228      !
229      DO jk = 1, jpk
230         pdept(:,:,jk) = pdept_1d(jk)
231         pdepw(:,:,jk) = pdepw_1d(jk)
232         pe3t (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
233         pe3u (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
234         pe3v (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
235         pe3f (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
236         pe3w (:,:,jk) = pe3w_1d (jk)
237         pe3uw(:,:,jk) = pe3w_1d (jk)
238         pe3vw(:,:,jk) = pe3w_1d (jk)
239      END DO
240      !
241   END SUBROUTINE zgr_zco
242
243   !!======================================================================
244END MODULE usrdef_zgr
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.