source: NEMO/branches/2020/dev_r12563_ASINTER-06_ABL_improvement/tests/CANAL/MY_SRC/usrdef_zgr.F90 @ 13197

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  • Property svn:keywords set to Id
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Line 
1MODULE usrdef_zgr
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  usrdef_zgr  ***
4   !!
5   !!                      ===  CANAL configuration  ===
6   !!
7   !! User defined : vertical coordinate system of a user configuration
8   !!======================================================================
9   !! History :  4.0  ! 2017-11  (J. Chanut)  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 phycst         ! physical constants
21   USE usrdef_nam, ONLY: rn_domszz, nn_botcase
22   USE depth_e3       ! depth <=> e3
23   !
24   USE in_out_manager ! I/O manager
25   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions (or mpp link)
26   USE lib_mpp        ! distributed memory computing library
27
28   IMPLICIT NONE
29   PRIVATE
30
31   PUBLIC   usr_def_zgr        ! called by domzgr.F90
32
33   !!----------------------------------------------------------------------
34   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
35   !! $Id$
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(out) ::   ld_zco, ld_zps, ld_sco      ! vertical coordinate flags
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  ::   inum   ! local logical unit
62      REAL(WP) ::   z_zco, z_zps, z_sco, z_cav
63      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   z2d   ! 2D workspace
64      !!----------------------------------------------------------------------
65      !
66      IF(lwp) WRITE(numout,*)
67      IF(lwp) WRITE(numout,*) 'usr_def_zgr : CANAL configuration (z-coordinate closed flat box ocean)'
68      IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~'
69      !
70      !
71      ! type of vertical coordinate
72      ! ---------------------------
73      ld_zco    = .TRUE.         ! CANAL case:  z-coordinate without ocean cavities
74      ld_zps    = .FALSE.
75      ld_sco    = .FALSE.
76      ld_isfcav = .FALSE.
77      !
78      !
79      ! Build the vertical coordinate system
80      ! ------------------------------------
81      CALL zgr_z( pdept_1d, pdepw_1d, pe3t_1d , pe3w_1d )   ! Reference z-coordinate system
82      !
83      CALL zgr_msk_top_bot( k_top , k_bot )                 ! masked top and bottom ocean t-level indices
84      !
85      !                                                     ! z-coordinate (3D arrays) from the 1D z-coord.
86      CALL zgr_zco( pdept_1d, pdepw_1d, pe3t_1d, pe3w_1d,   &   ! in  : 1D reference vertical coordinate
87         &          pdept   , pdepw   ,                     &   ! out : 3D t & w-points depth
88         &          pe3t    , pe3u    , pe3v   , pe3f   ,   &   !       vertical scale factors
89         &          pe3w    , pe3uw   , pe3vw             )     !           -      -      -
90      !
91   END SUBROUTINE usr_def_zgr
92
93
94   SUBROUTINE zgr_z( pdept_1d, pdepw_1d, pe3t_1d , pe3w_1d )   ! 1D reference vertical coordinate
95      !!----------------------------------------------------------------------
96      !!                   ***  ROUTINE zgr_z  ***
97      !!
98      !! ** Purpose :   set the 1D depth of model levels and the resulting
99      !!              vertical scale factors.
100      !!
101      !! ** Method  :   1D z-coordinate system (use in all type of coordinate)
102      !!       The depth of model levels is set from dep(k), an analytical function:
103      !!                   w-level: depw_1d  = dep(k)
104      !!                   t-level: dept_1d  = dep(k+0.5)
105      !!       The scale factors are the discrete derivative of the depth:
106      !!                   e3w_1d(jk) = dk[ dept_1d ]
107      !!                   e3t_1d(jk) = dk[ depw_1d ]
108      !!           with at top and bottom :
109      !!                   e3w_1d( 1 ) = 2 * ( dept_1d( 1 ) - depw_1d( 1 ) )
110      !!                   e3t_1d(jpk) = 2 * ( dept_1d(jpk) - depw_1d(jpk) )
111      !!       The depth are then re-computed from the sum of e3. This ensures
112      !!    that depths are identical when reading domain configuration file.
113      !!    Indeed, only e3. are saved in this file, depth are compute by a call
114      !!    to the e3_to_depth subroutine.
115      !!
116      !!       Here the Madec & Imbard (1996) function is used.
117      !!
118      !! ** Action  : - pdept_1d, pdepw_1d : depth of T- and W-point (m)
119      !!              - pe3t_1d , pe3w_1d  : scale factors at T- and W-levels (m)
120      !!
121      !! Reference : Marti, Madec & Delecluse, 1992, JGR, 97, No8, 12,763-12,766.
122      !!             Madec and Imbard, 1996, Clim. Dyn.
123      !!----------------------------------------------------------------------
124      REAL(wp), DIMENSION(:)    , INTENT(out) ::   pdept_1d, pdepw_1d   ! 1D grid-point depth        [m]
125      REAL(wp), DIMENSION(:)    , INTENT(out) ::   pe3t_1d , pe3w_1d    ! 1D vertical scale factors  [m]
126      !
127      INTEGER  ::   jk       ! dummy loop indices
128      REAL(wp) ::   zd       ! local scalar
129      !!----------------------------------------------------------------------
130      !
131      zd = rn_domszz/FLOAT(jpkm1)
132      !
133      IF(lwp) THEN            ! Parameter print
134         WRITE(numout,*)
135         WRITE(numout,*) '    zgr_z   : Reference vertical z-coordinates '
136         WRITE(numout,*) '    ~~~~~~~'
137         WRITE(numout,*) '       CANAL case : uniform vertical grid :'
138         WRITE(numout,*) '                     with thickness = ', zd
139      ENDIF
140
141      !
142      ! 1D Reference z-coordinate    (using Madec & Imbard 1996 function)
143      ! -------------------------
144      !
145      pdepw_1d(1) = 0._wp
146      pdept_1d(1) = 0.5_wp * zd
147      !
148      DO jk = 2, jpk          ! depth at T and W-points
149         pdepw_1d(jk) = pdepw_1d(jk-1) + zd 
150         pdept_1d(jk) = pdept_1d(jk-1) + zd 
151      END DO
152      !
153      !                       ! e3t and e3w from depth
154      CALL depth_to_e3( pdept_1d, pdepw_1d, pe3t_1d, pe3w_1d ) 
155      !
156      !                       ! recompute depths from SUM(e3)  <== needed
157      CALL e3_to_depth( pe3t_1d, pe3w_1d, pdept_1d, pdepw_1d ) 
158      !
159      IF(lwp) THEN                        ! control print
160         WRITE(numout,*)
161         WRITE(numout,*) '              Reference 1D z-coordinate depth and scale factors:'
162         WRITE(numout, "(9x,' level  gdept_1d  gdepw_1d  e3t_1d   e3w_1d  ')" )
163         WRITE(numout, "(10x, i4, 4f9.2)" ) ( jk, pdept_1d(jk), pdepw_1d(jk), pe3t_1d(jk), pe3w_1d(jk), jk = 1, jpk )
164      ENDIF
165      !
166   END SUBROUTINE zgr_z
167
168
169   SUBROUTINE zgr_msk_top_bot( k_top , k_bot )
170      !!----------------------------------------------------------------------
171      !!                    ***  ROUTINE zgr_msk_top_bot  ***
172      !!
173      !! ** Purpose :   set the masked top and bottom ocean t-levels
174      !!
175      !! ** Method  :   CANAL case = closed flat box ocean without ocean cavities
176      !!                   k_top = 1     except along north, south, east and west boundaries
177      !!                   k_bot = jpk-1 except along north, south, east and west boundaries
178      !!
179      !! ** Action  : - k_top : first wet ocean level index
180      !!              - k_bot : last  wet ocean level index
181      !!----------------------------------------------------------------------
182      INTEGER , DIMENSION(:,:), INTENT(out) ::   k_top , k_bot   ! first & last wet ocean level
183      !
184      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   z2d   ! 2D local workspace
185      REAL(wp)                     ::   zmaxlam, zscl
186      !!----------------------------------------------------------------------
187      !
188      IF(lwp) WRITE(numout,*)
189      IF(lwp) WRITE(numout,*) '    zgr_top_bot : defines the top and bottom wet ocean levels.'
190      IF(lwp) WRITE(numout,*) '    ~~~~~~~~~~~'
191      IF(lwp) WRITE(numout,*) '       CANAL case : closed flat box ocean without ocean cavities'
192      !
193      SELECT CASE(nn_botcase)
194      CASE(0)
195         z2d(:,:) = REAL( jpkm1 , wp )          ! flat bottom
196      CASE(1)
197         zmaxlam = MAXVAL(glamt)
198         CALL mpp_max( 'usrdef_zgr', zmaxlam )                 ! max over the global domain
199         zscl = rpi / zmaxlam
200         z2d(:,:) = 0.5 * ( 1. - COS( glamt(:,:) * zscl ) )
201         z2d(:,:) = REAL(jpkm1 - NINT( 0.75 * REAL(jpkm1,wp) * z2d(:,:) ), wp)
202      END SELECT
203      !
204      CALL lbc_lnk( 'usrdef_zgr', z2d, 'T', 1. )           ! set surrounding land to zero (here jperio=0 ==>> closed)
205      !
206      k_bot(:,:) = NINT( z2d(:,:) )          ! =jpkm1 over the ocean point, =0 elsewhere
207      !
208      k_top(:,:) = MIN( 1 , k_bot(:,:) )     ! = 1    over the ocean point, =0 elsewhere
209      !
210   END SUBROUTINE zgr_msk_top_bot
211   
212
213   SUBROUTINE zgr_zco( pdept_1d, pdepw_1d, pe3t_1d, pe3w_1d,   &   ! in : 1D reference vertical coordinate
214      &                pdept   , pdepw   ,                     &   ! out: 3D t & w-points depth
215      &                pe3t    , pe3u    , pe3v   , pe3f   ,   &   !      vertical scale factors
216      &                pe3w    , pe3uw   , pe3vw             )     !          -      -      -
217      !!----------------------------------------------------------------------
218      !!                  ***  ROUTINE zgr_zco  ***
219      !!
220      !! ** Purpose :   define the reference z-coordinate system
221      !!
222      !! ** Method  :   set 3D coord. arrays to reference 1D array
223      !!----------------------------------------------------------------------
224      REAL(wp), DIMENSION(:)    , INTENT(in   ) ::   pdept_1d, pdepw_1d          ! 1D grid-point depth       [m]
225      REAL(wp), DIMENSION(:)    , INTENT(in   ) ::   pe3t_1d , pe3w_1d           ! 1D vertical scale factors [m]
226      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   pdept, pdepw                ! grid-point depth          [m]
227      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   pe3t , pe3u , pe3v , pe3f   ! vertical scale factors    [m]
228      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   pe3w , pe3uw, pe3vw         !    -       -      -
229      !
230      INTEGER  ::   jk
231      !!----------------------------------------------------------------------
232      !
233      DO jk = 1, jpk
234         pdept(:,:,jk) = pdept_1d(jk)
235         pdepw(:,:,jk) = pdepw_1d(jk)
236         pe3t (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
237         pe3u (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
238         pe3v (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
239         pe3f (:,:,jk) = pe3t_1d (jk)
240         pe3w (:,:,jk) = pe3w_1d (jk)
241         pe3uw(:,:,jk) = pe3w_1d (jk)
242         pe3vw(:,:,jk) = pe3w_1d (jk)
243      END DO
244      !
245   END SUBROUTINE zgr_zco
246
247   !!======================================================================
248END MODULE usrdef_zgr
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.