source: NEMO/trunk/tests/ISOMIP+/MY_SRC/eosbn2.F90 @ 13982

Last change on this file since 13982 was 13982, checked in by smasson, 5 months ago

trunk: merge dev_r13923_Tiling_Cleanup_MPI3_LoopFusion into the trunk

File size: 81.9 KB
Line 
1MODULE eosbn2
2   !!==============================================================================
3   !!                       ***  MODULE  eosbn2  ***
4   !! Equation Of Seawater : in situ density - Brunt-Vaisala frequency
5   !!==============================================================================
6   !! History :  OPA  ! 1989-03  (O. Marti)  Original code
7   !!            6.0  ! 1994-07  (G. Madec, M. Imbard)  add bn2
8   !!            6.0  ! 1994-08  (G. Madec)  Add Jackett & McDougall eos
9   !!            7.0  ! 1996-01  (G. Madec)  statement function for e3
10   !!            8.1  ! 1997-07  (G. Madec)  density instead of volumic mass
11   !!             -   ! 1999-02  (G. Madec, N. Grima) semi-implicit pressure gradient
12   !!            8.2  ! 2001-09  (M. Ben Jelloul)  bugfix on linear eos
13   !!   NEMO     1.0  ! 2002-10  (G. Madec)  add eos_init
14   !!             -   ! 2002-11  (G. Madec, A. Bozec)  partial step, eos_insitu_2d
15   !!             -   ! 2003-08  (G. Madec)  F90, free form
16   !!            3.0  ! 2006-08  (G. Madec)  add tfreez function (now eos_fzp function)
17   !!            3.3  ! 2010-05  (C. Ethe, G. Madec)  merge TRC-TRA
18   !!             -   ! 2010-10  (G. Nurser, G. Madec)  add alpha/beta used in ldfslp
19   !!            3.7  ! 2012-03  (F. Roquet, G. Madec)  add primitive of alpha and beta used in PE computation
20   !!             -   ! 2012-05  (F. Roquet)  add Vallis and original JM95 equation of state
21   !!             -   ! 2013-04  (F. Roquet, G. Madec)  add eos_rab, change bn2 computation and reorganize the module
22   !!             -   ! 2014-09  (F. Roquet)  add TEOS-10, S-EOS, and modify EOS-80
23   !!             -   ! 2015-06  (P.A. Bouttier) eos_fzp functions changed to subroutines for AGRIF
24   !!----------------------------------------------------------------------
25
26   !!----------------------------------------------------------------------
27   !!   eos           : generic interface of the equation of state
28   !!   eos_insitu    : Compute the in situ density
29   !!   eos_insitu_pot: Compute the insitu and surface referenced potential volumic mass
30   !!   eos_insitu_2d : Compute the in situ density for 2d fields
31   !!   bn2           : compute the Brunt-Vaisala frequency
32   !!   eos_pt_from_ct: compute the potential temperature from the Conservative Temperature
33   !!   eos_rab       : generic interface of in situ thermal/haline expansion ratio
34   !!   eos_rab_3d    : compute in situ thermal/haline expansion ratio
35   !!   eos_rab_2d    : compute in situ thermal/haline expansion ratio for 2d fields
36   !!   eos_fzp_2d    : freezing temperature for 2d fields
37   !!   eos_fzp_0d    : freezing temperature for scalar
38   !!   eos_init      : set eos parameters (namelist)
39   !!----------------------------------------------------------------------
40   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
41   USE domutl, ONLY : is_tile
42   USE phycst         ! physical constants
43   USE stopar         ! Stochastic T/S fluctuations
44   USE stopts         ! Stochastic T/S fluctuations
45   !
46   USE in_out_manager ! I/O manager
47   USE lib_mpp        ! MPP library
48   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
49   USE prtctl         ! Print control
50   USE lbclnk         ! ocean lateral boundary conditions
51   USE timing         ! Timing
52
53   IMPLICIT NONE
54   PRIVATE
55
56   !                  !! * Interface
57   INTERFACE eos
58      MODULE PROCEDURE eos_insitu, eos_insitu_pot, eos_insitu_2d
59   END INTERFACE
60   !
61   INTERFACE eos_rab
62      MODULE PROCEDURE rab_3d, rab_2d, rab_0d
63   END INTERFACE
64   !
65   INTERFACE eos_fzp 
66      MODULE PROCEDURE eos_fzp_2d, eos_fzp_0d
67   END INTERFACE
68   !
69   PUBLIC   eos            ! called by step, istate, tranpc and zpsgrd modules
70   PUBLIC   bn2            ! called by step module
71   PUBLIC   eos_rab        ! called by ldfslp, zdfddm, trabbl
72   PUBLIC   eos_pt_from_ct ! called by sbcssm
73   PUBLIC   eos_fzp        ! called by traadv_cen2 and sbcice_... modules
74   PUBLIC   eos_pen        ! used for pe diagnostics in trdpen module
75   PUBLIC   eos_init       ! called by istate module
76
77   !                               !!** Namelist nameos **
78   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_TEOS10
79   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_EOS80
80   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_SEOS
81   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_LEOS   ! determine if linear eos is used
82
83   ! Parameters
84   LOGICAL , PUBLIC    ::   l_useCT         ! =T in ln_TEOS10=T (i.e. use eos_pt_from_ct to compute sst_m), =F otherwise
85   INTEGER , PUBLIC    ::   neos            ! Identifier for equation of state used
86
87   INTEGER , PARAMETER ::   np_teos10 = -1  ! parameter for using TEOS10
88   INTEGER , PARAMETER ::   np_eos80  =  0  ! parameter for using EOS80
89   INTEGER , PARAMETER ::   np_seos   = 1   ! parameter for using Simplified Equation of state
90   INTEGER , PARAMETER ::   np_leos   =  2  ! parameter for using linear equation of state (ISOMIP+)
91
92   !                               !!!  simplified eos coefficients (default value: Vallis 2006)
93   REAL(wp) ::   rn_a0      = 1.6550e-1_wp     ! thermal expansion coeff.
94   REAL(wp) ::   rn_b0      = 7.6554e-1_wp     ! saline  expansion coeff.
95   REAL(wp) ::   rn_lambda1 = 5.9520e-2_wp     ! cabbeling coeff. in T^2       
96   REAL(wp) ::   rn_lambda2 = 5.4914e-4_wp     ! cabbeling coeff. in S^2       
97   REAL(wp) ::   rn_mu1     = 1.4970e-4_wp     ! thermobaric coeff. in T 
98   REAL(wp) ::   rn_mu2     = 1.1090e-5_wp     ! thermobaric coeff. in S 
99   REAL(wp) ::   rn_nu      = 2.4341e-3_wp     ! cabbeling coeff. in theta*salt 
100   
101   ! TEOS10/EOS80 parameters
102   REAL(wp) ::   r1_S0, r1_T0, r1_Z0, rdeltaS
103   
104   ! EOS parameters
105   REAL(wp) ::   EOS000 , EOS100 , EOS200 , EOS300 , EOS400 , EOS500 , EOS600
106   REAL(wp) ::   EOS010 , EOS110 , EOS210 , EOS310 , EOS410 , EOS510
107   REAL(wp) ::   EOS020 , EOS120 , EOS220 , EOS320 , EOS420
108   REAL(wp) ::   EOS030 , EOS130 , EOS230 , EOS330
109   REAL(wp) ::   EOS040 , EOS140 , EOS240
110   REAL(wp) ::   EOS050 , EOS150
111   REAL(wp) ::   EOS060
112   REAL(wp) ::   EOS001 , EOS101 , EOS201 , EOS301 , EOS401
113   REAL(wp) ::   EOS011 , EOS111 , EOS211 , EOS311
114   REAL(wp) ::   EOS021 , EOS121 , EOS221
115   REAL(wp) ::   EOS031 , EOS131
116   REAL(wp) ::   EOS041
117   REAL(wp) ::   EOS002 , EOS102 , EOS202
118   REAL(wp) ::   EOS012 , EOS112
119   REAL(wp) ::   EOS022
120   REAL(wp) ::   EOS003 , EOS103
121   REAL(wp) ::   EOS013 
122   
123   ! ALPHA parameters
124   REAL(wp) ::   ALP000 , ALP100 , ALP200 , ALP300 , ALP400 , ALP500
125   REAL(wp) ::   ALP010 , ALP110 , ALP210 , ALP310 , ALP410
126   REAL(wp) ::   ALP020 , ALP120 , ALP220 , ALP320
127   REAL(wp) ::   ALP030 , ALP130 , ALP230
128   REAL(wp) ::   ALP040 , ALP140
129   REAL(wp) ::   ALP050
130   REAL(wp) ::   ALP001 , ALP101 , ALP201 , ALP301
131   REAL(wp) ::   ALP011 , ALP111 , ALP211
132   REAL(wp) ::   ALP021 , ALP121
133   REAL(wp) ::   ALP031
134   REAL(wp) ::   ALP002 , ALP102
135   REAL(wp) ::   ALP012
136   REAL(wp) ::   ALP003
137   
138   ! BETA parameters
139   REAL(wp) ::   BET000 , BET100 , BET200 , BET300 , BET400 , BET500
140   REAL(wp) ::   BET010 , BET110 , BET210 , BET310 , BET410
141   REAL(wp) ::   BET020 , BET120 , BET220 , BET320
142   REAL(wp) ::   BET030 , BET130 , BET230
143   REAL(wp) ::   BET040 , BET140
144   REAL(wp) ::   BET050
145   REAL(wp) ::   BET001 , BET101 , BET201 , BET301
146   REAL(wp) ::   BET011 , BET111 , BET211
147   REAL(wp) ::   BET021 , BET121
148   REAL(wp) ::   BET031
149   REAL(wp) ::   BET002 , BET102
150   REAL(wp) ::   BET012
151   REAL(wp) ::   BET003
152
153   ! PEN parameters
154   REAL(wp) ::   PEN000 , PEN100 , PEN200 , PEN300 , PEN400
155   REAL(wp) ::   PEN010 , PEN110 , PEN210 , PEN310
156   REAL(wp) ::   PEN020 , PEN120 , PEN220
157   REAL(wp) ::   PEN030 , PEN130
158   REAL(wp) ::   PEN040
159   REAL(wp) ::   PEN001 , PEN101 , PEN201
160   REAL(wp) ::   PEN011 , PEN111
161   REAL(wp) ::   PEN021
162   REAL(wp) ::   PEN002 , PEN102
163   REAL(wp) ::   PEN012
164   
165   ! ALPHA_PEN parameters
166   REAL(wp) ::   APE000 , APE100 , APE200 , APE300
167   REAL(wp) ::   APE010 , APE110 , APE210
168   REAL(wp) ::   APE020 , APE120
169   REAL(wp) ::   APE030
170   REAL(wp) ::   APE001 , APE101
171   REAL(wp) ::   APE011
172   REAL(wp) ::   APE002
173
174   ! BETA_PEN parameters
175   REAL(wp) ::   BPE000 , BPE100 , BPE200 , BPE300
176   REAL(wp) ::   BPE010 , BPE110 , BPE210
177   REAL(wp) ::   BPE020 , BPE120
178   REAL(wp) ::   BPE030
179   REAL(wp) ::   BPE001 , BPE101
180   REAL(wp) ::   BPE011
181   REAL(wp) ::   BPE002
182
183   !! * Substitutions
184#  include "do_loop_substitute.h90"
185#  include "domzgr_substitute.h90"
186   !!----------------------------------------------------------------------
187   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
188   !! $Id: eosbn2.F90 10425 2018-12-19 21:54:16Z smasson $
189   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
190   !!----------------------------------------------------------------------
191CONTAINS
192
193   SUBROUTINE eos_insitu( pts, prd, pdep )
194      !!
195      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:,:), INTENT(in   ) ::   pts   ! 1 : potential temperature  [Celsius]
196      !                                                      ! 2 : salinity               [psu]
197      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:)  , INTENT(  out) ::   prd   ! in situ density            [-]
198      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:)  , INTENT(in   ) ::   pdep  ! depth                      [m]
199      !!
200      CALL eos_insitu_t( pts, is_tile(pts), prd, is_tile(prd), pdep, is_tile(pdep) )
201   END SUBROUTINE eos_insitu
202
203   SUBROUTINE eos_insitu_t( pts, ktts, prd, ktrd, pdep, ktdep )
204      !!----------------------------------------------------------------------
205      !!                   ***  ROUTINE eos_insitu  ***
206      !!
207      !! ** Purpose :   Compute the in situ density (ratio rho/rho0) from
208      !!       potential temperature and salinity using an equation of state
209      !!       selected in the nameos namelist
210      !!
211      !! ** Method  :   prd(t,s,z) = ( rho(t,s,z) - rho0 ) / rho0
212      !!         with   prd    in situ density anomaly      no units
213      !!                t      TEOS10: CT or EOS80: PT      Celsius
214      !!                s      TEOS10: SA or EOS80: SP      TEOS10: g/kg or EOS80: psu
215      !!                z      depth                        meters
216      !!                rho    in situ density              kg/m^3
217      !!                rho0   reference density            kg/m^3
218      !!
219      !!     ln_teos10 : polynomial TEOS-10 equation of state is used for rho(t,s,z).
220      !!         Check value: rho = 1028.21993233072 kg/m^3 for z=3000 dbar, ct=3 Celsius, sa=35.5 g/kg
221      !!
222      !!     ln_eos80 : polynomial EOS-80 equation of state is used for rho(t,s,z).
223      !!         Check value: rho = 1028.35011066567 kg/m^3 for z=3000 dbar, pt=3 Celsius, sp=35.5 psu
224      !!
225      !!     ln_seos : simplified equation of state
226      !!              prd(t,s,z) = ( -a0*(1+lambda/2*(T-T0)+mu*z+nu*(S-S0))*(T-T0) + b0*(S-S0) ) / rho0
227      !!              linear case function of T only: rn_alpha<>0, other coefficients = 0
228      !!              linear eos function of T and S: rn_alpha and rn_beta<>0, other coefficients=0
229      !!              Vallis like equation: use default values of coefficients
230      !!
231      !!     ln_leos : linear ISOMIP equation of state
232      !!              prd(t,s,z) = ( -a0*(T-T0) + b0*(S-S0) ) / rho0
233      !!              setup for ISOMIP linear eos
234      !!
235      !! ** Action  :   compute prd , the in situ density (no units)
236      !!
237      !! References :   Roquet et al, Ocean Modelling, in preparation (2014)
238      !!                Vallis, Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics, 2006
239      !!                TEOS-10 Manual, 2010
240      !!----------------------------------------------------------------------
241      INTEGER                                 , INTENT(in   ) ::   ktts, ktrd, ktdep
242      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktts) ,JPK,JPTS), INTENT(in   ) ::   pts   ! 1 : potential temperature  [Celsius]
243      !                                                               ! 2 : salinity               [psu]
244      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktrd) ,JPK     ), INTENT(  out) ::   prd   ! in situ density            [-]
245      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktdep),JPK     ), INTENT(in   ) ::   pdep  ! depth                      [m]
246      !
247      INTEGER  ::   ji, jj, jk                ! dummy loop indices
248      REAL(wp) ::   zt , zh , zs , ztm        ! local scalars
249      REAL(wp) ::   zn , zn0, zn1, zn2, zn3   !   -      -
250      !!----------------------------------------------------------------------
251      !
252      IF( ln_timing )   CALL timing_start('eos-insitu')
253      !
254      SELECT CASE( neos )
255      !
256      CASE( np_teos10, np_eos80 )                !==  polynomial TEOS-10 / EOS-80 ==!
257         !
258         DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
259            !
260            zh  = pdep(ji,jj,jk) * r1_Z0                                  ! depth
261            zt  = pts (ji,jj,jk,jp_tem) * r1_T0                           ! temperature
262            zs  = SQRT( ABS( pts(ji,jj,jk,jp_sal) + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
263            ztm = tmask(ji,jj,jk)                                         ! tmask
264            !
265            zn3 = EOS013*zt   &
266               &   + EOS103*zs+EOS003
267               !
268            zn2 = (EOS022*zt   &
269               &   + EOS112*zs+EOS012)*zt   &
270               &   + (EOS202*zs+EOS102)*zs+EOS002
271               !
272            zn1 = (((EOS041*zt   &
273               &   + EOS131*zs+EOS031)*zt   &
274               &   + (EOS221*zs+EOS121)*zs+EOS021)*zt   &
275               &   + ((EOS311*zs+EOS211)*zs+EOS111)*zs+EOS011)*zt   &
276               &   + (((EOS401*zs+EOS301)*zs+EOS201)*zs+EOS101)*zs+EOS001
277               !
278            zn0 = (((((EOS060*zt   &
279               &   + EOS150*zs+EOS050)*zt   &
280               &   + (EOS240*zs+EOS140)*zs+EOS040)*zt   &
281               &   + ((EOS330*zs+EOS230)*zs+EOS130)*zs+EOS030)*zt   &
282               &   + (((EOS420*zs+EOS320)*zs+EOS220)*zs+EOS120)*zs+EOS020)*zt   &
283               &   + ((((EOS510*zs+EOS410)*zs+EOS310)*zs+EOS210)*zs+EOS110)*zs+EOS010)*zt   &
284               &   + (((((EOS600*zs+EOS500)*zs+EOS400)*zs+EOS300)*zs+EOS200)*zs+EOS100)*zs+EOS000
285               !
286            zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
287            !
288            prd(ji,jj,jk) = (  zn * r1_rho0 - 1._wp  ) * ztm  ! density anomaly (masked)
289            !
290         END_3D
291         !
292      CASE( np_seos )                !==  simplified EOS  ==!
293         !
294         DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
295            zt  = pts  (ji,jj,jk,jp_tem) - 10._wp
296            zs  = pts  (ji,jj,jk,jp_sal) - 35._wp
297            zh  = pdep (ji,jj,jk)
298            ztm = tmask(ji,jj,jk)
299            !
300            zn =  - rn_a0 * ( 1._wp + 0.5_wp*rn_lambda1*zt + rn_mu1*zh ) * zt   &
301               &  + rn_b0 * ( 1._wp - 0.5_wp*rn_lambda2*zs - rn_mu2*zh ) * zs   &
302               &  - rn_nu * zt * zs
303               !                                 
304            prd(ji,jj,jk) = zn * r1_rho0 * ztm                ! density anomaly (masked)
305         END_3D
306         !
307      CASE( np_leos )                !==  linear ISOMIP EOS  ==!
308         !
309         DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
310            zt  = pts  (ji,jj,jk,jp_tem) - (-1._wp)
311            zs  = pts  (ji,jj,jk,jp_sal) - 34.2_wp
312            zh  = pdep (ji,jj,jk)
313            ztm = tmask(ji,jj,jk)
314            !
315            zn =  rho0 * ( - rn_a0 * zt + rn_b0 * zs )
316            !                                 
317            prd(ji,jj,jk) = zn * r1_rho0 * ztm                ! density anomaly (masked)
318         END_3D
319         !
320      END SELECT
321      !
322      IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=prd, clinfo1=' eos-insitu  : ', kdim=jpk )
323      !
324      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('eos-insitu')
325      !
326   END SUBROUTINE eos_insitu_t
327
328
329   SUBROUTINE eos_insitu_pot( pts, prd, prhop, pdep )
330      !!
331      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:,:), INTENT(in   ) ::   pts    ! 1 : potential temperature  [Celsius]
332      !                                                       ! 2 : salinity               [psu]
333      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:)  , INTENT(  out) ::   prd    ! in situ density            [-]
334      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:)  , INTENT(  out) ::   prhop  ! potential density (surface referenced)
335      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:)  , INTENT(in   ) ::   pdep   ! depth                      [m]
336      !!
337      CALL eos_insitu_pot_t( pts, is_tile(pts), prd, is_tile(prd), prhop, is_tile(prhop), pdep, is_tile(pdep) )
338   END SUBROUTINE eos_insitu_pot
339
340
341   SUBROUTINE eos_insitu_pot_t( pts, ktts, prd, ktrd, prhop, ktrhop, pdep, ktdep )
342      !!----------------------------------------------------------------------
343      !!                  ***  ROUTINE eos_insitu_pot  ***
344      !!
345      !! ** Purpose :   Compute the in situ density (ratio rho/rho0) and the
346      !!      potential volumic mass (Kg/m3) from potential temperature and
347      !!      salinity fields using an equation of state selected in the
348      !!     namelist.
349      !!
350      !! ** Action  : - prd  , the in situ density (no units)
351      !!              - prhop, the potential volumic mass (Kg/m3)
352      !!
353      !!----------------------------------------------------------------------
354      INTEGER                                  , INTENT(in   ) ::   ktts, ktrd, ktrhop, ktdep
355      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktts)  ,JPK,JPTS), INTENT(in   ) ::   pts    ! 1 : potential temperature  [Celsius]
356      !                                                                ! 2 : salinity               [psu]
357      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktrd)  ,JPK     ), INTENT(  out) ::   prd    ! in situ density            [-]
358      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktrhop),JPK     ), INTENT(  out) ::   prhop  ! potential density (surface referenced)
359      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktdep) ,JPK     ), INTENT(in   ) ::   pdep   ! depth                      [m]
360      !
361      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jsmp             ! dummy loop indices
362      INTEGER  ::   jdof
363      REAL(wp) ::   zt , zh , zstemp, zs , ztm   ! local scalars
364      REAL(wp) ::   zn , zn0, zn1, zn2, zn3      !   -      -
365      REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: zn0_sto, zn_sto, zsign    ! local vectors
366      !!----------------------------------------------------------------------
367      !
368      IF( ln_timing )   CALL timing_start('eos-pot')
369      !
370      SELECT CASE ( neos )
371      !
372      CASE( np_teos10, np_eos80 )                !==  polynomial TEOS-10 / EOS-80 ==!
373         !
374         ! Stochastic equation of state
375         IF ( ln_sto_eos ) THEN
376            ALLOCATE(zn0_sto(1:2*nn_sto_eos))
377            ALLOCATE(zn_sto(1:2*nn_sto_eos))
378            ALLOCATE(zsign(1:2*nn_sto_eos))
379            DO jsmp = 1, 2*nn_sto_eos, 2
380              zsign(jsmp)   = 1._wp
381              zsign(jsmp+1) = -1._wp
382            END DO
383            !
384            DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
385               !
386               ! compute density (2*nn_sto_eos) times:
387               ! (1) for t+dt, s+ds (with the random TS fluctutation computed in sto_pts)
388               ! (2) for t-dt, s-ds (with the opposite fluctuation)
389               DO jsmp = 1, nn_sto_eos*2
390                  jdof   = (jsmp + 1) / 2
391                  zh     = pdep(ji,jj,jk) * r1_Z0                                  ! depth
392                  zt     = (pts (ji,jj,jk,jp_tem) + pts_ran(ji,jj,jk,jp_tem,jdof) * zsign(jsmp)) * r1_T0    ! temperature
393                  zstemp = pts  (ji,jj,jk,jp_sal) + pts_ran(ji,jj,jk,jp_sal,jdof) * zsign(jsmp)
394                  zs     = SQRT( ABS( zstemp + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
395                  ztm    = tmask(ji,jj,jk)                                         ! tmask
396                  !
397                  zn3 = EOS013*zt   &
398                     &   + EOS103*zs+EOS003
399                     !
400                  zn2 = (EOS022*zt   &
401                     &   + EOS112*zs+EOS012)*zt   &
402                     &   + (EOS202*zs+EOS102)*zs+EOS002
403                     !
404                  zn1 = (((EOS041*zt   &
405                     &   + EOS131*zs+EOS031)*zt   &
406                     &   + (EOS221*zs+EOS121)*zs+EOS021)*zt   &
407                     &   + ((EOS311*zs+EOS211)*zs+EOS111)*zs+EOS011)*zt   &
408                     &   + (((EOS401*zs+EOS301)*zs+EOS201)*zs+EOS101)*zs+EOS001
409                     !
410                  zn0_sto(jsmp) = (((((EOS060*zt   &
411                     &   + EOS150*zs+EOS050)*zt   &
412                     &   + (EOS240*zs+EOS140)*zs+EOS040)*zt   &
413                     &   + ((EOS330*zs+EOS230)*zs+EOS130)*zs+EOS030)*zt   &
414                     &   + (((EOS420*zs+EOS320)*zs+EOS220)*zs+EOS120)*zs+EOS020)*zt   &
415                     &   + ((((EOS510*zs+EOS410)*zs+EOS310)*zs+EOS210)*zs+EOS110)*zs+EOS010)*zt   &
416                     &   + (((((EOS600*zs+EOS500)*zs+EOS400)*zs+EOS300)*zs+EOS200)*zs+EOS100)*zs+EOS000
417                     !
418                  zn_sto(jsmp)  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0_sto(jsmp)
419               END DO
420               !
421               ! compute stochastic density as the mean of the (2*nn_sto_eos) densities
422               prhop(ji,jj,jk) = 0._wp ; prd(ji,jj,jk) = 0._wp
423               DO jsmp = 1, nn_sto_eos*2
424                  prhop(ji,jj,jk) = prhop(ji,jj,jk) + zn0_sto(jsmp)                      ! potential density referenced at the surface
425                  !
426                  prd(ji,jj,jk) = prd(ji,jj,jk) + (  zn_sto(jsmp) * r1_rho0 - 1._wp  )   ! density anomaly (masked)
427               END DO
428               prhop(ji,jj,jk) = 0.5_wp * prhop(ji,jj,jk) * ztm / nn_sto_eos
429               prd  (ji,jj,jk) = 0.5_wp * prd  (ji,jj,jk) * ztm / nn_sto_eos
430            END_3D
431            DEALLOCATE(zn0_sto,zn_sto,zsign)
432         ! Non-stochastic equation of state
433         ELSE
434            DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
435               !
436               zh  = pdep(ji,jj,jk) * r1_Z0                                  ! depth
437               zt  = pts (ji,jj,jk,jp_tem) * r1_T0                           ! temperature
438               zs  = SQRT( ABS( pts(ji,jj,jk,jp_sal) + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
439               ztm = tmask(ji,jj,jk)                                         ! tmask
440               !
441               zn3 = EOS013*zt   &
442                  &   + EOS103*zs+EOS003
443                  !
444               zn2 = (EOS022*zt   &
445                  &   + EOS112*zs+EOS012)*zt   &
446                  &   + (EOS202*zs+EOS102)*zs+EOS002
447                  !
448               zn1 = (((EOS041*zt   &
449                  &   + EOS131*zs+EOS031)*zt   &
450                  &   + (EOS221*zs+EOS121)*zs+EOS021)*zt   &
451                  &   + ((EOS311*zs+EOS211)*zs+EOS111)*zs+EOS011)*zt   &
452                  &   + (((EOS401*zs+EOS301)*zs+EOS201)*zs+EOS101)*zs+EOS001
453                  !
454               zn0 = (((((EOS060*zt   &
455                  &   + EOS150*zs+EOS050)*zt   &
456                  &   + (EOS240*zs+EOS140)*zs+EOS040)*zt   &
457                  &   + ((EOS330*zs+EOS230)*zs+EOS130)*zs+EOS030)*zt   &
458                  &   + (((EOS420*zs+EOS320)*zs+EOS220)*zs+EOS120)*zs+EOS020)*zt   &
459                  &   + ((((EOS510*zs+EOS410)*zs+EOS310)*zs+EOS210)*zs+EOS110)*zs+EOS010)*zt   &
460                  &   + (((((EOS600*zs+EOS500)*zs+EOS400)*zs+EOS300)*zs+EOS200)*zs+EOS100)*zs+EOS000
461                  !
462               zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
463               !
464               prhop(ji,jj,jk) = zn0 * ztm                           ! potential density referenced at the surface
465               !
466               prd(ji,jj,jk) = (  zn * r1_rho0 - 1._wp  ) * ztm      ! density anomaly (masked)
467            END_3D
468         ENDIF
469         
470      CASE( np_seos )                !==  simplified EOS  ==!
471         !
472         DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
473            zt  = pts  (ji,jj,jk,jp_tem) - 10._wp
474            zs  = pts  (ji,jj,jk,jp_sal) - 35._wp
475            zh  = pdep (ji,jj,jk)
476            ztm = tmask(ji,jj,jk)
477            !                                                     ! potential density referenced at the surface
478            zn =  - rn_a0 * ( 1._wp + 0.5_wp*rn_lambda1*zt ) * zt   &
479               &  + rn_b0 * ( 1._wp - 0.5_wp*rn_lambda2*zs ) * zs   &
480               &  - rn_nu * zt * zs
481            prhop(ji,jj,jk) = ( rho0 + zn ) * ztm
482            !                                                     ! density anomaly (masked)
483            zn = zn - ( rn_a0 * rn_mu1 * zt + rn_b0 * rn_mu2 * zs ) * zh
484            prd(ji,jj,jk) = zn * r1_rho0 * ztm
485            !
486         END_3D
487         !
488      CASE( np_leos )                !==  linear ISOMIP EOS  ==!
489         !
490         DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
491            zt  = pts  (ji,jj,jk,jp_tem) - (-1._wp)
492            zs  = pts  (ji,jj,jk,jp_sal) - 34.2_wp
493            zh  = pdep (ji,jj,jk)
494            ztm = tmask(ji,jj,jk)
495            !                                                     ! potential density referenced at the surface
496            zn =  rho0 * ( - rn_a0 * zt + rn_b0 * zs )
497            prhop(ji,jj,jk) = ( rho0 + zn ) * ztm
498            !                                                     ! density anomaly (masked)
499            prd(ji,jj,jk) = zn * r1_rho0 * ztm
500            !
501         END_3D
502         !
503      END SELECT
504      !
505      IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=prd, clinfo1=' eos-pot: ', tab3d_2=prhop, clinfo2=' pot : ', kdim=jpk )
506      !
507      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('eos-pot')
508      !
509   END SUBROUTINE eos_insitu_pot_t
510
511
512   SUBROUTINE eos_insitu_2d( pts, pdep, prd )
513      !!
514      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   pts   ! 1 : potential temperature  [Celsius]
515      !                                                    ! 2 : salinity               [psu]
516      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   pdep  ! depth                      [m]
517      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(  out) ::   prd   ! in situ density
518      !!
519      CALL eos_insitu_2d_t( pts, is_tile(pts), pdep, is_tile(pdep), prd, is_tile(prd) )
520   END SUBROUTINE eos_insitu_2d
521
522
523   SUBROUTINE eos_insitu_2d_t( pts, ktts, pdep, ktdep, prd, ktrd )
524      !!----------------------------------------------------------------------
525      !!                  ***  ROUTINE eos_insitu_2d  ***
526      !!
527      !! ** Purpose :   Compute the in situ density (ratio rho/rho0) from
528      !!      potential temperature and salinity using an equation of state
529      !!      selected in the nameos namelist. * 2D field case
530      !!
531      !! ** Action  : - prd , the in situ density (no units) (unmasked)
532      !!
533      !!----------------------------------------------------------------------
534      INTEGER                            , INTENT(in   ) ::   ktts, ktdep, ktrd
535      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktts),JPTS), INTENT(in   ) ::   pts   ! 1 : potential temperature  [Celsius]
536      !                                                           ! 2 : salinity               [psu]
537      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktdep)    ), INTENT(in   ) ::   pdep  ! depth                      [m]
538      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktrd)     ), INTENT(  out) ::   prd   ! in situ density
539      !
540      INTEGER  ::   ji, jj, jk                ! dummy loop indices
541      REAL(wp) ::   zt , zh , zs              ! local scalars
542      REAL(wp) ::   zn , zn0, zn1, zn2, zn3   !   -      -
543      !!----------------------------------------------------------------------
544      !
545      IF( ln_timing )   CALL timing_start('eos2d')
546      !
547      prd(:,:) = 0._wp
548      !
549      SELECT CASE( neos )
550      !
551      CASE( np_teos10, np_eos80 )                !==  polynomial TEOS-10 / EOS-80 ==!
552         !
553         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
554            !
555            zh  = pdep(ji,jj) * r1_Z0                                  ! depth
556            zt  = pts (ji,jj,jp_tem) * r1_T0                           ! temperature
557            zs  = SQRT( ABS( pts(ji,jj,jp_sal) + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
558            !
559            zn3 = EOS013*zt   &
560               &   + EOS103*zs+EOS003
561               !
562            zn2 = (EOS022*zt   &
563               &   + EOS112*zs+EOS012)*zt   &
564               &   + (EOS202*zs+EOS102)*zs+EOS002
565               !
566            zn1 = (((EOS041*zt   &
567               &   + EOS131*zs+EOS031)*zt   &
568               &   + (EOS221*zs+EOS121)*zs+EOS021)*zt   &
569               &   + ((EOS311*zs+EOS211)*zs+EOS111)*zs+EOS011)*zt   &
570               &   + (((EOS401*zs+EOS301)*zs+EOS201)*zs+EOS101)*zs+EOS001
571               !
572            zn0 = (((((EOS060*zt   &
573               &   + EOS150*zs+EOS050)*zt   &
574               &   + (EOS240*zs+EOS140)*zs+EOS040)*zt   &
575               &   + ((EOS330*zs+EOS230)*zs+EOS130)*zs+EOS030)*zt   &
576               &   + (((EOS420*zs+EOS320)*zs+EOS220)*zs+EOS120)*zs+EOS020)*zt   &
577               &   + ((((EOS510*zs+EOS410)*zs+EOS310)*zs+EOS210)*zs+EOS110)*zs+EOS010)*zt   &
578               &   + (((((EOS600*zs+EOS500)*zs+EOS400)*zs+EOS300)*zs+EOS200)*zs+EOS100)*zs+EOS000
579               !
580            zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
581            !
582            prd(ji,jj) = zn * r1_rho0 - 1._wp               ! unmasked in situ density anomaly
583            !
584         END_2D
585         !
586      CASE( np_seos )                !==  simplified EOS  ==!
587         !
588         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
589            !
590            zt    = pts  (ji,jj,jp_tem)  - 10._wp
591            zs    = pts  (ji,jj,jp_sal)  - 35._wp
592            zh    = pdep (ji,jj)                         ! depth at the partial step level
593            !
594            zn =  - rn_a0 * ( 1._wp + 0.5_wp*rn_lambda1*zt + rn_mu1*zh ) * zt   &
595               &  + rn_b0 * ( 1._wp - 0.5_wp*rn_lambda2*zs - rn_mu2*zh ) * zs   &
596               &  - rn_nu * zt * zs
597               !
598            prd(ji,jj) = zn * r1_rho0               ! unmasked in situ density anomaly
599            !
600         END_2D
601         !
602      CASE( np_leos )                !==  ISOMIP EOS  ==!
603         !
604         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
605            !
606            zt    = pts  (ji,jj,jp_tem)  - (-1._wp)
607            zs    = pts  (ji,jj,jp_sal)  - 34.2_wp
608            zh    = pdep (ji,jj)                         ! depth at the partial step level
609            !
610            zn =  rho0 * ( - rn_a0 * zt + rn_b0 * zs )
611            !
612            prd(ji,jj) = zn * r1_rho0               ! unmasked in situ density anomaly
613            !
614         END_2D
615         !
616         !
617      END SELECT
618      !
619      IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab2d_1=prd, clinfo1=' eos2d: ' )
620      !
621      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('eos2d')
622      !
623   END SUBROUTINE eos_insitu_2d_t
624
625
626   SUBROUTINE rab_3d( pts, pab, Kmm )
627      !!
628      INTEGER                     , INTENT(in   ) ::   Kmm   ! time level index
629      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:,:), INTENT(in   ) ::   pts   ! pot. temperature & salinity
630      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:,:), INTENT(  out) ::   pab   ! thermal/haline expansion ratio
631      !!
632      CALL rab_3d_t( pts, is_tile(pts), pab, is_tile(pab), Kmm )
633   END SUBROUTINE rab_3d
634
635
636   SUBROUTINE rab_3d_t( pts, ktts, pab, ktab, Kmm )
637      !!----------------------------------------------------------------------
638      !!                 ***  ROUTINE rab_3d  ***
639      !!
640      !! ** Purpose :   Calculates thermal/haline expansion ratio at T-points
641      !!
642      !! ** Method  :   calculates alpha / beta at T-points
643      !!
644      !! ** Action  : - pab     : thermal/haline expansion ratio at T-points
645      !!----------------------------------------------------------------------
646      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   Kmm   ! time level index
647      INTEGER                                , INTENT(in   ) ::   ktts, ktab
648      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktts),JPK,JPTS), INTENT(in   ) ::   pts   ! pot. temperature & salinity
649      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktab),JPK,JPTS), INTENT(  out) ::   pab   ! thermal/haline expansion ratio
650      !
651      INTEGER  ::   ji, jj, jk                ! dummy loop indices
652      REAL(wp) ::   zt , zh , zs , ztm        ! local scalars
653      REAL(wp) ::   zn , zn0, zn1, zn2, zn3   !   -      -
654      !!----------------------------------------------------------------------
655      !
656      IF( ln_timing )   CALL timing_start('rab_3d')
657      !
658      SELECT CASE ( neos )
659      !
660      CASE( np_teos10, np_eos80 )                !==  polynomial TEOS-10 / EOS-80 ==!
661         !
662         DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
663            !
664            zh  = gdept(ji,jj,jk,Kmm) * r1_Z0                                ! depth
665            zt  = pts (ji,jj,jk,jp_tem) * r1_T0                           ! temperature
666            zs  = SQRT( ABS( pts(ji,jj,jk,jp_sal) + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
667            ztm = tmask(ji,jj,jk)                                         ! tmask
668            !
669            ! alpha
670            zn3 = ALP003
671            !
672            zn2 = ALP012*zt + ALP102*zs+ALP002
673            !
674            zn1 = ((ALP031*zt   &
675               &   + ALP121*zs+ALP021)*zt   &
676               &   + (ALP211*zs+ALP111)*zs+ALP011)*zt   &
677               &   + ((ALP301*zs+ALP201)*zs+ALP101)*zs+ALP001
678               !
679            zn0 = ((((ALP050*zt   &
680               &   + ALP140*zs+ALP040)*zt   &
681               &   + (ALP230*zs+ALP130)*zs+ALP030)*zt   &
682               &   + ((ALP320*zs+ALP220)*zs+ALP120)*zs+ALP020)*zt   &
683               &   + (((ALP410*zs+ALP310)*zs+ALP210)*zs+ALP110)*zs+ALP010)*zt   &
684               &   + ((((ALP500*zs+ALP400)*zs+ALP300)*zs+ALP200)*zs+ALP100)*zs+ALP000
685               !
686            zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
687            !
688            pab(ji,jj,jk,jp_tem) = zn * r1_rho0 * ztm
689            !
690            ! beta
691            zn3 = BET003
692            !
693            zn2 = BET012*zt + BET102*zs+BET002
694            !
695            zn1 = ((BET031*zt   &
696               &   + BET121*zs+BET021)*zt   &
697               &   + (BET211*zs+BET111)*zs+BET011)*zt   &
698               &   + ((BET301*zs+BET201)*zs+BET101)*zs+BET001
699               !
700            zn0 = ((((BET050*zt   &
701               &   + BET140*zs+BET040)*zt   &
702               &   + (BET230*zs+BET130)*zs+BET030)*zt   &
703               &   + ((BET320*zs+BET220)*zs+BET120)*zs+BET020)*zt   &
704               &   + (((BET410*zs+BET310)*zs+BET210)*zs+BET110)*zs+BET010)*zt   &
705               &   + ((((BET500*zs+BET400)*zs+BET300)*zs+BET200)*zs+BET100)*zs+BET000
706               !
707            zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
708            !
709            pab(ji,jj,jk,jp_sal) = zn / zs * r1_rho0 * ztm
710            !
711         END_3D
712         !
713      CASE( np_seos )                  !==  simplified EOS  ==!
714         !
715         DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
716            zt  = pts (ji,jj,jk,jp_tem) - 10._wp   ! pot. temperature anomaly (t-T0)
717            zs  = pts (ji,jj,jk,jp_sal) - 35._wp   ! abs. salinity anomaly (s-S0)
718            zh  = gdept(ji,jj,jk,Kmm)                ! depth in meters at t-point
719            ztm = tmask(ji,jj,jk)                  ! land/sea bottom mask = surf. mask
720            !
721            zn  = rn_a0 * ( 1._wp + rn_lambda1*zt + rn_mu1*zh ) + rn_nu*zs
722            pab(ji,jj,jk,jp_tem) = zn * r1_rho0 * ztm   ! alpha
723            !
724            zn  = rn_b0 * ( 1._wp - rn_lambda2*zs - rn_mu2*zh ) - rn_nu*zt
725            pab(ji,jj,jk,jp_sal) = zn * r1_rho0 * ztm   ! beta
726            !
727         END_3D
728         !
729      CASE( np_leos )                  !==  linear ISOMIP EOS  ==!
730         !
731         DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
732            zt  = pts (ji,jj,jk,jp_tem) - (-1._wp)
733            zs  = pts (ji,jj,jk,jp_sal) - 34.2_wp   ! abs. salinity anomaly (s-S0)
734            zh  = gdept(ji,jj,jk,Kmm)                 ! depth in meters at t-point
735            ztm = tmask(ji,jj,jk)                   ! land/sea bottom mask = surf. mask
736            !
737            zn  = rn_a0 * rho0
738            pab(ji,jj,jk,jp_tem) = zn * r1_rho0 * ztm   ! alpha
739            !
740            zn  = rn_b0 * rho0
741            pab(ji,jj,jk,jp_sal) = zn * r1_rho0 * ztm   ! beta
742            !
743         END_3D
744         !
745      CASE DEFAULT
746         WRITE(ctmp1,*) '          bad flag value for neos = ', neos
747         CALL ctl_stop( 'rab_3d:', ctmp1 )
748         !
749      END SELECT
750      !
751      IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=pab(:,:,:,jp_tem), clinfo1=' rab_3d_t: ', &
752         &                                  tab3d_2=pab(:,:,:,jp_sal), clinfo2=' rab_3d_s : ', kdim=jpk )
753      !
754      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('rab_3d')
755      !
756   END SUBROUTINE rab_3d_t
757
758
759   SUBROUTINE rab_2d( pts, pdep, pab, Kmm )
760      !!
761      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   Kmm   ! time level index
762      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   pts    ! pot. temperature & salinity
763      REAL(wp), DIMENSION(:,:)  , INTENT(in   ) ::   pdep   ! depth                  [m]
764      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   pab    ! thermal/haline expansion ratio
765      !!
766      CALL rab_2d_t(pts, is_tile(pts), pdep, is_tile(pdep), pab, is_tile(pab), Kmm)
767   END SUBROUTINE rab_2d
768
769
770   SUBROUTINE rab_2d_t( pts, ktts, pdep, ktdep, pab, ktab, Kmm )
771      !!----------------------------------------------------------------------
772      !!                 ***  ROUTINE rab_2d  ***
773      !!
774      !! ** Purpose :   Calculates thermal/haline expansion ratio for a 2d field (unmasked)
775      !!
776      !! ** Action  : - pab     : thermal/haline expansion ratio at T-points
777      !!----------------------------------------------------------------------
778      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   Kmm   ! time level index
779      INTEGER                            , INTENT(in   ) ::   ktts, ktdep, ktab
780      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktts),JPTS), INTENT(in   ) ::   pts    ! pot. temperature & salinity
781      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktdep)    ), INTENT(in   ) ::   pdep   ! depth                  [m]
782      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktab),JPTS), INTENT(  out) ::   pab    ! thermal/haline expansion ratio
783      !
784      INTEGER  ::   ji, jj, jk                ! dummy loop indices
785      REAL(wp) ::   zt , zh , zs              ! local scalars
786      REAL(wp) ::   zn , zn0, zn1, zn2, zn3   !   -      -
787      !!----------------------------------------------------------------------
788      !
789      IF( ln_timing )   CALL timing_start('rab_2d')
790      !
791      pab(:,:,:) = 0._wp
792      !
793      SELECT CASE ( neos )
794      !
795      CASE( np_teos10, np_eos80 )                !==  polynomial TEOS-10 / EOS-80 ==!
796         !
797         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
798            !
799            zh  = pdep(ji,jj) * r1_Z0                                  ! depth
800            zt  = pts (ji,jj,jp_tem) * r1_T0                           ! temperature
801            zs  = SQRT( ABS( pts(ji,jj,jp_sal) + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
802            !
803            ! alpha
804            zn3 = ALP003
805            !
806            zn2 = ALP012*zt + ALP102*zs+ALP002
807            !
808            zn1 = ((ALP031*zt   &
809               &   + ALP121*zs+ALP021)*zt   &
810               &   + (ALP211*zs+ALP111)*zs+ALP011)*zt   &
811               &   + ((ALP301*zs+ALP201)*zs+ALP101)*zs+ALP001
812               !
813            zn0 = ((((ALP050*zt   &
814               &   + ALP140*zs+ALP040)*zt   &
815               &   + (ALP230*zs+ALP130)*zs+ALP030)*zt   &
816               &   + ((ALP320*zs+ALP220)*zs+ALP120)*zs+ALP020)*zt   &
817               &   + (((ALP410*zs+ALP310)*zs+ALP210)*zs+ALP110)*zs+ALP010)*zt   &
818               &   + ((((ALP500*zs+ALP400)*zs+ALP300)*zs+ALP200)*zs+ALP100)*zs+ALP000
819               !
820            zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
821            !
822            pab(ji,jj,jp_tem) = zn * r1_rho0
823            !
824            ! beta
825            zn3 = BET003
826            !
827            zn2 = BET012*zt + BET102*zs+BET002
828            !
829            zn1 = ((BET031*zt   &
830               &   + BET121*zs+BET021)*zt   &
831               &   + (BET211*zs+BET111)*zs+BET011)*zt   &
832               &   + ((BET301*zs+BET201)*zs+BET101)*zs+BET001
833               !
834            zn0 = ((((BET050*zt   &
835               &   + BET140*zs+BET040)*zt   &
836               &   + (BET230*zs+BET130)*zs+BET030)*zt   &
837               &   + ((BET320*zs+BET220)*zs+BET120)*zs+BET020)*zt   &
838               &   + (((BET410*zs+BET310)*zs+BET210)*zs+BET110)*zs+BET010)*zt   &
839               &   + ((((BET500*zs+BET400)*zs+BET300)*zs+BET200)*zs+BET100)*zs+BET000
840               !
841            zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
842            !
843            pab(ji,jj,jp_sal) = zn / zs * r1_rho0
844            !
845            !
846         END_2D
847         !
848      CASE( np_seos )                  !==  simplified EOS  ==!
849         !
850         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
851            !
852            zt    = pts  (ji,jj,jp_tem) - 10._wp   ! pot. temperature anomaly (t-T0)
853            zs    = pts  (ji,jj,jp_sal) - 35._wp   ! abs. salinity anomaly (s-S0)
854            zh    = pdep (ji,jj)                   ! depth at the partial step level
855            !
856            zn  = rn_a0 * ( 1._wp + rn_lambda1*zt + rn_mu1*zh ) + rn_nu*zs
857            pab(ji,jj,jp_tem) = zn * r1_rho0   ! alpha
858            !
859            zn  = rn_b0 * ( 1._wp - rn_lambda2*zs - rn_mu2*zh ) - rn_nu*zt
860            pab(ji,jj,jp_sal) = zn * r1_rho0   ! beta
861            !
862         END_2D
863         !
864      CASE( np_leos )                  !==  linear ISOMIP EOS  ==!
865         !
866         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
867            !
868            zt    = pts  (ji,jj,jp_tem) - (-1._wp)   ! pot. temperature anomaly (t-T0)
869            zs    = pts  (ji,jj,jp_sal) - 34.2_wp   ! abs. salinity anomaly (s-S0)
870            zh    = pdep (ji,jj)                   ! depth at the partial step level
871            !
872            zn  = rn_a0 * rho0
873            pab(ji,jj,jp_tem) = zn * r1_rho0   ! alpha
874            !
875            zn  = rn_b0 * rho0
876            pab(ji,jj,jp_sal) = zn * r1_rho0   ! beta
877            !
878         END_2D
879         !
880      CASE DEFAULT
881         WRITE(ctmp1,*) '          bad flag value for neos = ', neos
882         CALL ctl_stop( 'rab_2d:', ctmp1 )
883         !
884      END SELECT
885      !
886      IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab2d_1=pab(:,:,jp_tem), clinfo1=' rab_2d_t: ', &
887         &                                  tab2d_2=pab(:,:,jp_sal), clinfo2=' rab_2d_s : ' )
888      !
889      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('rab_2d')
890      !
891   END SUBROUTINE rab_2d_t
892
893
894   SUBROUTINE rab_0d( pts, pdep, pab, Kmm )
895      !!----------------------------------------------------------------------
896      !!                 ***  ROUTINE rab_0d  ***
897      !!
898      !! ** Purpose :   Calculates thermal/haline expansion ratio for a 2d field (unmasked)
899      !!
900      !! ** Action  : - pab     : thermal/haline expansion ratio at T-points
901      !!----------------------------------------------------------------------
902      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   Kmm   ! time level index
903      REAL(wp), DIMENSION(jpts)    , INTENT(in   ) ::   pts    ! pot. temperature & salinity
904      REAL(wp),                      INTENT(in   ) ::   pdep   ! depth                  [m]
905      REAL(wp), DIMENSION(jpts)    , INTENT(  out) ::   pab    ! thermal/haline expansion ratio
906      !
907      REAL(wp) ::   zt , zh , zs              ! local scalars
908      REAL(wp) ::   zn , zn0, zn1, zn2, zn3   !   -      -
909      !!----------------------------------------------------------------------
910      !
911      IF( ln_timing )   CALL timing_start('rab_0d')
912      !
913      pab(:) = 0._wp
914      !
915      SELECT CASE ( neos )
916      !
917      CASE( np_teos10, np_eos80 )      !==  polynomial TEOS-10 / EOS-80 ==!
918         !
919         !
920         zh  = pdep * r1_Z0                                  ! depth
921         zt  = pts (jp_tem) * r1_T0                           ! temperature
922         zs  = SQRT( ABS( pts(jp_sal) + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
923         !
924         ! alpha
925         zn3 = ALP003
926         !
927         zn2 = ALP012*zt + ALP102*zs+ALP002
928         !
929         zn1 = ((ALP031*zt   &
930            &   + ALP121*zs+ALP021)*zt   &
931            &   + (ALP211*zs+ALP111)*zs+ALP011)*zt   &
932            &   + ((ALP301*zs+ALP201)*zs+ALP101)*zs+ALP001
933            !
934         zn0 = ((((ALP050*zt   &
935            &   + ALP140*zs+ALP040)*zt   &
936            &   + (ALP230*zs+ALP130)*zs+ALP030)*zt   &
937            &   + ((ALP320*zs+ALP220)*zs+ALP120)*zs+ALP020)*zt   &
938            &   + (((ALP410*zs+ALP310)*zs+ALP210)*zs+ALP110)*zs+ALP010)*zt   &
939            &   + ((((ALP500*zs+ALP400)*zs+ALP300)*zs+ALP200)*zs+ALP100)*zs+ALP000
940            !
941         zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
942         !
943         pab(jp_tem) = zn * r1_rho0
944         !
945         ! beta
946         zn3 = BET003
947         !
948         zn2 = BET012*zt + BET102*zs+BET002
949         !
950         zn1 = ((BET031*zt   &
951            &   + BET121*zs+BET021)*zt   &
952            &   + (BET211*zs+BET111)*zs+BET011)*zt   &
953            &   + ((BET301*zs+BET201)*zs+BET101)*zs+BET001
954            !
955         zn0 = ((((BET050*zt   &
956            &   + BET140*zs+BET040)*zt   &
957            &   + (BET230*zs+BET130)*zs+BET030)*zt   &
958            &   + ((BET320*zs+BET220)*zs+BET120)*zs+BET020)*zt   &
959            &   + (((BET410*zs+BET310)*zs+BET210)*zs+BET110)*zs+BET010)*zt   &
960            &   + ((((BET500*zs+BET400)*zs+BET300)*zs+BET200)*zs+BET100)*zs+BET000
961            !
962         zn  = ( ( zn3 * zh + zn2 ) * zh + zn1 ) * zh + zn0
963         !
964         pab(jp_sal) = zn / zs * r1_rho0
965         !
966         !
967         !
968      CASE( np_seos )                  !==  simplified EOS  ==!
969         !
970         zt    = pts(jp_tem) - 10._wp   ! pot. temperature anomaly (t-T0)
971         zs    = pts(jp_sal) - 35._wp   ! abs. salinity anomaly (s-S0)
972         zh    = pdep                   ! depth at the partial step level
973         !
974         zn  = rn_a0 * ( 1._wp + rn_lambda1*zt + rn_mu1*zh ) + rn_nu*zs
975         pab(jp_tem) = zn * r1_rho0   ! alpha
976         !
977         zn  = rn_b0 * ( 1._wp - rn_lambda2*zs - rn_mu2*zh ) - rn_nu*zt
978         pab(jp_sal) = zn * r1_rho0   ! beta
979         !
980      CASE( np_leos )                  !==  linear ISOMIP EOS  ==!
981         !
982         zt    = pts(jp_tem) - (-1._wp)   ! pot. temperature anomaly (t-T0)
983         zs    = pts(jp_sal) - 34.2_wp   ! abs. salinity anomaly (s-S0)
984         zh    = pdep                    ! depth at the partial step level
985         !
986         zn  = rn_a0 * rho0
987         pab(jp_tem) = zn * r1_rho0   ! alpha
988         !
989         zn  = rn_b0 * rho0
990         pab(jp_sal) = zn * r1_rho0   ! beta
991         !
992      CASE DEFAULT
993         WRITE(ctmp1,*) '          bad flag value for neos = ', neos
994         CALL ctl_stop( 'rab_0d:', ctmp1 )
995         !
996      END SELECT
997      !
998      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('rab_0d')
999      !
1000   END SUBROUTINE rab_0d
1001
1002
1003   SUBROUTINE bn2( pts, pab, pn2, Kmm )
1004      !!
1005      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::  Kmm   ! time level index
1006      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts), INTENT(in   ) ::  pts   ! pot. temperature and salinity   [Celsius,psu]
1007      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:,:)         , INTENT(in   ) ::  pab   ! thermal/haline expansion coef.  [Celsius-1,psu-1]
1008      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:)           , INTENT(  out) ::  pn2   ! Brunt-Vaisala frequency squared [1/s^2]
1009      !!
1010      CALL bn2_t( pts, pab, is_tile(pab), pn2, is_tile(pn2), Kmm )
1011   END SUBROUTINE bn2
1012
1013
1014   SUBROUTINE bn2_t( pts, pab, ktab, pn2, ktn2, Kmm )
1015      !!----------------------------------------------------------------------
1016      !!                  ***  ROUTINE bn2  ***
1017      !!
1018      !! ** Purpose :   Compute the local Brunt-Vaisala frequency at the
1019      !!                time-step of the input arguments
1020      !!
1021      !! ** Method  :   pn2 = grav * (alpha dk[T] + beta dk[S] ) / e3w
1022      !!      where alpha and beta are given in pab, and computed on T-points.
1023      !!      N.B. N^2 is set one for all to zero at jk=1 in istate module.
1024      !!
1025      !! ** Action  :   pn2 : square of the brunt-vaisala frequency at w-point
1026      !!
1027      !!----------------------------------------------------------------------
1028      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   Kmm   ! time level index
1029      INTEGER                                , INTENT(in   ) ::  ktab, ktn2
1030      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts), INTENT(in   ) ::  pts   ! pot. temperature and salinity   [Celsius,psu]
1031      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktab),JPK,JPTS), INTENT(in   ) ::  pab   ! thermal/haline expansion coef.  [Celsius-1,psu-1]
1032      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(ktn2),JPK     ), INTENT(  out) ::  pn2   ! Brunt-Vaisala frequency squared [1/s^2]
1033      !
1034      INTEGER  ::   ji, jj, jk      ! dummy loop indices
1035      REAL(wp) ::   zaw, zbw, zrw   ! local scalars
1036      !!----------------------------------------------------------------------
1037      !
1038      IF( ln_timing )   CALL timing_start('bn2')
1039      !
1040      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpkm1 )      ! interior points only (2=< jk =< jpkm1 ); surface and bottom value set to zero one for all in istate.F90
1041         zrw =   ( gdepw(ji,jj,jk  ,Kmm) - gdept(ji,jj,jk,Kmm) )   &
1042            &  / ( gdept(ji,jj,jk-1,Kmm) - gdept(ji,jj,jk,Kmm) ) 
1043            !
1044         zaw = pab(ji,jj,jk,jp_tem) * (1. - zrw) + pab(ji,jj,jk-1,jp_tem) * zrw 
1045         zbw = pab(ji,jj,jk,jp_sal) * (1. - zrw) + pab(ji,jj,jk-1,jp_sal) * zrw
1046         !
1047         pn2(ji,jj,jk) = grav * (  zaw * ( pts(ji,jj,jk-1,jp_tem) - pts(ji,jj,jk,jp_tem) )     &
1048            &                    - zbw * ( pts(ji,jj,jk-1,jp_sal) - pts(ji,jj,jk,jp_sal) )  )  &
1049            &            / e3w(ji,jj,jk,Kmm) * wmask(ji,jj,jk)
1050      END_3D
1051      !
1052      IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=pn2, clinfo1=' bn2  : ', kdim=jpk )
1053      !
1054      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('bn2')
1055      !
1056   END SUBROUTINE bn2_t
1057
1058
1059   FUNCTION eos_pt_from_ct( ctmp, psal ) RESULT( ptmp )
1060      !!----------------------------------------------------------------------
1061      !!                 ***  ROUTINE eos_pt_from_ct  ***
1062      !!
1063      !! ** Purpose :   Compute pot.temp. from cons. temp. [Celsius]
1064      !!
1065      !! ** Method  :   rational approximation (5/3th order) of TEOS-10 algorithm
1066      !!       checkvalue: pt=20.02391895 Celsius for sa=35.7g/kg, ct=20degC
1067      !!
1068      !! Reference  :   TEOS-10, UNESCO
1069      !!                Rational approximation to TEOS10 algorithm (rms error on WOA13 values: 4.0e-5 degC)
1070      !!----------------------------------------------------------------------
1071      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in   ) ::   ctmp   ! Cons. Temp   [Celsius]
1072      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in   ) ::   psal   ! salinity     [psu]
1073      ! Leave result array automatic rather than making explicitly allocated
1074      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   ptmp   ! potential temperature [Celsius]
1075      !
1076      INTEGER  ::   ji, jj               ! dummy loop indices
1077      REAL(wp) ::   zt , zs , ztm        ! local scalars
1078      REAL(wp) ::   zn , zd              ! local scalars
1079      REAL(wp) ::   zdeltaS , z1_S0 , z1_T0
1080      !!----------------------------------------------------------------------
1081      !
1082      IF( ln_timing )   CALL timing_start('eos_pt_from_ct')
1083      !
1084      zdeltaS = 5._wp
1085      z1_S0   = 0.875_wp/35.16504_wp
1086      z1_T0   = 1._wp/40._wp
1087      !
1088      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1089         !
1090         zt  = ctmp   (ji,jj) * z1_T0
1091         zs  = SQRT( ABS( psal(ji,jj) + zdeltaS ) * r1_S0 )
1092         ztm = tmask(ji,jj,1)
1093         !
1094         zn = ((((-2.1385727895e-01_wp*zt   &
1095            &   - 2.7674419971e-01_wp*zs+1.0728094330_wp)*zt   &
1096            &   + (2.6366564313_wp*zs+3.3546960647_wp)*zs-7.8012209473_wp)*zt   &
1097            &   + ((1.8835586562_wp*zs+7.3949191679_wp)*zs-3.3937395875_wp)*zs-5.6414948432_wp)*zt   &
1098            &   + (((3.5737370589_wp*zs-1.5512427389e+01_wp)*zs+2.4625741105e+01_wp)*zs   &
1099            &      +1.9912291000e+01_wp)*zs-3.2191146312e+01_wp)*zt   &
1100            &   + ((((5.7153204649e-01_wp*zs-3.0943149543_wp)*zs+9.3052495181_wp)*zs   &
1101            &      -9.4528934807_wp)*zs+3.1066408996_wp)*zs-4.3504021262e-01_wp
1102            !
1103         zd = (2.0035003456_wp*zt   &
1104            &   -3.4570358592e-01_wp*zs+5.6471810638_wp)*zt   &
1105            &   + (1.5393993508_wp*zs-6.9394762624_wp)*zs+1.2750522650e+01_wp
1106            !
1107         ptmp(ji,jj) = ( zt / z1_T0 + zn / zd ) * ztm
1108            !
1109      END_2D
1110      !
1111      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('eos_pt_from_ct')
1112      !
1113   END FUNCTION eos_pt_from_ct
1114
1115
1116   SUBROUTINE  eos_fzp_2d( psal, ptf, pdep )
1117      !!
1118      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in   )           ::   psal   ! salinity   [psu]
1119      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in   ), OPTIONAL ::   pdep   ! depth      [m]
1120      REAL(wp), DIMENSION(:,:)    , INTENT(out  )           ::   ptf    ! freezing temperature [Celsius]
1121      !!
1122      CALL eos_fzp_2d_t( psal, ptf, is_tile(ptf), pdep )
1123   END SUBROUTINE eos_fzp_2d
1124
1125
1126   SUBROUTINE  eos_fzp_2d_t( psal, ptf, kttf, pdep )
1127      !!----------------------------------------------------------------------
1128      !!                 ***  ROUTINE eos_fzp  ***
1129      !!
1130      !! ** Purpose :   Compute the freezing point temperature [Celsius]
1131      !!
1132      !! ** Method  :   UNESCO freezing point (ptf) in Celsius is given by
1133      !!       ptf(t,z) = (-.0575+1.710523e-3*sqrt(abs(s))-2.154996e-4*s)*s - 7.53e-4*z
1134      !!       checkvalue: tf=-2.588567 Celsius for s=40psu, z=500m
1135      !!
1136      !! Reference  :   UNESCO tech. papers in the marine science no. 28. 1978
1137      !!----------------------------------------------------------------------
1138      INTEGER                       , INTENT(in   )           ::   kttf
1139      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in   )           ::   psal   ! salinity   [psu]
1140      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj), INTENT(in   ), OPTIONAL ::   pdep   ! depth      [m]
1141      REAL(wp), DIMENSION(A2D_T(kttf)), INTENT(out  )           ::   ptf    ! freezing temperature [Celsius]
1142      !
1143      INTEGER  ::   ji, jj          ! dummy loop indices
1144      REAL(wp) ::   zt, zs, z1_S0   ! local scalars
1145      !!----------------------------------------------------------------------
1146      !
1147      SELECT CASE ( neos )
1148      !
1149      CASE ( np_teos10, np_seos )      !==  CT,SA (TEOS-10 and S-EOS formulations) ==!
1150         !
1151         z1_S0 = 1._wp / 35.16504_wp
1152         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1153            zs= SQRT( ABS( psal(ji,jj) ) * z1_S0 )           ! square root salinity
1154            ptf(ji,jj) = ((((1.46873e-03_wp*zs-9.64972e-03_wp)*zs+2.28348e-02_wp)*zs &
1155               &          - 3.12775e-02_wp)*zs+2.07679e-02_wp)*zs-5.87701e-02_wp
1156         END_2D
1157         ptf(:,:) = ptf(:,:) * psal(:,:)
1158         !
1159         IF( PRESENT( pdep ) )   ptf(:,:) = ptf(:,:) - 7.53e-4 * pdep(:,:)
1160         !
1161      CASE ( np_eos80 )                !==  PT,SP (UNESCO formulation)  ==!
1162         !
1163         ptf(:,:) = ( - 0.0575_wp + 1.710523e-3_wp * SQRT( psal(:,:) )   &
1164            &                     - 2.154996e-4_wp *       psal(:,:)   ) * psal(:,:)
1165            !
1166         IF( PRESENT( pdep ) )   ptf(:,:) = ptf(:,:) - 7.53e-4 * pdep(:,:)
1167         !
1168      CASE DEFAULT
1169         WRITE(ctmp1,*) '          bad flag value for neos = ', neos
1170         CALL ctl_stop( 'eos_fzp_2d:', ctmp1 )
1171         !
1172      END SELECT     
1173      !
1174  END SUBROUTINE eos_fzp_2d_t
1175
1176
1177  SUBROUTINE eos_fzp_0d( psal, ptf, pdep )
1178      !!----------------------------------------------------------------------
1179      !!                 ***  ROUTINE eos_fzp  ***
1180      !!
1181      !! ** Purpose :   Compute the freezing point temperature [Celsius]
1182      !!
1183      !! ** Method  :   UNESCO freezing point (ptf) in Celsius is given by
1184      !!       ptf(t,z) = (-.0575+1.710523e-3*sqrt(abs(s))-2.154996e-4*s)*s - 7.53e-4*z
1185      !!       checkvalue: tf=-2.588567 Celsius for s=40psu, z=500m
1186      !!
1187      !! Reference  :   UNESCO tech. papers in the marine science no. 28. 1978
1188      !!----------------------------------------------------------------------
1189      REAL(wp), INTENT(in )           ::   psal         ! salinity   [psu]
1190      REAL(wp), INTENT(in ), OPTIONAL ::   pdep         ! depth      [m]
1191      REAL(wp), INTENT(out)           ::   ptf          ! freezing temperature [Celsius]
1192      !
1193      REAL(wp) :: zs   ! local scalars
1194      !!----------------------------------------------------------------------
1195      !
1196      SELECT CASE ( neos )
1197      !
1198      CASE ( np_teos10, np_seos )      !==  CT,SA (TEOS-10 and S-EOS formulations) ==!
1199         !
1200         zs  = SQRT( ABS( psal ) / 35.16504_wp )           ! square root salinity
1201         ptf = ((((1.46873e-03_wp*zs-9.64972e-03_wp)*zs+2.28348e-02_wp)*zs &
1202                  &          - 3.12775e-02_wp)*zs+2.07679e-02_wp)*zs-5.87701e-02_wp
1203         ptf = ptf * psal
1204         !
1205         IF( PRESENT( pdep ) )   ptf = ptf - 7.53e-4 * pdep
1206         !
1207      CASE ( np_eos80 )                !==  PT,SP (UNESCO formulation)  ==!
1208         !
1209         ptf = ( - 0.0575_wp + 1.710523e-3_wp * SQRT( psal )   &
1210            &                - 2.154996e-4_wp *       psal   ) * psal
1211            !
1212         IF( PRESENT( pdep ) )   ptf = ptf - 7.53e-4 * pdep
1213         !
1214      CASE DEFAULT
1215         WRITE(ctmp1,*) '          bad flag value for neos = ', neos
1216         CALL ctl_stop( 'eos_fzp_0d:', ctmp1 )
1217         !
1218      END SELECT
1219      !
1220   END SUBROUTINE eos_fzp_0d
1221
1222
1223   SUBROUTINE eos_pen( pts, pab_pe, ppen, Kmm )
1224      !!----------------------------------------------------------------------
1225      !!                 ***  ROUTINE eos_pen  ***
1226      !!
1227      !! ** Purpose :   Calculates nonlinear anomalies of alpha_PE, beta_PE and PE at T-points
1228      !!
1229      !! ** Method  :   PE is defined analytically as the vertical
1230      !!                   primitive of EOS times -g integrated between 0 and z>0.
1231      !!                pen is the nonlinear bsq-PE anomaly: pen = ( PE - rho0 gz ) / rho0 gz - rd
1232      !!                                                      = 1/z * /int_0^z rd dz - rd
1233      !!                                where rd is the density anomaly (see eos_rhd function)
1234      !!                ab_pe are partial derivatives of PE anomaly with respect to T and S:
1235      !!                    ab_pe(1) = - 1/(rho0 gz) * dPE/dT + drd/dT = - d(pen)/dT
1236      !!                    ab_pe(2) =   1/(rho0 gz) * dPE/dS + drd/dS =   d(pen)/dS
1237      !!
1238      !! ** Action  : - pen         : PE anomaly given at T-points
1239      !!            : - pab_pe  : given at T-points
1240      !!                    pab_pe(:,:,:,jp_tem) is alpha_pe
1241      !!                    pab_pe(:,:,:,jp_sal) is beta_pe
1242      !!----------------------------------------------------------------------
1243      INTEGER                              , INTENT(in   ) ::   Kmm   ! time level index
1244      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts), INTENT(in   ) ::   pts     ! pot. temperature & salinity
1245      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts), INTENT(  out) ::   pab_pe  ! alpha_pe and beta_pe
1246      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk)     , INTENT(  out) ::   ppen     ! potential energy anomaly
1247      !
1248      INTEGER  ::   ji, jj, jk                ! dummy loop indices
1249      REAL(wp) ::   zt , zh , zs , ztm        ! local scalars
1250      REAL(wp) ::   zn , zn0, zn1, zn2        !   -      -
1251      !!----------------------------------------------------------------------
1252      !
1253      IF( ln_timing )   CALL timing_start('eos_pen')
1254      !
1255      SELECT CASE ( neos )
1256      !
1257      CASE( np_teos10, np_eos80 )                !==  polynomial TEOS-10 / EOS-80 ==!
1258         !
1259         DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
1260            !
1261            zh  = gdept(ji,jj,jk,Kmm) * r1_Z0                                ! depth
1262            zt  = pts (ji,jj,jk,jp_tem) * r1_T0                           ! temperature
1263            zs  = SQRT( ABS( pts(ji,jj,jk,jp_sal) + rdeltaS ) * r1_S0 )   ! square root salinity
1264            ztm = tmask(ji,jj,jk)                                         ! tmask
1265            !
1266            ! potential energy non-linear anomaly
1267            zn2 = (PEN012)*zt   &
1268               &   + PEN102*zs+PEN002
1269               !
1270            zn1 = ((PEN021)*zt   &
1271               &   + PEN111*zs+PEN011)*zt   &
1272               &   + (PEN201*zs+PEN101)*zs+PEN001
1273               !
1274            zn0 = ((((PEN040)*zt   &
1275               &   + PEN130*zs+PEN030)*zt   &
1276               &   + (PEN220*zs+PEN120)*zs+PEN020)*zt   &
1277               &   + ((PEN310*zs+PEN210)*zs+PEN110)*zs+PEN010)*zt   &
1278               &   + (((PEN400*zs+PEN300)*zs+PEN200)*zs+PEN100)*zs+PEN000
1279               !
1280            zn  = ( zn2 * zh + zn1 ) * zh + zn0
1281            !
1282            ppen(ji,jj,jk)  = zn * zh * r1_rho0 * ztm
1283            !
1284            ! alphaPE non-linear anomaly
1285            zn2 = APE002
1286            !
1287            zn1 = (APE011)*zt   &
1288               &   + APE101*zs+APE001
1289               !
1290            zn0 = (((APE030)*zt   &
1291               &   + APE120*zs+APE020)*zt   &
1292               &   + (APE210*zs+APE110)*zs+APE010)*zt   &
1293               &   + ((APE300*zs+APE200)*zs+APE100)*zs+APE000
1294               !
1295            zn  = ( zn2 * zh + zn1 ) * zh + zn0
1296            !                             
1297            pab_pe(ji,jj,jk,jp_tem) = zn * zh * r1_rho0 * ztm
1298            !
1299            ! betaPE non-linear anomaly
1300            zn2 = BPE002
1301            !
1302            zn1 = (BPE011)*zt   &
1303               &   + BPE101*zs+BPE001
1304               !
1305            zn0 = (((BPE030)*zt   &
1306               &   + BPE120*zs+BPE020)*zt   &
1307               &   + (BPE210*zs+BPE110)*zs+BPE010)*zt   &
1308               &   + ((BPE300*zs+BPE200)*zs+BPE100)*zs+BPE000
1309               !
1310            zn  = ( zn2 * zh + zn1 ) * zh + zn0
1311            !                             
1312            pab_pe(ji,jj,jk,jp_sal) = zn / zs * zh * r1_rho0 * ztm
1313            !
1314         END_3D
1315         !
1316      CASE( np_seos )                !==  Vallis (2006) simplified EOS  ==!
1317         !
1318         DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
1319            zt  = pts(ji,jj,jk,jp_tem) - 10._wp  ! temperature anomaly (t-T0)
1320            zs = pts (ji,jj,jk,jp_sal) - 35._wp  ! abs. salinity anomaly (s-S0)
1321            zh  = gdept(ji,jj,jk,Kmm)              ! depth in meters  at t-point
1322            ztm = tmask(ji,jj,jk)                ! tmask
1323            zn  = 0.5_wp * zh * r1_rho0 * ztm
1324            !                                    ! Potential Energy
1325            ppen(ji,jj,jk) = ( rn_a0 * rn_mu1 * zt + rn_b0 * rn_mu2 * zs ) * zn
1326            !                                    ! alphaPE
1327            pab_pe(ji,jj,jk,jp_tem) = - rn_a0 * rn_mu1 * zn
1328            pab_pe(ji,jj,jk,jp_sal) =   rn_b0 * rn_mu2 * zn
1329            !
1330         END_3D
1331         !
1332      CASE( np_leos )                !==  linear ISOMIP EOS  ==!
1333         !
1334         DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
1335            zt  = pts(ji,jj,jk,jp_tem) - (-1._wp)  ! temperature anomaly (t-T0)
1336            zs = pts (ji,jj,jk,jp_sal) - 34.2_wp   ! abs. salinity anomaly (s-S0)
1337            zh  = gdept(ji,jj,jk,Kmm)                ! depth in meters  at t-point
1338            ztm = tmask(ji,jj,jk)                  ! tmask
1339            zn  = 0.5_wp * zh * r1_rho0 * ztm
1340            !                                    ! Potential Energy
1341            ppen(ji,jj,jk) = 0.
1342            !                                    ! alphaPE
1343            pab_pe(ji,jj,jk,jp_tem) = 0.
1344            pab_pe(ji,jj,jk,jp_sal) = 0.
1345            !
1346         END_3D
1347         !
1348      CASE DEFAULT
1349         WRITE(ctmp1,*) '          bad flag value for neos = ', neos
1350         CALL ctl_stop( 'eos_pen:', ctmp1 )
1351         !
1352      END SELECT
1353      !
1354      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('eos_pen')
1355      !
1356   END SUBROUTINE eos_pen
1357
1358
1359   SUBROUTINE eos_init
1360      !!----------------------------------------------------------------------
1361      !!                 ***  ROUTINE eos_init  ***
1362      !!
1363      !! ** Purpose :   initializations for the equation of state
1364      !!
1365      !! ** Method  :   Read the namelist nameos and control the parameters
1366      !!----------------------------------------------------------------------
1367      INTEGER  ::   ios   ! local integer
1368      INTEGER  ::   ioptio   ! local integer
1369      !!
1370      NAMELIST/nameos/ ln_TEOS10, ln_EOS80, ln_SEOS, ln_LEOS, rn_a0, rn_b0, &
1371         &             rn_lambda1, rn_mu1, rn_lambda2, rn_mu2, rn_nu
1372      !!----------------------------------------------------------------------
1373      !
1374      READ  ( numnam_ref, nameos, IOSTAT = ios, ERR = 901 )
1375901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'nameos in reference namelist' )
1376      !
1377      READ  ( numnam_cfg, nameos, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
1378902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'nameos in configuration namelist' )
1379      IF(lwm) WRITE( numond, nameos )
1380      !
1381      rho0        = 1027.51_wp     !: volumic mass of reference     [kg/m3]
1382      rcp         = 3974.00_wp     !: heat capacity     [J/K]
1383      !
1384      IF(lwp) THEN                ! Control print
1385         WRITE(numout,*)
1386         WRITE(numout,*) 'eos_init : equation of state'
1387         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~'
1388         WRITE(numout,*) '   Namelist nameos : Chosen the Equation Of Seawater (EOS)'
1389         WRITE(numout,*) '      TEOS-10 : rho=F(Conservative Temperature, Absolute  Salinity, depth)   ln_TEOS10 = ', ln_TEOS10
1390         WRITE(numout,*) '      EOS-80  : rho=F(Potential    Temperature, Practical Salinity, depth)   ln_EOS80  = ', ln_EOS80
1391         WRITE(numout,*) '      S-EOS   : rho=F(Conservative Temperature, Absolute  Salinity, depth)   ln_SEOS   = ', ln_SEOS
1392         WRITE(numout,*) '      L-EOS   : rho=F(Potential    Temperature, Practical Salinity, depth)   ln_LEOS   = ', ln_LEOS
1393      ENDIF
1394
1395      ! Check options for equation of state & set neos based on logical flags
1396      ioptio = 0
1397      IF( ln_TEOS10 ) THEN   ;   ioptio = ioptio+1   ;   neos = np_teos10   ;   ENDIF
1398      IF( ln_EOS80  ) THEN   ;   ioptio = ioptio+1   ;   neos = np_eos80    ;   ENDIF
1399      IF( ln_SEOS   ) THEN   ;   ioptio = ioptio+1   ;   neos = np_seos     ;   ENDIF
1400      IF( ln_LEOS   ) THEN   ;   ioptio = ioptio+1   ;   neos = np_leos     ;   ENDIF
1401      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop("Exactly one equation of state option must be selected")
1402      !
1403      SELECT CASE( neos )         ! check option
1404      !
1405      CASE( np_teos10 )                       !==  polynomial TEOS-10  ==!
1406         IF(lwp) WRITE(numout,*)
1407         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ==>>>   use of TEOS-10 equation of state (cons. temp. and abs. salinity)'
1408         !
1409         l_useCT = .TRUE.                          ! model temperature is Conservative temperature
1410         !
1411         rdeltaS = 32._wp
1412         r1_S0  = 0.875_wp/35.16504_wp
1413         r1_T0  = 1._wp/40._wp
1414         r1_Z0  = 1.e-4_wp
1415         !
1416         EOS000 = 8.0189615746e+02_wp
1417         EOS100 = 8.6672408165e+02_wp
1418         EOS200 = -1.7864682637e+03_wp
1419         EOS300 = 2.0375295546e+03_wp
1420         EOS400 = -1.2849161071e+03_wp
1421         EOS500 = 4.3227585684e+02_wp
1422         EOS600 = -6.0579916612e+01_wp
1423         EOS010 = 2.6010145068e+01_wp
1424         EOS110 = -6.5281885265e+01_wp
1425         EOS210 = 8.1770425108e+01_wp
1426         EOS310 = -5.6888046321e+01_wp
1427         EOS410 = 1.7681814114e+01_wp
1428         EOS510 = -1.9193502195_wp
1429         EOS020 = -3.7074170417e+01_wp
1430         EOS120 = 6.1548258127e+01_wp
1431         EOS220 = -6.0362551501e+01_wp
1432         EOS320 = 2.9130021253e+01_wp
1433         EOS420 = -5.4723692739_wp
1434         EOS030 = 2.1661789529e+01_wp
1435         EOS130 = -3.3449108469e+01_wp
1436         EOS230 = 1.9717078466e+01_wp
1437         EOS330 = -3.1742946532_wp
1438         EOS040 = -8.3627885467_wp
1439         EOS140 = 1.1311538584e+01_wp
1440         EOS240 = -5.3563304045_wp
1441         EOS050 = 5.4048723791e-01_wp
1442         EOS150 = 4.8169980163e-01_wp
1443         EOS060 = -1.9083568888e-01_wp
1444         EOS001 = 1.9681925209e+01_wp
1445         EOS101 = -4.2549998214e+01_wp
1446         EOS201 = 5.0774768218e+01_wp
1447         EOS301 = -3.0938076334e+01_wp
1448         EOS401 = 6.6051753097_wp
1449         EOS011 = -1.3336301113e+01_wp
1450         EOS111 = -4.4870114575_wp
1451         EOS211 = 5.0042598061_wp
1452         EOS311 = -6.5399043664e-01_wp
1453         EOS021 = 6.7080479603_wp
1454         EOS121 = 3.5063081279_wp
1455         EOS221 = -1.8795372996_wp
1456         EOS031 = -2.4649669534_wp
1457         EOS131 = -5.5077101279e-01_wp
1458         EOS041 = 5.5927935970e-01_wp
1459         EOS002 = 2.0660924175_wp
1460         EOS102 = -4.9527603989_wp
1461         EOS202 = 2.5019633244_wp
1462         EOS012 = 2.0564311499_wp
1463         EOS112 = -2.1311365518e-01_wp
1464         EOS022 = -1.2419983026_wp
1465         EOS003 = -2.3342758797e-02_wp
1466         EOS103 = -1.8507636718e-02_wp
1467         EOS013 = 3.7969820455e-01_wp
1468         !
1469         ALP000 = -6.5025362670e-01_wp
1470         ALP100 = 1.6320471316_wp
1471         ALP200 = -2.0442606277_wp
1472         ALP300 = 1.4222011580_wp
1473         ALP400 = -4.4204535284e-01_wp
1474         ALP500 = 4.7983755487e-02_wp
1475         ALP010 = 1.8537085209_wp
1476         ALP110 = -3.0774129064_wp
1477         ALP210 = 3.0181275751_wp
1478         ALP310 = -1.4565010626_wp
1479         ALP410 = 2.7361846370e-01_wp
1480         ALP020 = -1.6246342147_wp
1481         ALP120 = 2.5086831352_wp
1482         ALP220 = -1.4787808849_wp
1483         ALP320 = 2.3807209899e-01_wp
1484         ALP030 = 8.3627885467e-01_wp
1485         ALP130 = -1.1311538584_wp
1486         ALP230 = 5.3563304045e-01_wp
1487         ALP040 = -6.7560904739e-02_wp
1488         ALP140 = -6.0212475204e-02_wp
1489         ALP050 = 2.8625353333e-02_wp
1490         ALP001 = 3.3340752782e-01_wp
1491         ALP101 = 1.1217528644e-01_wp
1492         ALP201 = -1.2510649515e-01_wp
1493         ALP301 = 1.6349760916e-02_wp
1494         ALP011 = -3.3540239802e-01_wp
1495         ALP111 = -1.7531540640e-01_wp
1496         ALP211 = 9.3976864981e-02_wp
1497         ALP021 = 1.8487252150e-01_wp
1498         ALP121 = 4.1307825959e-02_wp
1499         ALP031 = -5.5927935970e-02_wp
1500         ALP002 = -5.1410778748e-02_wp
1501         ALP102 = 5.3278413794e-03_wp
1502         ALP012 = 6.2099915132e-02_wp
1503         ALP003 = -9.4924551138e-03_wp
1504         !
1505         BET000 = 1.0783203594e+01_wp
1506         BET100 = -4.4452095908e+01_wp
1507         BET200 = 7.6048755820e+01_wp
1508         BET300 = -6.3944280668e+01_wp
1509         BET400 = 2.6890441098e+01_wp
1510         BET500 = -4.5221697773_wp
1511         BET010 = -8.1219372432e-01_wp
1512         BET110 = 2.0346663041_wp
1513         BET210 = -2.1232895170_wp
1514         BET310 = 8.7994140485e-01_wp
1515         BET410 = -1.1939638360e-01_wp
1516         BET020 = 7.6574242289e-01_wp
1517         BET120 = -1.5019813020_wp
1518         BET220 = 1.0872489522_wp
1519         BET320 = -2.7233429080e-01_wp
1520         BET030 = -4.1615152308e-01_wp
1521         BET130 = 4.9061350869e-01_wp
1522         BET230 = -1.1847737788e-01_wp
1523         BET040 = 1.4073062708e-01_wp
1524         BET140 = -1.3327978879e-01_wp
1525         BET050 = 5.9929880134e-03_wp
1526         BET001 = -5.2937873009e-01_wp
1527         BET101 = 1.2634116779_wp
1528         BET201 = -1.1547328025_wp
1529         BET301 = 3.2870876279e-01_wp
1530         BET011 = -5.5824407214e-02_wp
1531         BET111 = 1.2451933313e-01_wp
1532         BET211 = -2.4409539932e-02_wp
1533         BET021 = 4.3623149752e-02_wp
1534         BET121 = -4.6767901790e-02_wp
1535         BET031 = -6.8523260060e-03_wp
1536         BET002 = -6.1618945251e-02_wp
1537         BET102 = 6.2255521644e-02_wp
1538         BET012 = -2.6514181169e-03_wp
1539         BET003 = -2.3025968587e-04_wp
1540         !
1541         PEN000 = -9.8409626043_wp
1542         PEN100 = 2.1274999107e+01_wp
1543         PEN200 = -2.5387384109e+01_wp
1544         PEN300 = 1.5469038167e+01_wp
1545         PEN400 = -3.3025876549_wp
1546         PEN010 = 6.6681505563_wp
1547         PEN110 = 2.2435057288_wp
1548         PEN210 = -2.5021299030_wp
1549         PEN310 = 3.2699521832e-01_wp
1550         PEN020 = -3.3540239802_wp
1551         PEN120 = -1.7531540640_wp
1552         PEN220 = 9.3976864981e-01_wp
1553         PEN030 = 1.2324834767_wp
1554         PEN130 = 2.7538550639e-01_wp
1555         PEN040 = -2.7963967985e-01_wp
1556         PEN001 = -1.3773949450_wp
1557         PEN101 = 3.3018402659_wp
1558         PEN201 = -1.6679755496_wp
1559         PEN011 = -1.3709540999_wp
1560         PEN111 = 1.4207577012e-01_wp
1561         PEN021 = 8.2799886843e-01_wp
1562         PEN002 = 1.7507069098e-02_wp
1563         PEN102 = 1.3880727538e-02_wp
1564         PEN012 = -2.8477365341e-01_wp
1565         !
1566         APE000 = -1.6670376391e-01_wp
1567         APE100 = -5.6087643219e-02_wp
1568         APE200 = 6.2553247576e-02_wp
1569         APE300 = -8.1748804580e-03_wp
1570         APE010 = 1.6770119901e-01_wp
1571         APE110 = 8.7657703198e-02_wp
1572         APE210 = -4.6988432490e-02_wp
1573         APE020 = -9.2436260751e-02_wp
1574         APE120 = -2.0653912979e-02_wp
1575         APE030 = 2.7963967985e-02_wp
1576         APE001 = 3.4273852498e-02_wp
1577         APE101 = -3.5518942529e-03_wp
1578         APE011 = -4.1399943421e-02_wp
1579         APE002 = 7.1193413354e-03_wp
1580         !
1581         BPE000 = 2.6468936504e-01_wp
1582         BPE100 = -6.3170583896e-01_wp
1583         BPE200 = 5.7736640125e-01_wp
1584         BPE300 = -1.6435438140e-01_wp
1585         BPE010 = 2.7912203607e-02_wp
1586         BPE110 = -6.2259666565e-02_wp
1587         BPE210 = 1.2204769966e-02_wp
1588         BPE020 = -2.1811574876e-02_wp
1589         BPE120 = 2.3383950895e-02_wp
1590         BPE030 = 3.4261630030e-03_wp
1591         BPE001 = 4.1079296834e-02_wp
1592         BPE101 = -4.1503681096e-02_wp
1593         BPE011 = 1.7676120780e-03_wp
1594         BPE002 = 1.7269476440e-04_wp
1595         !
1596      CASE( np_eos80 )                        !==  polynomial EOS-80 formulation  ==!
1597         !
1598         IF(lwp) WRITE(numout,*)
1599         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ==>>>   use of EOS-80 equation of state (pot. temp. and pract. salinity)'
1600         !
1601         l_useCT = .FALSE.                         ! model temperature is Potential temperature
1602         rdeltaS = 20._wp
1603         r1_S0  = 1._wp/40._wp
1604         r1_T0  = 1._wp/40._wp
1605         r1_Z0  = 1.e-4_wp
1606         !
1607         EOS000 = 9.5356891948e+02_wp
1608         EOS100 = 1.7136499189e+02_wp
1609         EOS200 = -3.7501039454e+02_wp
1610         EOS300 = 5.1856810420e+02_wp
1611         EOS400 = -3.7264470465e+02_wp
1612         EOS500 = 1.4302533998e+02_wp
1613         EOS600 = -2.2856621162e+01_wp
1614         EOS010 = 1.0087518651e+01_wp
1615         EOS110 = -1.3647741861e+01_wp
1616         EOS210 = 8.8478359933_wp
1617         EOS310 = -7.2329388377_wp
1618         EOS410 = 1.4774410611_wp
1619         EOS510 = 2.0036720553e-01_wp
1620         EOS020 = -2.5579830599e+01_wp
1621         EOS120 = 2.4043512327e+01_wp
1622         EOS220 = -1.6807503990e+01_wp
1623         EOS320 = 8.3811577084_wp
1624         EOS420 = -1.9771060192_wp
1625         EOS030 = 1.6846451198e+01_wp
1626         EOS130 = -2.1482926901e+01_wp
1627         EOS230 = 1.0108954054e+01_wp
1628         EOS330 = -6.2675951440e-01_wp
1629         EOS040 = -8.0812310102_wp
1630         EOS140 = 1.0102374985e+01_wp
1631         EOS240 = -4.8340368631_wp
1632         EOS050 = 1.2079167803_wp
1633         EOS150 = 1.1515380987e-01_wp
1634         EOS060 = -2.4520288837e-01_wp
1635         EOS001 = 1.0748601068e+01_wp
1636         EOS101 = -1.7817043500e+01_wp
1637         EOS201 = 2.2181366768e+01_wp
1638         EOS301 = -1.6750916338e+01_wp
1639         EOS401 = 4.1202230403_wp
1640         EOS011 = -1.5852644587e+01_wp
1641         EOS111 = -7.6639383522e-01_wp
1642         EOS211 = 4.1144627302_wp
1643         EOS311 = -6.6955877448e-01_wp
1644         EOS021 = 9.9994861860_wp
1645         EOS121 = -1.9467067787e-01_wp
1646         EOS221 = -1.2177554330_wp
1647         EOS031 = -3.4866102017_wp
1648         EOS131 = 2.2229155620e-01_wp
1649         EOS041 = 5.9503008642e-01_wp
1650         EOS002 = 1.0375676547_wp
1651         EOS102 = -3.4249470629_wp
1652         EOS202 = 2.0542026429_wp
1653         EOS012 = 2.1836324814_wp
1654         EOS112 = -3.4453674320e-01_wp
1655         EOS022 = -1.2548163097_wp
1656         EOS003 = 1.8729078427e-02_wp
1657         EOS103 = -5.7238495240e-02_wp
1658         EOS013 = 3.8306136687e-01_wp
1659         !
1660         ALP000 = -2.5218796628e-01_wp
1661         ALP100 = 3.4119354654e-01_wp
1662         ALP200 = -2.2119589983e-01_wp
1663         ALP300 = 1.8082347094e-01_wp
1664         ALP400 = -3.6936026529e-02_wp
1665         ALP500 = -5.0091801383e-03_wp
1666         ALP010 = 1.2789915300_wp
1667         ALP110 = -1.2021756164_wp
1668         ALP210 = 8.4037519952e-01_wp
1669         ALP310 = -4.1905788542e-01_wp
1670         ALP410 = 9.8855300959e-02_wp
1671         ALP020 = -1.2634838399_wp
1672         ALP120 = 1.6112195176_wp
1673         ALP220 = -7.5817155402e-01_wp
1674         ALP320 = 4.7006963580e-02_wp
1675         ALP030 = 8.0812310102e-01_wp
1676         ALP130 = -1.0102374985_wp
1677         ALP230 = 4.8340368631e-01_wp
1678         ALP040 = -1.5098959754e-01_wp
1679         ALP140 = -1.4394226233e-02_wp
1680         ALP050 = 3.6780433255e-02_wp
1681         ALP001 = 3.9631611467e-01_wp
1682         ALP101 = 1.9159845880e-02_wp
1683         ALP201 = -1.0286156825e-01_wp
1684         ALP301 = 1.6738969362e-02_wp
1685         ALP011 = -4.9997430930e-01_wp
1686         ALP111 = 9.7335338937e-03_wp
1687         ALP211 = 6.0887771651e-02_wp
1688         ALP021 = 2.6149576513e-01_wp
1689         ALP121 = -1.6671866715e-02_wp
1690         ALP031 = -5.9503008642e-02_wp
1691         ALP002 = -5.4590812035e-02_wp
1692         ALP102 = 8.6134185799e-03_wp
1693         ALP012 = 6.2740815484e-02_wp
1694         ALP003 = -9.5765341718e-03_wp
1695         !
1696         BET000 = 2.1420623987_wp
1697         BET100 = -9.3752598635_wp
1698         BET200 = 1.9446303907e+01_wp
1699         BET300 = -1.8632235232e+01_wp
1700         BET400 = 8.9390837485_wp
1701         BET500 = -1.7142465871_wp
1702         BET010 = -1.7059677327e-01_wp
1703         BET110 = 2.2119589983e-01_wp
1704         BET210 = -2.7123520642e-01_wp
1705         BET310 = 7.3872053057e-02_wp
1706         BET410 = 1.2522950346e-02_wp
1707         BET020 = 3.0054390409e-01_wp
1708         BET120 = -4.2018759976e-01_wp
1709         BET220 = 3.1429341406e-01_wp
1710         BET320 = -9.8855300959e-02_wp
1711         BET030 = -2.6853658626e-01_wp
1712         BET130 = 2.5272385134e-01_wp
1713         BET230 = -2.3503481790e-02_wp
1714         BET040 = 1.2627968731e-01_wp
1715         BET140 = -1.2085092158e-01_wp
1716         BET050 = 1.4394226233e-03_wp
1717         BET001 = -2.2271304375e-01_wp
1718         BET101 = 5.5453416919e-01_wp
1719         BET201 = -6.2815936268e-01_wp
1720         BET301 = 2.0601115202e-01_wp
1721         BET011 = -9.5799229402e-03_wp
1722         BET111 = 1.0286156825e-01_wp
1723         BET211 = -2.5108454043e-02_wp
1724         BET021 = -2.4333834734e-03_wp
1725         BET121 = -3.0443885826e-02_wp
1726         BET031 = 2.7786444526e-03_wp
1727         BET002 = -4.2811838287e-02_wp
1728         BET102 = 5.1355066072e-02_wp
1729         BET012 = -4.3067092900e-03_wp
1730         BET003 = -7.1548119050e-04_wp
1731         !
1732         PEN000 = -5.3743005340_wp
1733         PEN100 = 8.9085217499_wp
1734         PEN200 = -1.1090683384e+01_wp
1735         PEN300 = 8.3754581690_wp
1736         PEN400 = -2.0601115202_wp
1737         PEN010 = 7.9263222935_wp
1738         PEN110 = 3.8319691761e-01_wp
1739         PEN210 = -2.0572313651_wp
1740         PEN310 = 3.3477938724e-01_wp
1741         PEN020 = -4.9997430930_wp
1742         PEN120 = 9.7335338937e-02_wp
1743         PEN220 = 6.0887771651e-01_wp
1744         PEN030 = 1.7433051009_wp
1745         PEN130 = -1.1114577810e-01_wp
1746         PEN040 = -2.9751504321e-01_wp
1747         PEN001 = -6.9171176978e-01_wp
1748         PEN101 = 2.2832980419_wp
1749         PEN201 = -1.3694684286_wp
1750         PEN011 = -1.4557549876_wp
1751         PEN111 = 2.2969116213e-01_wp
1752         PEN021 = 8.3654420645e-01_wp
1753         PEN002 = -1.4046808820e-02_wp
1754         PEN102 = 4.2928871430e-02_wp
1755         PEN012 = -2.8729602515e-01_wp
1756         !
1757         APE000 = -1.9815805734e-01_wp
1758         APE100 = -9.5799229402e-03_wp
1759         APE200 = 5.1430784127e-02_wp
1760         APE300 = -8.3694846809e-03_wp
1761         APE010 = 2.4998715465e-01_wp
1762         APE110 = -4.8667669469e-03_wp
1763         APE210 = -3.0443885826e-02_wp
1764         APE020 = -1.3074788257e-01_wp
1765         APE120 = 8.3359333577e-03_wp
1766         APE030 = 2.9751504321e-02_wp
1767         APE001 = 3.6393874690e-02_wp
1768         APE101 = -5.7422790533e-03_wp
1769         APE011 = -4.1827210323e-02_wp
1770         APE002 = 7.1824006288e-03_wp
1771         !
1772         BPE000 = 1.1135652187e-01_wp
1773         BPE100 = -2.7726708459e-01_wp
1774         BPE200 = 3.1407968134e-01_wp
1775         BPE300 = -1.0300557601e-01_wp
1776         BPE010 = 4.7899614701e-03_wp
1777         BPE110 = -5.1430784127e-02_wp
1778         BPE210 = 1.2554227021e-02_wp
1779         BPE020 = 1.2166917367e-03_wp
1780         BPE120 = 1.5221942913e-02_wp
1781         BPE030 = -1.3893222263e-03_wp
1782         BPE001 = 2.8541225524e-02_wp
1783         BPE101 = -3.4236710714e-02_wp
1784         BPE011 = 2.8711395266e-03_wp
1785         BPE002 = 5.3661089288e-04_wp
1786         !
1787      CASE( np_seos )                        !==  Simplified EOS     ==!
1788
1789         r1_S0  = 0.875_wp/35.16504_wp   ! Used to convert CT in potential temperature when using bulk formulae (eos_pt_from_ct)
1790         
1791         IF(lwp) THEN
1792            WRITE(numout,*)
1793            WRITE(numout,*) '   ==>>>   use of simplified eos:    '
1794            WRITE(numout,*) '              rhd(dT=T-10,dS=S-35,Z) = [-a0*(1+lambda1/2*dT+mu1*Z)*dT '
1795            WRITE(numout,*) '                                       + b0*(1+lambda2/2*dT+mu2*Z)*dS - nu*dT*dS] / rho0'
1796            WRITE(numout,*) '              with the following coefficients :'
1797            WRITE(numout,*) '                 thermal exp. coef.    rn_a0      = ', rn_a0
1798            WRITE(numout,*) '                 saline  cont. coef.   rn_b0      = ', rn_b0
1799            WRITE(numout,*) '                 cabbeling coef.       rn_lambda1 = ', rn_lambda1
1800            WRITE(numout,*) '                 cabbeling coef.       rn_lambda2 = ', rn_lambda2
1801            WRITE(numout,*) '                 thermobar. coef.      rn_mu1     = ', rn_mu1
1802            WRITE(numout,*) '                 thermobar. coef.      rn_mu2     = ', rn_mu2
1803            WRITE(numout,*) '                 2nd cabbel. coef.     rn_nu      = ', rn_nu
1804            WRITE(numout,*) '              Caution: rn_beta0=0 incompatible with ddm parameterization '
1805         ENDIF
1806         l_useCT = .TRUE.          ! Use conservative temperature
1807         !
1808      CASE( np_leos )                        !==  Linear ISOMIP EOS     ==!
1809
1810         r1_S0  = 0.875_wp/35.16504_wp   ! Used to convert CT in potential temperature when using bulk formulae (eos_pt_from_ct)
1811         
1812         IF(lwp) THEN
1813            WRITE(numout,*)
1814            WRITE(numout,*) '          use of linear ISOMIP eos:    rhd(dT=T-(-1),dS=S-(34.2),Z) = '
1815            WRITE(numout,*) '             [ -a0*dT + b0*dS ]/rho0'
1816            WRITE(numout,*)
1817            WRITE(numout,*) '             thermal exp. coef.    rn_a0      = ', rn_a0
1818            WRITE(numout,*) '             saline  cont. coef.   rn_b0      = ', rn_b0
1819         ENDIF
1820         l_useCT = .TRUE.          ! Use conservative temperature
1821         !
1822      CASE DEFAULT                     !==  ERROR in neos  ==!
1823         WRITE(ctmp1,*) '          bad flag value for neos = ', neos, '. You should never see this error'
1824         CALL ctl_stop( ctmp1 )
1825         !
1826      END SELECT
1827      !
1828      rho0_rcp    = rho0 * rcp 
1829      r1_rho0     = 1._wp / rho0
1830      r1_rcp      = 1._wp / rcp
1831      r1_rho0_rcp = 1._wp / rho0_rcp 
1832      !
1833      IF(lwp) THEN
1834         IF( l_useCT )   THEN
1835            WRITE(numout,*)
1836            WRITE(numout,*) '   ==>>>   model uses Conservative Temperature'
1837            WRITE(numout,*) '           Important: model must be initialized with CT and SA fields'
1838         ELSE
1839            WRITE(numout,*)
1840            WRITE(numout,*) '   ==>>>   model does not use Conservative Temperature'
1841         ENDIF
1842      ENDIF
1843      !
1844      IF(lwp) WRITE(numout,*)
1845      IF(lwp) WRITE(numout,*) '   Associated physical constant'
1846      IF(lwp) WRITE(numout,*) '      volumic mass of reference           rho0  = ', rho0   , ' kg/m^3'
1847      IF(lwp) WRITE(numout,*) '      1. / rho0                        r1_rho0  = ', r1_rho0, ' m^3/kg'
1848      IF(lwp) WRITE(numout,*) '      ocean specific heat                 rcp   = ', rcp    , ' J/Kelvin'
1849      IF(lwp) WRITE(numout,*) '      rho0 * rcp                       rho0_rcp = ', rho0_rcp
1850      IF(lwp) WRITE(numout,*) '      1. / ( rho0 * rcp )           r1_rho0_rcp = ', r1_rho0_rcp
1851      !
1852   END SUBROUTINE eos_init
1853
1854   !!======================================================================
1855END MODULE eosbn2
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.