/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.10 by adcroft, Thu May 28 16:19:50 1998 UTC revision 1.63 by jmc, Tue Feb 20 15:06:21 2001 UTC
# Line 1  Line 1 
1  C $Header$  C $Header$
2    C $Name$
3    
4  #include "CPP_EEOPTIONS.h"  #include "CPP_OPTIONS.h"
5    
6        SUBROUTINE DYNAMICS(myTime, myIter, myThid)        SUBROUTINE DYNAMICS(myTime, myIter, myThid)
7  C     /==========================================================\  C     /==========================================================\
# Line 20  C     | ===== Line 21  C     | =====
21  C     | C*P* comments indicating place holders for which code is |  C     | C*P* comments indicating place holders for which code is |
22  C     |      presently being developed.                          |  C     |      presently being developed.                          |
23  C     \==========================================================/  C     \==========================================================/
24          IMPLICIT NONE
25    
26  C     == Global variables ===  C     == Global variables ===
27  #include "SIZE.h"  #include "SIZE.h"
# Line 27  C     == Global variables === Line 29  C     == Global variables ===
29  #include "CG2D.h"  #include "CG2D.h"
30  #include "PARAMS.h"  #include "PARAMS.h"
31  #include "DYNVARS.h"  #include "DYNVARS.h"
32    #include "GRID.h"
33    
34    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
35    # include "tamc.h"
36    # include "tamc_keys.h"
37    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
38    
39    #ifdef ALLOW_KPP
40    # include "KPP.h"
41    #endif
42    
43    #ifdef INCLUDE_DIAGNOSTICS_INTERFACE_CODE
44    #include "AVER.h"
45    #endif
46    
47  C     == Routine arguments ==  C     == Routine arguments ==
48  C     myTime - Current time in simulation  C     myTime - Current time in simulation
49  C     myIter - Current iteration number in simulation  C     myIter - Current iteration number in simulation
50  C     myThid - Thread number for this instance of the routine.  C     myThid - Thread number for this instance of the routine.
       INTEGER myThid  
51        _RL myTime        _RL myTime
52        INTEGER myIter        INTEGER myIter
53          INTEGER myThid
54    
55  C     == Local variables  C     == Local variables
56  C     xA, yA                 - Per block temporaries holding face areas  C     xA, yA                 - Per block temporaries holding face areas
57  C     uTrans, vTrans, wTrans - Per block temporaries holding flow transport  C     uTrans, vTrans, rTrans - Per block temporaries holding flow
58    C                              transport
59  C                              o uTrans: Zonal transport  C                              o uTrans: Zonal transport
60  C                              o vTrans: Meridional transport  C                              o vTrans: Meridional transport
61  C                              o wTrans: Vertical transport  C                              o rTrans: Vertical transport
62  C     maskC,maskUp             o maskC: land/water mask for tracer cells  C     maskC,maskUp             o maskC: land/water mask for tracer cells
63  C                              o maskUp: land/water mask for W points  C                              o maskUp: land/water mask for W points
64  C     aTerm, xTerm, cTerm    - Work arrays for holding separate terms in  C     fVer[STUV]               o fVer: Vertical flux term - note fVer
 C     mTerm, pTerm,            tendency equations.  
 C     fZon, fMer, fVer[STUV]   o aTerm: Advection term  
 C                              o xTerm: Mixing term  
 C                              o cTerm: Coriolis term  
 C                              o mTerm: Metric term  
 C                              o pTerm: Pressure term  
 C                              o fZon: Zonal flux term  
 C                              o fMer: Meridional flux term  
 C                              o fVer: Vertical flux term - note fVer  
65  C                                      is "pipelined" in the vertical  C                                      is "pipelined" in the vertical
66  C                                      so we need an fVer for each  C                                      so we need an fVer for each
67  C                                      variable.  C                                      variable.
68  C     iMin, iMax - Ranges and sub-block indices on which calculations  C     rhoK, rhoKM1   - Density at current level, and level above
69  C     jMin, jMax   are applied.  C     phiHyd         - Hydrostatic part of the potential phiHydi.
70    C                      In z coords phiHydiHyd is the hydrostatic
71    C                      pressure anomaly
72    C                      In p coords phiHydiHyd is the geopotential
73    C                      surface height
74    C                      anomaly.
75    C     phiSurfX, - gradient of Surface potentiel (Pressure/rho, ocean)
76    C     phiSurfY             or geopotentiel (atmos) in X and Y direction
77    C     KappaRT,       - Total diffusion in vertical for T and S.
78    C     KappaRS          (background + spatially varying, isopycnal term).
79    C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations
80    C     jMin, jMax       are applied.
81  C     bi, bj  C     bi, bj
82  C     k, kUp, kDown, kM1 - Index for layer above and below. kUp and kDown  C     k, kup,        - Index for layer above and below. kup and kDown
83  C                          are switched with layer to be the appropriate index  C     kDown, km1       are switched with layer to be the appropriate
84  C                          into fVerTerm  C                      index into fVerTerm.
85        _RS xA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS xA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
86        _RS yA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS yA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
87        _RL uTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL uTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
88        _RL vTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL vTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
89        _RL wTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
90        _RS maskC (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS maskC   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
91        _RS maskUp(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS maskUp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
92        _RL aTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerT   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
93        _RL xTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerS   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
94        _RL cTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
95        _RL mTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
96        _RL pTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiHyd  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
97        _RL fZon  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rhokm1  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
98        _RL fMer  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rhok    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
99        _RL fVerT (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL phiSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
100        _RL fVerS (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL phiSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
101        _RL fVerU (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL KappaRT (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
102        _RL fVerV (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL KappaRS (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
103        _RL pH    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)        _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
104        _RL rhokm1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL KappaRV (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
105        _RL rhokp1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL sigmaX  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
106        _RL rhotmp(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL sigmaY  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
107        _RL pSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL sigmaR  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
108        _RL pSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
109        _RL K13   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)  C This is currently used by IVDC and Diagnostics
110        _RL K23   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)        _RL ConvectCount (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
111        _RL K33   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)  
       _RL KapGM (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
112        INTEGER iMin, iMax        INTEGER iMin, iMax
113        INTEGER jMin, jMax        INTEGER jMin, jMax
114        INTEGER bi, bj        INTEGER bi, bj
115        INTEGER i, j        INTEGER i, j
116        INTEGER k, kM1, kUp, kDown        INTEGER k, km1, kup, kDown
117    
118    Cjmc : add for phiHyd output <- but not working if multi tile per CPU
119    c     CHARACTER*(MAX_LEN_MBUF) suff
120    c     LOGICAL  DIFFERENT_MULTIPLE
121    c     EXTERNAL DIFFERENT_MULTIPLE
122    Cjmc(end)
123    
124    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
125          INTEGER    isbyte
126          PARAMETER( isbyte = 4 )
127    
128          INTEGER act1, act2, act3, act4
129          INTEGER max1, max2, max3
130          INTEGER iikey, kkey
131          INTEGER maximpl
132    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
133    
134    C---    The algorithm...
135    C
136    C       "Correction Step"
137    C       =================
138    C       Here we update the horizontal velocities with the surface
139    C       pressure such that the resulting flow is either consistent
140    C       with the free-surface evolution or the rigid-lid:
141    C         U[n] = U* + dt x d/dx P
142    C         V[n] = V* + dt x d/dy P
143    C
144    C       "Calculation of Gs"
145    C       ===================
146    C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.
147    C       physics, parameterizations etc...) are calculated
148    C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )
149    C         b   = b(rho, theta)
150    C         K31 = K31 ( rho )
151    C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], wVel, b, ... )
152    C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], wVel, b, ... )
153    C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
154    C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
155    C
156    C       "Time-stepping" or "Prediction"
157    C       ================================
158    C       The models variables are stepped forward with the appropriate
159    C       time-stepping scheme (currently we use Adams-Bashforth II)
160    C       - For momentum, the result is always *only* a "prediction"
161    C       in that the flow may be divergent and will be "corrected"
162    C       later with a surface pressure gradient.
163    C       - Normally for tracers the result is the new field at time
164    C       level [n+1} *BUT* in the case of implicit diffusion the result
165    C       is also *only* a prediction.
166    C       - We denote "predictors" with an asterisk (*).
167    C         U* = U[n] + dt x ( 3/2 Gu[n] - 1/2 Gu[n-1] )
168    C         V* = V[n] + dt x ( 3/2 Gv[n] - 1/2 Gv[n-1] )
169    C         theta[n+1] = theta[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
170    C         salt[n+1] = salt[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
171    C       With implicit diffusion:
172    C         theta* = theta[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
173    C         salt* = salt[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
174    C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = theta*
175    C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
176    C---
177    
178    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
179    C--   dummy statement to end declaration part
180          ikey = 1
181    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
182    
183  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values
184  C     These inital values do not alter the numerical results. They  C     These inital values do not alter the numerical results. They
# Line 108  C     uninitialised but inert locations. Line 191  C     uninitialised but inert locations.
191          yA(i,j)      = 0. _d 0          yA(i,j)      = 0. _d 0
192          uTrans(i,j)  = 0. _d 0          uTrans(i,j)  = 0. _d 0
193          vTrans(i,j)  = 0. _d 0          vTrans(i,j)  = 0. _d 0
194          aTerm(i,j)   = 0. _d 0          DO k=1,Nr
195          xTerm(i,j)   = 0. _d 0           phiHyd(i,j,k)  = 0. _d 0
196          cTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0
197          mTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0
198          pTerm(i,j)   = 0. _d 0           sigmaX(i,j,k) = 0. _d 0
199          fZon(i,j)    = 0. _d 0           sigmaY(i,j,k) = 0. _d 0
200          fMer(i,j)    = 0. _d 0           sigmaR(i,j,k) = 0. _d 0
         DO K=1,nZ  
          pH (i,j,k)  = 0. _d 0  
          K13(i,j,k) = 0. _d 0  
          K23(i,j,k) = 0. _d 0  
          K33(i,j,k) = 0. _d 0  
201          ENDDO          ENDDO
202          rhokm1(i,j)  = 0. _d 0          rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0
203          rhokp1(i,j)  = 0. _d 0          rhok   (i,j) = 0. _d 0
204          rhotmp(i,j)  = 0. _d 0          maskC  (i,j) = 0. _d 0
205            phiSurfX(i,j) = 0. _d 0
206            phiSurfY(i,j) = 0. _d 0
207         ENDDO         ENDDO
208        ENDDO        ENDDO
209    
210    
211    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
212    C--   HPF directive to help TAMC
213    CHPF$ INDEPENDENT
214    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
215    
216        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
217    
218    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
219    C--    HPF directive to help TAMC
220    CHPF$  INDEPENDENT, NEW (rTrans,fVerT,fVerS,fVerU,fVerV
221    CHPF$&                  ,phiHyd,utrans,vtrans,maskc,xA,yA
222    CHPF$&                  ,KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV
223    CHPF$&                  )
224    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
225    
226         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
227    
228  C--     Boundary condition on hydrostatic pressure is pH(z=0)=0  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
229              act1 = bi - myBxLo(myThid)
230              max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1
231    
232              act2 = bj - myByLo(myThid)
233              max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1
234    
235              act3 = myThid - 1
236              max3 = nTx*nTy
237    
238              act4 = ikey_dynamics - 1
239    
240              ikey = (act1 + 1) + act2*max1
241         &                      + act3*max1*max2
242         &                      + act4*max1*max2*max3
243    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
244    
245    C--     Set up work arrays that need valid initial values
246          DO j=1-OLy,sNy+OLy          DO j=1-OLy,sNy+OLy
247           DO i=1-OLx,sNx+OLx           DO i=1-OLx,sNx+OLx
248            pH(i,j,1) = 0. _d 0            rTrans(i,j)   = 0. _d 0
249            K13(i,j,1) = 0. _d 0            fVerT (i,j,1) = 0. _d 0
250            K23(i,j,1) = 0. _d 0            fVerT (i,j,2) = 0. _d 0
251            K33(i,j,1) = 0. _d 0            fVerS (i,j,1) = 0. _d 0
252            KapGM(i,j) = 0. _d 0            fVerS (i,j,2) = 0. _d 0
253              fVerU (i,j,1) = 0. _d 0
254              fVerU (i,j,2) = 0. _d 0
255              fVerV (i,j,1) = 0. _d 0
256              fVerV (i,j,2) = 0. _d 0
257           ENDDO           ENDDO
258          ENDDO          ENDDO
259    
260  C--     Set up work arrays that need valid initial values          DO k=1,Nr
261          DO j=1-OLy,sNy+OLy           DO j=1-OLy,sNy+OLy
262           DO i=1-OLx,sNx+OLx            DO i=1-OLx,sNx+OLx
263            wTrans(i,j)  = 0. _d 0  C This is currently also used by IVDC and Diagnostics
264            fVerT(i,j,1) = 0. _d 0             ConvectCount(i,j,k) = 0.
265            fVerT(i,j,2) = 0. _d 0             KappaRT(i,j,k) = 0. _d 0
266            fVerS(i,j,1) = 0. _d 0             KappaRS(i,j,k) = 0. _d 0
267            fVerS(i,j,2) = 0. _d 0            ENDDO
           fVerU(i,j,1) = 0. _d 0  
           fVerU(i,j,2) = 0. _d 0  
           fVerV(i,j,1) = 0. _d 0  
           fVerV(i,j,2) = 0. _d 0  
268           ENDDO           ENDDO
269          ENDDO          ENDDO
270    
# Line 161  C--     Set up work arrays that need val Line 273  C--     Set up work arrays that need val
273          jMin = 1-OLy+1          jMin = 1-OLy+1
274          jMax = sNy+OLy          jMax = sNy+OLy
275    
 C--     Calculate gradient of surface pressure  
         CALL GRAD_PSURF(  
      I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,  
      O       pSurfX,pSurfY,  
      I       myThid)  
   
 C--     Update fields in top level according to tendency terms  
         CALL TIMESTEP(  
      I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,1,pSurfX,pSurfY,myThid)  
   
 C--     Density of 1st level (below W(1)) reference to level 1  
         CALL FIND_RHO(  
      I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, 1, 1, eosType,  
      O     rhoKm1,  
      I     myThid )  
 C--     Integrate hydrostatic balance for pH with BC of pH(z=0)=0  
         CALL CALC_PH(  
      I      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,1,rhoKm1,rhoKm1,  
      U      pH,  
      I      myThid )  
         DO J=1-Oly,sNy+Oly  
          DO I=1-Olx,sNx+Olx  
           rhoKp1(I,J)=rhoKm1(I,J)  
          ENDDO  
         ENDDO  
276    
277          DO K=2,Nz  C--     Start of diagnostic loop
278  C--     Update fields in Kth level according to tendency terms          DO k=Nr,1,-1
279          CALL TIMESTEP(  
280       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,pSurfX,pSurfY,myThid)  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
281  C--     Density of K-1 level (above W(K)) reference to K-1 level  C? Patrick, is this formula correct now that we change the loop range?
282  copt    CALL FIND_RHO(  C? Do we still need this?
283  copt I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K-1, K-1, eosType,           kkey = (ikey-1)*(Nr-2+1) + (k-2) + 1
284  copt O     rhoKm1,  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
285  copt I     myThid )  
286  C       rhoKm1=rhoKp1  C--       Integrate continuity vertically for vertical velocity
287          DO J=1-Oly,sNy+Oly            CALL INTEGRATE_FOR_W(
288           DO I=1-Olx,sNx+Olx       I                         bi, bj, k, uVel, vVel,
289            rhoKm1(I,J)=rhoKp1(I,J)       O                         wVel,
290           ENDDO       I                         myThid )
291    
292    #ifdef    ALLOW_OBCS
293    #ifdef    ALLOW_NONHYDROSTATIC
294    C--       Apply OBC to W if in N-H mode
295              IF (useOBCS.AND.nonHydrostatic) THEN
296                CALL OBCS_APPLY_W( bi, bj, k, wVel, myThid )
297              ENDIF
298    #endif    /* ALLOW_NONHYDROSTATIC */
299    #endif    /* ALLOW_OBCS */
300    
301    C--       Calculate gradients of potential density for isoneutral
302    C         slope terms (e.g. GM/Redi tensor or IVDC diffusivity)
303    c         IF ( k.GT.1 .AND. (useGMRedi.OR.ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
304              IF ( useGMRedi .OR. (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
305                CALL FIND_RHO(
306         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, k, eosType,
307         I        theta, salt,
308         O        rhoK,
309         I        myThid )
310                IF (k.GT.1) CALL FIND_RHO(
311         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k-1, k, eosType,
312         I        theta, salt,
313         O        rhoKm1,
314         I        myThid )
315                CALL GRAD_SIGMA(
316         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
317         I             rhoK, rhoKm1, rhoK,
318         O             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
319         I             myThid )
320              ENDIF
321    
322    C--       Implicit Vertical Diffusion for Convection
323    c ==> should use sigmaR !!!
324              IF (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) THEN
325                CALL CALC_IVDC(
326         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
327         I        rhoKm1, rhoK,
328         U        ConvectCount, KappaRT, KappaRS,
329         I        myTime, myIter, myThid)
330              ENDIF
331    
332    C--     end of diagnostic k loop (Nr:1)
333          ENDDO          ENDDO
334  C--     Density of K level (below W(K)) reference to K level  
335          CALL FIND_RHO(  #ifdef  ALLOW_OBCS
336       I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K, K, eosType,  C--     Calculate future values on open boundaries
337       O     rhoKp1,          IF (useOBCS) THEN
338       I     myThid )            CALL OBCS_CALC( bi, bj, myTime+deltaT,
339  C--     Density of K-1 level (above W(K)) reference to K level       I            uVel, vVel, wVel, theta, salt,
         CALL FIND_RHO(  
      I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K-1, K, eosType,  
      O     rhotmp,  
      I     myThid )  
 C--     Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation  
         CALL CALC_ISOSLOPES(  
      I            bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K,  
      I            rhoKm1, rhoKp1, rhotmp,  
      O            K13, K23, K33, KapGM,  
340       I            myThid )       I            myThid )
341  C--     Calculate static stability and mix where convectively unstable          ENDIF
342          CALL CONVECT(  #endif  /* ALLOW_OBCS */
      I      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,rhoKm1,rhoKp1,  
      I      myTime,myIter,myThid)  
 C--     Density of K-1 level (above W(K)) reference to K-1 level  
         CALL FIND_RHO(  
      I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K-1, K-1, eosType,  
      O     rhoKm1,  
      I     myThid )  
 C--     Density of K level (below W(K)) referenced to K level  
         CALL FIND_RHO(  
      I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K, K, eosType,  
      O     rhoKp1,  
      I     myThid )  
 C--     Integrate hydrostatic balance for pH with BC of pH(z=0)=0  
         CALL CALC_PH(  
      I      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,rhoKm1,rhoKp1,  
      U      pH,  
      I      myThid )  
343    
344          ENDDO  C--     Determines forcing terms based on external fields
345    C       relaxation terms, etc.
346            CALL EXTERNAL_FORCING_SURF(
347         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
348         I             myThid )
349    
350          DO K = Nz, 1, -1  #ifdef  ALLOW_GMREDI
351           kM1  =max(1,k-1)   ! Points to level above k (=k-1)  C--     Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation
352           kUp  =1+MOD(k+1,2) ! Cycles through 1,2 to point to layer above          IF (useGMRedi) THEN
353           kDown=1+MOD(k,2)   ! Cycles through 2,1 to point to current layer            DO k=1,Nr
354           iMin = 1-OLx+2              CALL GMREDI_CALC_TENSOR(
355           iMax = sNx+OLx-1       I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
356           jMin = 1-OLy+2       I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
357           jMax = sNy+OLy-1       I             myThid )
358              ENDDO
359    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
360            ELSE
361              DO k=1, Nr
362                CALL GMREDI_CALC_TENSOR_DUMMY(
363         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
364         I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
365         I             myThid )
366              ENDDO
367    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
368            ENDIF
369    #endif  /* ALLOW_GMREDI */
370    
371    #ifdef  ALLOW_KPP
372    C--     Compute KPP mixing coefficients
373            IF (useKPP) THEN
374              CALL KPP_CALC(
375         I                  bi, bj, myTime, myThid )
376            ENDIF
377    #endif  /* ALLOW_KPP */
378    
379    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
380    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
381    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
382    CADJ STORE theta(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
383    CADJ STORE salt (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
384    CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
385    CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
386    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
387    
388    #ifdef ALLOW_AIM
389    C       AIM - atmospheric intermediate model, physics package code.
390    C note(jmc) : phiHyd=0 at this point but is not really used in Molteni Physics
391            IF ( useAIM ) THEN
392             CALL TIMER_START('AIM_DO_ATMOS_PHYS      [DYNAMICS]', myThid)
393             CALL AIM_DO_ATMOS_PHYSICS( phiHyd, myTime, myThid )
394             CALL TIMER_STOP ('AIM_DO_ATMOS_PHYS      [DYNAMICS]', myThid)
395            ENDIF
396    #endif /* ALLOW_AIM */
397    
398    
399    C--     Start of thermodynamics loop
400            DO k=Nr,1,-1
401    
402    C--       km1    Points to level above k (=k-1)
403    C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
404    C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
405    
406              km1  = MAX(1,k-1)
407              kup  = 1+MOD(k+1,2)
408              kDown= 1+MOD(k,2)
409    
410              iMin = 1-OLx+2
411              iMax = sNx+OLx-1
412              jMin = 1-OLy+2
413              jMax = sNy+OLy-1
414    
415    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
416    CPatrick Is this formula correct?
417             kkey = (ikey-1)*(Nr-1+1) + (k-1) + 1
418    CADJ STORE rTrans(:,:)       = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
419    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
420    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
421    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
422    
423  C--      Get temporary terms used by tendency routines  C--      Get temporary terms used by tendency routines
424           CALL CALC_COMMON_FACTORS (           CALL CALC_COMMON_FACTORS (
425       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,km1,kup,kDown,
426       O        xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskC,maskUp,       O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskC,maskUp,
427       I        myThid)       I        myThid)
428    
429  C--      Calculate accelerations in the momentum equations  #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL
430           IF ( momStepping ) THEN  C--      Calculate the total vertical diffusivity
431            CALL CALC_MOM_RHS(           CALL CALC_DIFFUSIVITY(
432       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
433       I         xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskC,       I        maskC,maskup,
434       I         pH,       O        KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV,
435       U         aTerm,xTerm,cTerm,mTerm,pTerm,       I        myThid)
436       U         fZon, fMer, fVerU, fVerV,  #endif
      I         myThid)  
          ENDIF  
437    
438  C--      Calculate active tracer tendencies  C--      Calculate active tracer tendencies (gT,gS,...)
439    C        and step forward storing result in gTnm1, gSnm1, etc.
440           IF ( tempStepping ) THEN           IF ( tempStepping ) THEN
441            CALL CALC_GT(             CALL CALC_GT(
442       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
443       I         xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskUp,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
444       I         K13,K23,K33,KapGM,       I         KappaRT,
445       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerT,       U         fVerT,
446       I         myThid)       I         myTime, myThid)
447               CALL TIMESTEP_TRACER(
448         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
449         I         theta, gT,
450         U         gTnm1,
451         I         myIter, myThid)
452             ENDIF
453             IF ( saltStepping ) THEN
454               CALL CALC_GS(
455         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
456         I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
457         I         KappaRS,
458         U         fVerS,
459         I         myTime, myThid)
460               CALL TIMESTEP_TRACER(
461         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
462         I         salt, gS,
463         U         gSnm1,
464         I         myIter, myThid)
465             ENDIF
466    
467    #ifdef   ALLOW_OBCS
468    C--      Apply open boundary conditions
469             IF (useOBCS) THEN
470               CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
471             END IF
472    #endif   /* ALLOW_OBCS */
473    
474    C--      Freeze water
475             IF (allowFreezing) THEN
476    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
477    CADJ STORE gTNm1(:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k
478    CADJ &   , key = kkey, byte = isbyte
479    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
480                CALL FREEZE( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, myThid )
481             END IF
482    
483    C--     end of thermodynamic k loop (Nr:1)
484            ENDDO
485    
486    
487    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
488    CPatrick? What about this one?
489               maximpl = 6
490               iikey = (ikey-1)*maximpl
491    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
492    
493    C--     Implicit diffusion
494            IF (implicitDiffusion) THEN
495    
496             IF (tempStepping) THEN
497    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
498                idkey = iikey + 1
499    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
500                CALL IMPLDIFF(
501         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
502         I         deltaTtracer, KappaRT, recip_HFacC,
503         U         gTNm1,
504         I         myThid )
505             ENDIF
506    
507             IF (saltStepping) THEN
508    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
509             idkey = iikey + 2
510    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
511                CALL IMPLDIFF(
512         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
513         I         deltaTtracer, KappaRS, recip_HFacC,
514         U         gSNm1,
515         I         myThid )
516           ENDIF           ENDIF
 Cdbg     CALL CALC_GS(  
 Cdbg I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,  
 Cdbg I        xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskUp,  
 Cdbg I        K13,K23,K33,KapGM,  
 Cdbg U        aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerS,  
 Cdbg I        myThid)  
517    
518    #ifdef   ALLOW_OBCS
519    C--      Apply open boundary conditions
520             IF (useOBCS) THEN
521               DO K=1,Nr
522                 CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
523               ENDDO
524             END IF
525    #endif   /* ALLOW_OBCS */
526    
527    C--     End If implicitDiffusion
528            ENDIF
529    
530    C--     Start computation of dynamics
531            iMin = 1-OLx+2
532            iMax = sNx+OLx-1
533            jMin = 1-OLy+2
534            jMax = sNy+OLy-1
535    
536    C--     Explicit part of the Surface Pressure Gradient (add in TIMESTEP)
537    C       (note: this loop will be replaced by CALL CALC_GRAD_ETA)
538            IF (implicSurfPress.NE.1.) THEN
539              DO j=jMin,jMax
540                DO i=iMin,iMax
541                  phiSurfX(i,j) = _recip_dxC(i,j,bi,bj)*gBaro
542         &           *(cg2d_x(i,j,bi,bj)-cg2d_x(i-1,j,bi,bj))
543                  phiSurfY(i,j) = _recip_dyC(i,j,bi,bj)*gBaro
544         &           *(cg2d_x(i,j,bi,bj)-cg2d_x(i,j-1,bi,bj))
545                ENDDO
546              ENDDO
547            ENDIF
548    
549    C--     Start of dynamics loop
550            DO k=1,Nr
551    
552    C--       km1    Points to level above k (=k-1)
553    C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
554    C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
555    
556              km1  = MAX(1,k-1)
557              kup  = 1+MOD(k+1,2)
558              kDown= 1+MOD(k,2)
559    
560    C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of
561    C        phiHyd(z=0)=0
562    C        distinguishe between Stagger and Non Stagger time stepping
563             IF (staggerTimeStep) THEN
564               CALL CALC_PHI_HYD(
565         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
566         I        gTnm1, gSnm1,
567         U        phiHyd,
568         I        myThid )
569             ELSE
570               CALL CALC_PHI_HYD(
571         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
572         I        theta, salt,
573         U        phiHyd,
574         I        myThid )
575             ENDIF
576    
577    C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)
578    C        and step forward storing the result in gUnm1, gVnm1, etc...
579             IF ( momStepping ) THEN
580               CALL CALC_MOM_RHS(
581         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
582         I         phiHyd,KappaRU,KappaRV,
583         U         fVerU, fVerV,
584         I         myTime, myThid)
585               CALL TIMESTEP(
586         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
587         I         phiHyd, phiSurfX, phiSurfY,
588         I         myIter, myThid)
589    
590    #ifdef   ALLOW_OBCS
591    C--      Apply open boundary conditions
592             IF (useOBCS) THEN
593               CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
594             END IF
595    #endif   /* ALLOW_OBCS */
596    
597    #ifdef   ALLOW_AUTODIFF_TAMC
598    #ifdef   INCLUDE_CD_CODE
599             ELSE
600               DO j=1-OLy,sNy+OLy
601                 DO i=1-OLx,sNx+OLx
602                   guCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
603                   gvCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
604                 END DO
605               END DO
606    #endif   /* INCLUDE_CD_CODE */
607    #endif   /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
608             ENDIF
609    
610    
611    C--     end of dynamics k loop (1:Nr)
612          ENDDO          ENDDO
613    
614    
615    
616    C--     Implicit viscosity
617            IF (implicitViscosity.AND.momStepping) THEN
618    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
619              idkey = iikey + 3
620    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
621              CALL IMPLDIFF(
622         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
623         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
624         U         gUNm1,
625         I         myThid )
626    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
627              idkey = iikey + 4
628    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
629              CALL IMPLDIFF(
630         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
631         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
632         U         gVNm1,
633         I         myThid )
634    
635    #ifdef   ALLOW_OBCS
636    C--      Apply open boundary conditions
637             IF (useOBCS) THEN
638               DO K=1,Nr
639                 CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
640               ENDDO
641             END IF
642    #endif   /* ALLOW_OBCS */
643    
644    #ifdef    INCLUDE_CD_CODE
645    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
646              idkey = iikey + 5
647    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
648              CALL IMPLDIFF(
649         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
650         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
651         U         vVelD,
652         I         myThid )
653    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
654              idkey = iikey + 6
655    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
656              CALL IMPLDIFF(
657         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
658         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
659         U         uVelD,
660         I         myThid )
661    #endif    /* INCLUDE_CD_CODE */
662    C--     End If implicitViscosity.AND.momStepping
663            ENDIF
664    
665    Cjmc : add for phiHyd output <- but not working if multi tile per CPU
666    c       IF ( DIFFERENT_MULTIPLE(dumpFreq,myTime+deltaTClock,myTime)
667    c    &  .AND. buoyancyRelation .eq. 'ATMOSPHERIC' ) THEN
668    c         WRITE(suff,'(I10.10)') myIter+1
669    c         CALL WRITE_FLD_XYZ_RL('PH.',suff,phiHyd,myIter+1,myThid)
670    c       ENDIF
671    Cjmc(end)
672    
673    #ifdef INCLUDE_DIAGNOSTICS_INTERFACE_CODE
674            IF (taveFreq.GT.0.) THEN
675             DO K=1,Nr
676              CALL TIMEAVER_1FLD_XYZ(phiHyd, phiHydtave,
677         I                              deltaTclock, bi, bj, K, myThid)
678              IF (ivdc_kappa.NE.0.) THEN
679                CALL TIMEAVER_1FLD_XYZ(ConvectCount, ConvectCountTave,
680         I                              deltaTclock, bi, bj, K, myThid)
681              ENDIF
682             ENDDO
683            ENDIF
684    #endif /* INCLUDE_DIAGNOSTICS_INTERFACE_CODE */
685    
686         ENDDO         ENDDO
687        ENDDO        ENDDO
688    
 !dbg  write(0,*) 'dynamics: pS',minval(cg2d_x),maxval(cg2d_x)  
 !dbg  write(0,*) 'dynamics: U',minval(uVel(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
 !dbg &                         maxval(uVel(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
 !dbg  write(0,*) 'dynamics: V',minval(vVel(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
 !dbg &                         maxval(vVel(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
 !dbg  write(0,*) 'dynamics: K13',minval(K13(1:sNx,1:sNy,:)),  
 !dbg &                         maxval(K13(1:sNx,1:sNy,:))  
 !dbg  write(0,*) 'dynamics: K23',minval(K23(1:sNx,1:sNy,:)),  
 !dbg &                         maxval(K23(1:sNx,1:sNy,:))  
 !dbg  write(0,*) 'dynamics: K33',minval(K33(1:sNx,1:sNy,:)),  
 !dbg &                         maxval(K33(1:sNx,1:sNy,:))  
 !dbg  write(0,*) 'dynamics: gT',minval(gT(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
 !dbg &                         maxval(gT(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
 !dbg  write(0,*) 'dynamics: T',minval(Theta(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
 !dbg &                         maxval(Theta(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
 !dbg  write(0,*) 'dynamics: pH',minval(pH/(Gravity*Rhonil)),  
 !dbg &                          maxval(pH/(Gravity*Rhonil))  
   
689        RETURN        RETURN
690        END        END

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