/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.96 by jmc, Thu Apr 17 13:41:34 2003 UTC revision 1.113 by jmc, Fri Jan 28 01:00:13 2005 UTC
# Line 1  Line 1 
1  C $Header$  C $Header$
2  C $Name$  C $Name$
3    
4    #include "PACKAGES_CONFIG.h"
5  #include "CPP_OPTIONS.h"  #include "CPP_OPTIONS.h"
6    
7  CBOP  CBOP
# Line 72  C     == Global variables === Line 73  C     == Global variables ===
73  #include "EEPARAMS.h"  #include "EEPARAMS.h"
74  #include "PARAMS.h"  #include "PARAMS.h"
75  #include "DYNVARS.h"  #include "DYNVARS.h"
76  #include "GRID.h"  #ifdef ALLOW_CD_CODE
77  #ifdef ALLOW_PASSIVE_TRACER  #include "CD_CODE_VARS.h"
 #include "TR1.h"  
78  #endif  #endif
79    #include "GRID.h"
80  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
81  # include "tamc.h"  # include "tamc.h"
82  # include "tamc_keys.h"  # include "tamc_keys.h"
# Line 107  C      |-- IMPLDIFF Line 108  C      |-- IMPLDIFF
108  C      |  C      |
109  C      |-- OBCS_APPLY_UV  C      |-- OBCS_APPLY_UV
110  C      |  C      |
 C      |-- CALL TIMEAVE_CUMUL_1T  
111  C      |-- CALL DEBUG_STATS_RL  C      |-- CALL DEBUG_STATS_RL
112    
113  C     !INPUT/OUTPUT PARAMETERS:  C     !INPUT/OUTPUT PARAMETERS:
# Line 121  C     myThid - Thread number for this in Line 121  C     myThid - Thread number for this in
121    
122  C     !LOCAL VARIABLES:  C     !LOCAL VARIABLES:
123  C     == Local variables  C     == Local variables
124  C     fVer[STUV]               o fVer: Vertical flux term - note fVer  C     fVer[UV]               o fVer: Vertical flux term - note fVer
125  C                                      is "pipelined" in the vertical  C                                    is "pipelined" in the vertical
126  C                                      so we need an fVer for each  C                                    so we need an fVer for each
127  C                                      variable.  C                                    variable.
128  C     phiHydC    :: hydrostatic potential anomaly at cell center  C     phiHydC    :: hydrostatic potential anomaly at cell center
129  C                   In z coords phiHyd is the hydrostatic potential  C                   In z coords phiHyd is the hydrostatic potential
130  C                      (=pressure/rho0) anomaly  C                      (=pressure/rho0) anomaly
# Line 133  C     phiHydF    :: hydrostatic potentia Line 133  C     phiHydF    :: hydrostatic potentia
133  C     dPhiHydX,Y :: Gradient (X & Y directions) of hydrostatic potential anom.  C     dPhiHydX,Y :: Gradient (X & Y directions) of hydrostatic potential anom.
134  C     phiSurfX,  ::  gradient of Surface potential (Pressure/rho, ocean)  C     phiSurfX,  ::  gradient of Surface potential (Pressure/rho, ocean)
135  C     phiSurfY             or geopotential (atmos) in X and Y direction  C     phiSurfY             or geopotential (atmos) in X and Y direction
136    C     guDissip   :: dissipation tendency (all explicit terms), u component
137    C     gvDissip   :: dissipation tendency (all explicit terms), v component
138  C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations  C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations
139  C     jMin, jMax       are applied.  C     jMin, jMax       are applied.
140  C     bi, bj  C     bi, bj
# Line 147  C                      index into fVerTe Line 149  C                      index into fVerTe
149        _RL dPhiHydY(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)        _RL dPhiHydY(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
150        _RL phiSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
151        _RL phiSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
152          _RL guDissip(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
153          _RL gvDissip(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
154        _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)        _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
155        _RL KappaRV (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)        _RL KappaRV (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
156    
# Line 158  C                      index into fVerTe Line 162  C                      index into fVerTe
162    
163        LOGICAL  DIFFERENT_MULTIPLE        LOGICAL  DIFFERENT_MULTIPLE
164        EXTERNAL DIFFERENT_MULTIPLE        EXTERNAL DIFFERENT_MULTIPLE
165    
166    #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS
167          _RL tmpFld  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
168          LOGICAL  DIAGNOSTICS_IS_ON
169          EXTERNAL DIAGNOSTICS_IS_ON
170    #endif /* ALLOW_DIAGNOSTICS */
171    
172    
173  C---    The algorithm...  C---    The algorithm...
174  C  C
# Line 204  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = Line 215  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] =
215  C---  C---
216  CEOP  CEOP
217    
 C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values  
 C     These inital values do not alter the numerical results. They  
 C     just ensure that all memory references are to valid floating  
 C     point numbers. This prevents spurious hardware signals due to  
 C     uninitialised but inert locations.  
       DO j=1-OLy,sNy+OLy  
        DO i=1-OLx,sNx+OLx  
         phiSurfX(i,j) = 0. _d 0  
         phiSurfY(i,j) = 0. _d 0  
        ENDDO  
       ENDDO  
   
218  C-- Call to routine for calculation of  C-- Call to routine for calculation of
219  C   Eliassen-Palm-flux-forced U-tendency,  C   Eliassen-Palm-flux-forced U-tendency,
220  C   if desired:  C   if desired:
# Line 253  CHPF$&                  ) Line 252  CHPF$&                  )
252       &                      + act4*max1*max2*max3       &                      + act4*max1*max2*max3
253  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
254    
255  C--     Set up work arrays that need valid initial values  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values
256    C     These inital values do not alter the numerical results. They
257    C     just ensure that all memory references are to valid floating
258    C     point numbers. This prevents spurious hardware signals due to
259    C     uninitialised but inert locations.
260    
261          DO k=1,Nr          DO k=1,Nr
262           DO j=1-OLy,sNy+OLy           DO j=1-OLy,sNy+OLy
263            DO i=1-OLx,sNx+OLx            DO i=1-OLx,sNx+OLx
264             KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0             KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0
265             KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0             KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0
266    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
267    cph(
268    c--   need some re-initialisation here to break dependencies
269    cph)
270               gu(i,j,k,bi,bj) = 0. _d 0
271               gv(i,j,k,bi,bj) = 0. _d 0
272    #endif
273            ENDDO            ENDDO
274           ENDDO           ENDDO
275          ENDDO          ENDDO
# Line 272  C--     Set up work arrays that need val Line 283  C--     Set up work arrays that need val
283            phiHydC (i,j)  = 0. _d 0            phiHydC (i,j)  = 0. _d 0
284            dPhiHydX(i,j)  = 0. _d 0            dPhiHydX(i,j)  = 0. _d 0
285            dPhiHydY(i,j)  = 0. _d 0            dPhiHydY(i,j)  = 0. _d 0
286              phiSurfX(i,j)  = 0. _d 0
287              phiSurfY(i,j)  = 0. _d 0
288              guDissip(i,j)  = 0. _d 0
289              gvDissip(i,j)  = 0. _d 0
290           ENDDO           ENDDO
291          ENDDO          ENDDO
292    
# Line 315  C--      Calculate the total vertical di Line 330  C--      Calculate the total vertical di
330         ENDDO         ENDDO
331  #endif  #endif
332    
333    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
334    CADJ STORE KappaRU(:,:,:)
335    CADJ &                 = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
336    CADJ STORE KappaRV(:,:,:)
337    CADJ &                 = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
338    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
339    
340  C--     Start of dynamics loop  C--     Start of dynamics loop
341          DO k=1,Nr          DO k=1,Nr
342    
# Line 329  C--       kDown  Cycles through 2,1 to p Line 351  C--       kDown  Cycles through 2,1 to p
351    
352  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
353           kkey = (idynkey-1)*Nr + k           kkey = (idynkey-1)*Nr + k
354    c
355  CADJ STORE totphihyd (:,:,k,bi,bj)  CADJ STORE totphihyd (:,:,k,bi,bj)
356  CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte  CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
357    CADJ STORE theta (:,:,k,bi,bj)
358    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
359    CADJ STORE salt  (:,:,k,bi,bj)
360    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
361  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
362    
363  C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of  C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of
364  C        phiHyd(z=0)=0  C        phiHyd(z=0)=0
365  C        distinguishe between Stagger and Non Stagger time stepping           CALL CALC_PHI_HYD(
          IF (staggerTimeStep) THEN  
            CALL CALC_PHI_HYD(  
      I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,  
      I        gT, gS,  
      U        phiHydF,  
      O        phiHydC, dPhiHydX, dPhiHydY,  
      I        myTime, myIter, myThid )  
          ELSE  
            CALL CALC_PHI_HYD(  
366       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
367       I        theta, salt,       I        theta, salt,
368       U        phiHydF,       U        phiHydF,
369       O        phiHydC, dPhiHydX, dPhiHydY,       O        phiHydC, dPhiHydX, dPhiHydY,
370       I        myTime, myIter, myThid )       I        myTime, myIter, myThid )
          ENDIF  
371    
372  C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)  C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)
373  C        and step forward storing the result in gU, gV, etc...  C        and step forward storing the result in gU, gV, etc...
374           IF ( momStepping ) THEN           IF ( momStepping ) THEN
375  #ifndef DISABLE_MOM_FLUXFORM  #ifdef ALLOW_MOM_FLUXFORM
376             IF (.NOT. vectorInvariantMomentum) CALL MOM_FLUXFORM(             IF (.NOT. vectorInvariantMomentum) CALL MOM_FLUXFORM(
377       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
378       I         dPhiHydX,dPhiHydY,KappaRU,KappaRV,       I         dPhiHydX,dPhiHydY,KappaRU,KappaRV,
379       U         fVerU, fVerV,       U         fVerU, fVerV,
380       I         myTime, myIter, myThid)       I         myTime, myIter, myThid)
381  #endif  #endif
382  #ifndef DISABLE_MOM_VECINV  #ifdef ALLOW_MOM_VECINV
383             IF (vectorInvariantMomentum) CALL MOM_VECINV(             IF (vectorInvariantMomentum) CALL MOM_VECINV(
384       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
385       I         dPhiHydX,dPhiHydY,KappaRU,KappaRV,       I         dPhiHydX,dPhiHydY,KappaRU,KappaRV,
386       U         fVerU, fVerV,       U         fVerU, fVerV,
387         O         guDissip, gvDissip,
388       I         myTime, myIter, myThid)       I         myTime, myIter, myThid)
389  #endif  #endif
390             CALL TIMESTEP(             CALL TIMESTEP(
391       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
392       I         dPhiHydX,dPhiHydY, phiSurfX, phiSurfY,       I         dPhiHydX,dPhiHydY, phiSurfX, phiSurfY,
393         I         guDissip, gvDissip,
394       I         myTime, myIter, myThid)       I         myTime, myIter, myThid)
395    
396  #ifdef   ALLOW_OBCS  #ifdef   ALLOW_OBCS
# Line 387  C--      Apply open boundary conditions Line 406  C--      Apply open boundary conditions
406  C--     end of dynamics k loop (1:Nr)  C--     end of dynamics k loop (1:Nr)
407          ENDDO          ENDDO
408    
409  C--     Implicit viscosity  C--     Implicit Vertical advection & viscosity
410          IF (implicitViscosity.AND.momStepping) THEN  #ifdef INCLUDE_IMPLVERTADV_CODE
411            IF ( momImplVertAdv ) THEN
412              CALL MOM_U_IMPLICIT_R( kappaRU,
413         I                           bi, bj, myTime, myIter, myThid )
414              CALL MOM_V_IMPLICIT_R( kappaRV,
415         I                           bi, bj, myTime, myIter, myThid )
416            ELSEIF ( implicitViscosity ) THEN
417    #else /* INCLUDE_IMPLVERTADV_CODE */
418            IF     ( implicitViscosity ) THEN
419    #endif /* INCLUDE_IMPLVERTADV_CODE */
420  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
421    CADJ STORE KappaRU(:,:,:) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
422  CADJ STORE gU(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte  CADJ STORE gU(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
423  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
424            CALL IMPLDIFF(            CALL IMPLDIFF(
425       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
426       I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,       I         0, KappaRU,recip_HFacW,
427       U         gU,       U         gU,
428       I         myThid )       I         myThid )
429  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
430  CADJ STORE gVNm1(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte  CADJ STORE KappaRV(:,:,:) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
431    CADJ STORE gV(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
432  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
433            CALL IMPLDIFF(            CALL IMPLDIFF(
434       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
435       I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,       I         0, KappaRV,recip_HFacS,
436       U         gV,       U         gV,
437       I         myThid )       I         myThid )
438            ENDIF
439    
440  #ifdef   ALLOW_OBCS  #ifdef   ALLOW_OBCS
441  C--      Apply open boundary conditions  C--      Apply open boundary conditions
442           IF (useOBCS) THEN          IF ( useOBCS .AND.(implicitViscosity.OR.momImplVertAdv) ) THEN
443             DO K=1,Nr             DO K=1,Nr
444               CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gU, gV, myThid )               CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gU, gV, myThid )
445             ENDDO             ENDDO
446           END IF          ENDIF
447  #endif   /* ALLOW_OBCS */  #endif   /* ALLOW_OBCS */
448    
449  #ifdef    INCLUDE_CD_CODE  #ifdef    ALLOW_CD_CODE
450            IF (implicitViscosity.AND.useCDscheme) THEN
451  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
452  CADJ STORE vVelD(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte  CADJ STORE vVelD(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
453  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
454            CALL IMPLDIFF(            CALL IMPLDIFF(
455       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
456       I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,       I         0, KappaRU,recip_HFacW,
457       U         vVelD,       U         vVelD,
458       I         myThid )       I         myThid )
459  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
# Line 429  CADJ STORE uVelD(:,:,:,bi,bj) = comlev1_ Line 461  CADJ STORE uVelD(:,:,:,bi,bj) = comlev1_
461  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
462            CALL IMPLDIFF(            CALL IMPLDIFF(
463       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
464       I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,       I         0, KappaRV,recip_HFacS,
465       U         uVelD,       U         uVelD,
466       I         myThid )       I         myThid )
 #endif    /* INCLUDE_CD_CODE */  
 C--     End If implicitViscosity.AND.momStepping  
467          ENDIF          ENDIF
468    #endif    /* ALLOW_CD_CODE */
469    C--     End implicit Vertical advection & viscosity
470    
471         ENDDO         ENDDO
472        ENDDO        ENDDO
473    
474    #ifdef ALLOW_OBCS
475          IF (useOBCS) THEN
476           CALL OBCS_PRESCRIBE_EXCHANGES(myThid)
477          ENDIF
478    #endif
479    
480    C---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7-|--+----|
481    
482  Cml(  Cml(
483  C     In order to compare the variance of phiHydLow of a p/z-coordinate  C     In order to compare the variance of phiHydLow of a p/z-coordinate
484  C     run with etaH of a z/p-coordinate run the drift of phiHydLow  C     run with etaH of a z/p-coordinate run the drift of phiHydLow
# Line 447  C      CALL REMOVE_MEAN_RL( 1, phiHydLow Line 487  C      CALL REMOVE_MEAN_RL( 1, phiHydLow
487  C     &                'phiHydLow', myThid )  C     &                'phiHydLow', myThid )
488  Cml)  Cml)
489    
490  #ifndef DISABLE_DEBUGMODE  #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS
491        If (debugMode) THEN        IF ( usediagnostics ) THEN
492    
493           CALL DIAGNOSTICS_FILL(totPhihyd,'PHIHYD  ',0,Nr,0,1,1,myThid)
494           CALL DIAGNOSTICS_FILL(phiHydLow,'PHIBOT  ',0,1,0,1,1,myThid)
495    
496           IF ( DIAGNOSTICS_IS_ON('PHIBOTSQ',myThid) ) THEN
497            DO bj = myByLo(myThid), myByHi(myThid)
498             DO bi = myBxLo(myThid), myBxHi(myThid)
499              DO j = 1,sNy
500               DO i = 1,sNx
501                 tmpFld(i,j) = phiHydLow(i,j,bi,bj)*phiHydLow(i,j,bi,bj)
502               ENDDO
503              ENDDO
504              CALL DIAGNOSTICS_FILL(tmpFld,'PHIBOTSQ',0,1,2,bi,bj,myThid)
505             ENDDO
506            ENDDO
507           ENDIF
508    
509          ENDIF
510    #endif /* ALLOW_DIAGNOSTICS */
511          
512    #ifdef ALLOW_DEBUG
513          If ( debugLevel .GE. debLevB ) THEN
514         CALL DEBUG_STATS_RL(1,EtaN,'EtaN (DYNAMICS)',myThid)         CALL DEBUG_STATS_RL(1,EtaN,'EtaN (DYNAMICS)',myThid)
515         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,uVel,'Uvel (DYNAMICS)',myThid)         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,uVel,'Uvel (DYNAMICS)',myThid)
516         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,vVel,'Vvel (DYNAMICS)',myThid)         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,vVel,'Vvel (DYNAMICS)',myThid)

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