/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.38 by cnh, Fri Nov 6 22:44:45 1998 UTC revision 1.107 by jmc, Tue Jul 6 01:05:53 2004 UTC
# Line 1  Line 1 
1  C $Header$  C $Header$
2    C $Name$
3    
4    #include "PACKAGES_CONFIG.h"
5  #include "CPP_OPTIONS.h"  #include "CPP_OPTIONS.h"
6    
7    CBOP
8    C     !ROUTINE: DYNAMICS
9    C     !INTERFACE:
10        SUBROUTINE DYNAMICS(myTime, myIter, myThid)        SUBROUTINE DYNAMICS(myTime, myIter, myThid)
11  C     /==========================================================\  C     !DESCRIPTION: \bv
12  C     | SUBROUTINE DYNAMICS                                      |  C     *==========================================================*
13  C     | o Controlling routine for the explicit part of the model |  C     | SUBROUTINE DYNAMICS                                      
14  C     |   dynamics.                                              |  C     | o Controlling routine for the explicit part of the model  
15  C     |==========================================================|  C     |   dynamics.                                              
16  C     | This routine evaluates the "dynamics" terms for each     |  C     *==========================================================*
17  C     | block of ocean in turn. Because the blocks of ocean have |  C     | This routine evaluates the "dynamics" terms for each      
18  C     | overlap regions they are independent of one another.     |  C     | block of ocean in turn. Because the blocks of ocean have  
19  C     | If terms involving lateral integrals are needed in this  |  C     | overlap regions they are independent of one another.      
20  C     | routine care will be needed. Similarly finite-difference |  C     | If terms involving lateral integrals are needed in this  
21  C     | operations with stencils wider than the overlap region   |  C     | routine care will be needed. Similarly finite-difference  
22  C     | require special consideration.                           |  C     | operations with stencils wider than the overlap region    
23  C     | Notes                                                    |  C     | require special consideration.                            
24  C     | =====                                                    |  C     | The algorithm...
25  C     | C*P* comments indicating place holders for which code is |  C     |
26  C     |      presently being developed.                          |  C     | "Correction Step"
27  C     \==========================================================/  C     | =================
28    C     | Here we update the horizontal velocities with the surface
29    C     | pressure such that the resulting flow is either consistent
30    C     | with the free-surface evolution or the rigid-lid:
31    C     |   U[n] = U* + dt x d/dx P
32    C     |   V[n] = V* + dt x d/dy P
33    C     |
34    C     | "Calculation of Gs"
35    C     | ===================
36    C     | This is where all the accelerations and tendencies (ie.
37    C     | physics, parameterizations etc...) are calculated
38    C     |   rho = rho ( theta[n], salt[n] )
39    C     |   b   = b(rho, theta)
40    C     |   K31 = K31 ( rho )
41    C     |   Gu[n] = Gu( u[n], v[n], wVel, b, ... )
42    C     |   Gv[n] = Gv( u[n], v[n], wVel, b, ... )
43    C     |   Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
44    C     |   Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
45    C     |
46    C     | "Time-stepping" or "Prediction"
47    C     | ================================
48    C     | The models variables are stepped forward with the appropriate
49    C     | time-stepping scheme (currently we use Adams-Bashforth II)
50    C     | - For momentum, the result is always *only* a "prediction"
51    C     | in that the flow may be divergent and will be "corrected"
52    C     | later with a surface pressure gradient.
53    C     | - Normally for tracers the result is the new field at time
54    C     | level [n+1} *BUT* in the case of implicit diffusion the result
55    C     | is also *only* a prediction.
56    C     | - We denote "predictors" with an asterisk (*).
57    C     |   U* = U[n] + dt x ( 3/2 Gu[n] - 1/2 Gu[n-1] )
58    C     |   V* = V[n] + dt x ( 3/2 Gv[n] - 1/2 Gv[n-1] )
59    C     |   theta[n+1] = theta[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
60    C     |   salt[n+1] = salt[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
61    C     | With implicit diffusion:
62    C     |   theta* = theta[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
63    C     |   salt* = salt[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
64    C     |   (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = theta*
65    C     |   (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
66    C     |
67    C     *==========================================================*
68    C     \ev
69    C     !USES:
70          IMPLICIT NONE
71  C     == Global variables ===  C     == Global variables ===
72  #include "SIZE.h"  #include "SIZE.h"
73  #include "EEPARAMS.h"  #include "EEPARAMS.h"
 #include "CG2D.h"  
74  #include "PARAMS.h"  #include "PARAMS.h"
75  #include "DYNVARS.h"  #include "DYNVARS.h"
76    #ifdef ALLOW_CD_CODE
77    #include "CD_CODE_VARS.h"
78    #endif
79    #include "GRID.h"
80    #ifdef ALLOW_PASSIVE_TRACER
81    #include "TR1.h"
82    #endif
83    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
84    # include "tamc.h"
85    # include "tamc_keys.h"
86    # include "FFIELDS.h"
87    # include "EOS.h"
88    # ifdef ALLOW_KPP
89    #  include "KPP.h"
90    # endif
91    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
92    
93    C     !CALLING SEQUENCE:
94    C     DYNAMICS()
95    C      |
96    C      |-- CALC_GRAD_PHI_SURF
97    C      |
98    C      |-- CALC_VISCOSITY
99    C      |
100    C      |-- CALC_PHI_HYD  
101    C      |
102    C      |-- MOM_FLUXFORM  
103    C      |
104    C      |-- MOM_VECINV    
105    C      |
106    C      |-- TIMESTEP      
107    C      |
108    C      |-- OBCS_APPLY_UV
109    C      |
110    C      |-- IMPLDIFF      
111    C      |
112    C      |-- OBCS_APPLY_UV
113    C      |
114    C      |-- CALL TIMEAVE_CUMUL_1T
115    C      |-- CALL DEBUG_STATS_RL
116    
117    C     !INPUT/OUTPUT PARAMETERS:
118  C     == Routine arguments ==  C     == Routine arguments ==
119  C     myTime - Current time in simulation  C     myTime - Current time in simulation
120  C     myIter - Current iteration number in simulation  C     myIter - Current iteration number in simulation
121  C     myThid - Thread number for this instance of the routine.  C     myThid - Thread number for this instance of the routine.
       INTEGER myThid  
122        _RL myTime        _RL myTime
123        INTEGER myIter        INTEGER myIter
124          INTEGER myThid
125    
126    C     !LOCAL VARIABLES:
127  C     == Local variables  C     == Local variables
128  C     xA, yA                 - Per block temporaries holding face areas  C     fVer[STUV]               o fVer: Vertical flux term - note fVer
 C     uTrans, vTrans, rTrans - Per block temporaries holding flow  
 C                              transport  
 C     rVel                     o uTrans: Zonal transport  
 C                              o vTrans: Meridional transport  
 C                              o rTrans: Vertical transport  
 C                              o rVel:   Vertical velocity at upper and  
 C                                        lower cell faces.  
 C     maskC,maskUp             o maskC: land/water mask for tracer cells  
 C                              o maskUp: land/water mask for W points  
 C     aTerm, xTerm, cTerm    - Work arrays for holding separate terms in  
 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  
129  C                                      is "pipelined" in the vertical  C                                      is "pipelined" in the vertical
130  C                                      so we need an fVer for each  C                                      so we need an fVer for each
131  C                                      variable.  C                                      variable.
132  C     rhoK, rhoKM1   - Density at current level, level above and level  C     phiHydC    :: hydrostatic potential anomaly at cell center
133  C                      below.  C                   In z coords phiHyd is the hydrostatic potential
134  C     rhoKP1                                                                    C                      (=pressure/rho0) anomaly
135  C     buoyK, buoyKM1 - Buoyancy at current level and level above.  C                   In p coords phiHyd is the geopotential height anomaly.
136  C     phiHyd         - Hydrostatic part of the potential phiHydi.  C     phiHydF    :: hydrostatic potential anomaly at middle between 2 centers
137  C                      In z coords phiHydiHyd is the hydrostatic  C     dPhiHydX,Y :: Gradient (X & Y directions) of hydrostatic potential anom.
138  C                      pressure anomaly  C     phiSurfX,  ::  gradient of Surface potential (Pressure/rho, ocean)
139  C                      In p coords phiHydiHyd is the geopotential  C     phiSurfY             or geopotential (atmos) in X and Y direction
 C                      surface height  
 C                      anomaly.  
 C     etaSurfX,      - Holds surface elevation gradient in X and Y.  
 C     etaSurfY  
 C     K13, K23, K33  - Non-zero elements of small-angle approximation  
 C                      diffusion tensor.  
 C     KapGM          - Spatially varying Visbeck et. al mixing coeff.  
 C     KappaRT,       - Total diffusion in vertical for T and S.  
 C     KappaRS          (background + spatially varying, isopycnal term).  
140  C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations  C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations
141  C     jMin, jMax       are applied.  C     jMin, jMax       are applied.
142  C     bi, bj  C     bi, bj
143  C     k, kUp,        - Index for layer above and below. kUp and kDown  C     k, kup,        - Index for layer above and below. kup and kDown
144  C     kDown, kM1       are switched with layer to be the appropriate  C     kDown, km1       are switched with layer to be the appropriate
145  C                      index into fVerTerm.  C                      index into fVerTerm.
       _RS xA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RS yA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL uTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL vTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL rTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL rVel    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)  
       _RS maskC   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RS maskUp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL aTerm   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL xTerm   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL cTerm   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL mTerm   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL pTerm   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL fZon    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL fMer    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL fVerT   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)  
       _RL fVerS   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)  
146        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
147        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
148        _RL phiHyd  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)        _RL phiHydF (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
149        _RL rhokm1  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiHydC (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
150        _RL rhokp1  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL dPhiHydX(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
151        _RL rhok    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL dPhiHydY(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
152        _RL buoyKM1 (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
153        _RL buoyK   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
154        _RL rhotmp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
155        _RL etaSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL KappaRV (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
       _RL etaSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL K13     (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)  
       _RL K23     (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)  
       _RL K33     (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)  
       _RL KapGM   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL KappaRT (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)  
       _RL KappaRS (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)  
156    
157        INTEGER iMin, iMax        INTEGER iMin, iMax
158        INTEGER jMin, jMax        INTEGER jMin, jMax
159        INTEGER bi, bj        INTEGER bi, bj
160        INTEGER i, j        INTEGER i, j
161        INTEGER k, kM1, kUp, kDown        INTEGER k, km1, kp1, kup, kDown
       LOGICAL BOTTOM_LAYER  
162    
163          LOGICAL  DIFFERENT_MULTIPLE
164          EXTERNAL DIFFERENT_MULTIPLE
165    
166  C---    The algorithm...  C---    The algorithm...
167  C  C
168  C       "Correction Step"  C       "Correction Step"
# Line 138  C Line 176  C
176  C       "Calculation of Gs"  C       "Calculation of Gs"
177  C       ===================  C       ===================
178  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.
179  C       phiHydysics, parameterizations etc...) are calculated  C       physics, parameterizations etc...) are calculated
 C         rVel = sum_r ( div. u[n] )  
180  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )
181  C         b   = b(rho, theta)  C         b   = b(rho, theta)
182  C         K31 = K31 ( rho )  C         K31 = K31 ( rho )
183  C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], rVel, b, ... )  C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], wVel, b, ... )
184  C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], rVel, b, ... )  C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], wVel, b, ... )
185  C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], rVel, K31, ... )  C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
186  C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], rVel, K31, ... )  C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
187  C  C
188  C       "Time-stepping" or "Prediction"  C       "Time-stepping" or "Prediction"
189  C       ================================  C       ================================
# Line 169  C         salt* = salt[n] + dt x ( 3/2 G Line 206  C         salt* = salt[n] + dt x ( 3/2 G
206  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = theta*  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = theta*
207  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
208  C---  C---
209    CEOP
210    
211    C-- Call to routine for calculation of
212    C   Eliassen-Palm-flux-forced U-tendency,
213    C   if desired:
214    #ifdef INCLUDE_EP_FORCING_CODE
215          CALL CALC_EP_FORCING(myThid)
216    #endif
217    
218    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
219    C--   HPF directive to help TAMC
220    CHPF$ INDEPENDENT
221    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
222    
223          DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
224    
225    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
226    C--    HPF directive to help TAMC
227    CHPF$  INDEPENDENT, NEW (fVerU,fVerV
228    CHPF$&                  ,phiHydF
229    CHPF$&                  ,KappaRU,KappaRV
230    CHPF$&                  )
231    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
232    
233           DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
234    
235    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
236              act1 = bi - myBxLo(myThid)
237              max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1
238              act2 = bj - myByLo(myThid)
239              max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1
240              act3 = myThid - 1
241              max3 = nTx*nTy
242              act4 = ikey_dynamics - 1
243              idynkey = (act1 + 1) + act2*max1
244         &                      + act3*max1*max2
245         &                      + act4*max1*max2*max3
246    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
247    
248  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values
249  C     These inital values do not alter the numerical results. They  C     These inital values do not alter the numerical results. They
250  C     just ensure that all memory references are to valid floating  C     just ensure that all memory references are to valid floating
251  C     point numbers. This prevents spurious hardware signals due to  C     point numbers. This prevents spurious hardware signals due to
252  C     uninitialised but inert locations.  C     uninitialised but inert locations.
       DO j=1-OLy,sNy+OLy  
        DO i=1-OLx,sNx+OLx  
         xA(i,j)      = 0. _d 0  
         yA(i,j)      = 0. _d 0  
         uTrans(i,j)  = 0. _d 0  
         vTrans(i,j)  = 0. _d 0  
         aTerm(i,j)   = 0. _d 0  
         xTerm(i,j)   = 0. _d 0  
         cTerm(i,j)   = 0. _d 0  
         mTerm(i,j)   = 0. _d 0  
         pTerm(i,j)   = 0. _d 0  
         fZon(i,j)    = 0. _d 0  
         fMer(i,j)    = 0. _d 0  
         DO K=1,Nr  
          phiHyd (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  
          KappaRT(i,j,k) = 0. _d 0  
          KappaRS(i,j,k) = 0. _d 0  
         ENDDO  
         rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0  
         rhok   (i,j) = 0. _d 0  
         rhoKP1 (i,j) = 0. _d 0  
         rhoTMP (i,j) = 0. _d 0  
         buoyKM1(i,j) = 0. _d 0  
         buoyK  (i,j) = 0. _d 0  
         maskC  (i,j) = 0. _d 0  
        ENDDO  
       ENDDO  
253    
254            DO k=1,Nr
255        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)           DO j=1-OLy,sNy+OLy
256         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)            DO i=1-OLx,sNx+OLx
257               KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0
258  C--     Set up work arrays that need valid initial values             KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0
259    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
260    cph(
261    c--   need some re-initialisation here to break dependencies
262    c--   totphihyd is assumed zero from ini_pressure, i.e.
263    c--   avoiding iterate pressure p = integral of (g*rho(p)*dz)
264    cph)
265               totPhiHyd(i,j,k,bi,bj) = 0. _d 0
266               gu(i,j,k,bi,bj) = 0. _d 0
267               gv(i,j,k,bi,bj) = 0. _d 0
268    #endif
269              ENDDO
270             ENDDO
271            ENDDO
272          DO j=1-OLy,sNy+OLy          DO j=1-OLy,sNy+OLy
273           DO i=1-OLx,sNx+OLx           DO i=1-OLx,sNx+OLx
274            rTrans(i,j)   = 0. _d 0            fVerU  (i,j,1) = 0. _d 0
275            rVel  (i,j,1) = 0. _d 0            fVerU  (i,j,2) = 0. _d 0
276            rVel  (i,j,2) = 0. _d 0            fVerV  (i,j,1) = 0. _d 0
277            fVerT (i,j,1) = 0. _d 0            fVerV  (i,j,2) = 0. _d 0
278            fVerT (i,j,2) = 0. _d 0            phiHydF (i,j)  = 0. _d 0
279            fVerS (i,j,1) = 0. _d 0            phiHydC (i,j)  = 0. _d 0
280            fVerS (i,j,2) = 0. _d 0            dPhiHydX(i,j)  = 0. _d 0
281            fVerU (i,j,1) = 0. _d 0            dPhiHydY(i,j)  = 0. _d 0
282            fVerU (i,j,2) = 0. _d 0            phiSurfX(i,j)  = 0. _d 0
283            fVerV (i,j,1) = 0. _d 0            phiSurfY(i,j)  = 0. _d 0
           fVerV (i,j,2) = 0. _d 0  
           phiHyd(i,j,1) = 0. _d 0  
           K13   (i,j,1) = 0. _d 0  
           K23   (i,j,1) = 0. _d 0  
           K33   (i,j,1) = 0. _d 0  
           KapGM (i,j)   = GMkbackground  
284           ENDDO           ENDDO
285          ENDDO          ENDDO
286    
287          iMin = 1-OLx+1  C--     Start computation of dynamics
288          iMax = sNx+OLx          iMin = 0
289          jMin = 1-OLy+1          iMax = sNx+1
290          jMax = sNy+OLy          jMin = 0
291            jMax = sNy+1
292    
293          K = 1  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
294          BOTTOM_LAYER = K .EQ. Nr  CADJ STORE wvel (:,:,:,bi,bj) =
295    CADJ &     comlev1_bibj, key = idynkey, byte = isbyte
296  #ifdef DO_PIPELINED_CORRECTION_STEP  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
297  C--     Calculate gradient of surface pressure  
298          CALL CALC_GRAD_ETA_SURF(  C--     Explicit part of the Surface Potentiel Gradient (add in TIMESTEP)
299       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,  C       (note: this loop will be replaced by CALL CALC_GRAD_ETA)
300       O       etaSurfX,etaSurfY,          IF (implicSurfPress.NE.1.) THEN
301       I       myThid)            CALL CALC_GRAD_PHI_SURF(
302  C--     Update fields in top level according to tendency terms       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,
303          CALL CORRECTION_STEP(       I         etaN,
304       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,       O         phiSurfX,phiSurfY,
305       I       etaSurfX,etaSurfY,myTime,myThid)       I         myThid )                        
         IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN  
 C--      Update fields in layer below according to tendency terms  
          CALL CORRECTION_STEP(  
      I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,  
      I        etaSurfX,etaSurfY,myTime,myThid)  
306          ENDIF          ENDIF
 #endif  
 C--     Density of 1st level (below W(1)) reference to level 1  
 #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
         CALL FIND_RHO(  
      I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,  
      O     rhoKm1,  
      I     myThid )  
 #endif  
   
         IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN  
 C--      Check static stability with layer below  
 C--      and mix as needed.  
 #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
          CALL FIND_RHO(  
      I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K+1, K, eosType,  
      O      rhoKp1,  
      I      myThid )  
 #endif  
 #ifdef  INCLUDE_CONVECT_CALL  
          CALL CONVECT(  
      I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,rhoKm1,rhoKp1,  
      I       myTime,myIter,myThid)  
 #endif  
 C--      Recompute density after mixing  
 #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
          CALL FIND_RHO(  
      I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,  
      O      rhoKm1,  
      I      myThid )  
 #endif  
         ENDIF  
 C--     Calculate buoyancy  
         CALL CALC_BUOYANCY(  
      I      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,rhoKm1,  
      O      buoyKm1,  
      I      myThid )  
 C--     Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of  
 C--     phiHyd(z=0)=0  
         CALL CALC_PHI_HYD(  
      I      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,buoyKm1,buoyKm1,  
      U      phiHyd,  
      I      myThid )  
   
         DO K=2,Nr  
          BOTTOM_LAYER = K .EQ. Nr  
 #ifdef DO_PIPELINED_CORRECTION_STEP  
          IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN  
 C--       Update fields in layer below according to tendency terms  
           CALL CORRECTION_STEP(  
      I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,  
      I         etaSurfX,etaSurfY,myTime,myThid)  
          ENDIF  
 #endif  
 C--      Density of K level (below W(K)) reference to K level  
 #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
          CALL FIND_RHO(  
      I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K, K, eosType,  
      O      rhoK,  
      I      myThid )  
 #endif  
          IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN  
 C--       Check static stability with layer below and mix as needed.  
 C--       Density of K+1 level (below W(K+1)) reference to K level.  
 #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
           CALL FIND_RHO(  
      I       bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K+1, K, eosType,  
      O       rhoKp1,  
      I       myThid )  
 #endif  
 #ifdef  INCLUDE_CONVECT_CALL  
           CALL CONVECT(  
      I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,rhoK,rhoKp1,  
      I        myTime,myIter,myThid)  
 #endif  
 C--       Recompute density after mixing  
 #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
           CALL FIND_RHO(  
      I       bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,  
      O       rhoK,  
      I       myThid )  
 #endif  
          ENDIF  
 C--      Calculate buoyancy  
          CALL CALC_BUOYANCY(  
      I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,rhoK,  
      O       buoyK,  
      I       myThid )  
 C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of  
 C--      phiHyd(z=0)=0  
          CALL CALC_PHI_HYD(  
      I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,buoyKm1,buoyK,  
      U        phiHyd,  
      I        myThid )  
 C--      Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation  
 #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
          CALL FIND_RHO(  
      I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K-1, K, eosType,  
      O        rhoTmp,  
      I        myThid )  
 #endif  
 #ifdef  INCLUDE_CALC_ISOSLOPES_CALL  
          CALL CALC_ISOSLOPES(  
      I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K,  
      I        rhoKm1, rhoK, rhotmp,  
      O        K13, K23, K33, KapGM,  
      I        myThid )  
 #endif  
          DO J=jMin,jMax  
           DO I=iMin,iMax  
 #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
            rhoKm1 (I,J) = rhoK(I,J)  
 #endif  
            buoyKm1(I,J) = buoyK(I,J)  
           ENDDO  
          ENDDO  
         ENDDO ! K  
307    
308          DO K = Nr, 1, -1  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
309    CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
310    CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
311    #ifdef ALLOW_KPP
312    CADJ STORE KPPviscAz (:,:,:,bi,bj)
313    CADJ &                 = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
314    #endif /* ALLOW_KPP */
315    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
316    
          kM1  =max(1,k-1)   ! Points to level above k (=k-1)  
          kUp  =1+MOD(k+1,2) ! Cycles through 1,2 to point to layer above  
          kDown=1+MOD(k,2)   ! Cycles through 2,1 to point to current layer  
          iMin = 1-OLx+2  
          iMax = sNx+OLx-1  
          jMin = 1-OLy+2  
          jMax = sNy+OLy-1  
   
 C--      Get temporary terms used by tendency routines  
          CALL CALC_COMMON_FACTORS (  
      I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,  
      O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rVel,maskC,maskUp,  
      I        myThid)  
317  #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL  #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL
318  C--      Calculate the total vertical diffusivity  C--      Calculate the total vertical diffusivity
319           CALL CALC_DIFFUSIVITY(          DO k=1,Nr
320       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,           CALL CALC_VISCOSITY(
321       I        maskC,maskUp,KapGM,K33,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
322       O        KappaRT,KappaRS,       O        KappaRU,KappaRV,
323       I        myThid)       I        myThid)
324           ENDDO
325  #endif  #endif
326  C--      Calculate accelerations in the momentum equations  
327    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
328    CADJ STORE KappaRU(:,:,:)
329    CADJ &                 = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
330    CADJ STORE KappaRV(:,:,:)
331    CADJ &                 = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
332    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
333    
334    C--     Start of dynamics loop
335            DO k=1,Nr
336    
337    C--       km1    Points to level above k (=k-1)
338    C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
339    C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
340    
341              km1  = MAX(1,k-1)
342              kp1  = MIN(k+1,Nr)
343              kup  = 1+MOD(k+1,2)
344              kDown= 1+MOD(k,2)
345    
346    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
347             kkey = (idynkey-1)*Nr + k
348    c
349    CADJ STORE totphihyd (:,:,k,bi,bj)
350    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
351    CADJ STORE gt (:,:,k,bi,bj)
352    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
353    CADJ STORE gs (:,:,k,bi,bj)
354    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
355    CADJ STORE theta (:,:,k,bi,bj)
356    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
357    CADJ STORE salt  (:,:,k,bi,bj)
358    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
359    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
360    
361    C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of
362    C        phiHyd(z=0)=0
363             CALL CALC_PHI_HYD(
364         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
365         I        theta, salt,
366         U        phiHydF,
367         O        phiHydC, dPhiHydX, dPhiHydY,
368         I        myTime, myIter, myThid )
369    
370    C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)
371    C        and step forward storing the result in gU, gV, etc...
372           IF ( momStepping ) THEN           IF ( momStepping ) THEN
373            CALL CALC_MOM_RHS(  #ifdef ALLOW_MOM_FLUXFORM
374       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,             IF (.NOT. vectorInvariantMomentum) CALL MOM_FLUXFORM(
375       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rVel,maskC,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
376       I         phiHyd,       I         dPhiHydX,dPhiHydY,KappaRU,KappaRV,
377       U         aTerm,xTerm,cTerm,mTerm,pTerm,       U         fVerU, fVerV,
378       U         fZon, fMer, fVerU, fVerV,       I         myTime, myIter, myThid)
379       I         myTime, myThid)  #endif
380           ENDIF  #ifdef ALLOW_MOM_VECINV
381  C--      Calculate active tracer tendencies             IF (vectorInvariantMomentum) CALL MOM_VECINV(
382           IF ( tempStepping ) THEN       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
383            CALL CALC_GT(       I         dPhiHydX,dPhiHydY,KappaRU,KappaRV,
384       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       U         fVerU, fVerV,
385       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,       I         myTime, myIter, myThid)
386       I         K13,K23,KappaRT,KapGM,  #endif
387       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerT,             CALL TIMESTEP(
388       I         myTime, myThid)       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
389           ENDIF       I         dPhiHydX,dPhiHydY, phiSurfX, phiSurfY,
390           IF ( saltStepping ) THEN       I         myTime, myIter, myThid)
391            CALL CALC_GS(  
392       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,  #ifdef   ALLOW_OBCS
393       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,  C--      Apply open boundary conditions
394       I         K13,K23,KappaRS,KapGM,             IF (useOBCS) THEN
395       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerS,               CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gU, gV, myThid )
396       I         myTime, myThid)             ENDIF
397           ENDIF  #endif   /* ALLOW_OBCS */
398  C--      Prediction step (step forward all model variables)  
          CALL TIMESTEP(  
      I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,  
      I       myThid)  
 C--      Diagnose barotropic divergence of predicted fields  
          CALL CALC_DIV_GHAT(  
      I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,  
      I       xA,yA,  
      I       myThid)  
   
 C--      Cumulative diagnostic calculations (ie. time-averaging)  
 #ifdef INCLUDE_DIAGNOSTICS_INTERFACE_CODE  
          IF (taveFreq.GT.0.) THEN  
           CALL DO_TIME_AVERAGES(  
      I                           myTime, myIter, bi, bj, K, kUp, kDown,  
      I                           K13, K23, rVel, KapGM,  
      I                           myThid )  
399           ENDIF           ENDIF
 #endif  
400    
         ENDDO ! K  
401    
402  C--     Implicit diffusion  C--     end of dynamics k loop (1:Nr)
403          IF (implicitDiffusion) THEN          ENDDO
404           CALL IMPLDIFF( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  
405       I                  KappaRT,KappaRS,  C--     Implicit Vertical advection & viscosity
406       I                  myThid )  #ifdef INCLUDE_IMPLVERTADV_CODE
407            IF ( momImplVertAdv ) THEN
408              CALL MOM_U_IMPLICIT_R( kappaRU,
409         I                           bi, bj, myTime, myIter, myThid )
410              CALL MOM_V_IMPLICIT_R( kappaRV,
411         I                           bi, bj, myTime, myIter, myThid )
412            ELSEIF ( implicitViscosity ) THEN
413    #else /* INCLUDE_IMPLVERTADV_CODE */
414            IF     ( implicitViscosity ) THEN
415    #endif /* INCLUDE_IMPLVERTADV_CODE */
416    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
417    CADJ STORE KappaRU(:,:,:) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
418    CADJ STORE gU(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
419    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
420              CALL IMPLDIFF(
421         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
422         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
423         U         gU,
424         I         myThid )
425    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
426    CADJ STORE KappaRV(:,:,:) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
427    CADJ STORE gV(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
428    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
429              CALL IMPLDIFF(
430         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
431         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
432         U         gV,
433         I         myThid )
434            ENDIF
435    
436    #ifdef   ALLOW_OBCS
437    C--      Apply open boundary conditions
438            IF ( useOBCS .AND.(implicitViscosity.OR.momImplVertAdv) ) THEN
439               DO K=1,Nr
440                 CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gU, gV, myThid )
441               ENDDO
442          ENDIF          ENDIF
443    #endif   /* ALLOW_OBCS */
444    
445    #ifdef    ALLOW_CD_CODE
446            IF (implicitViscosity.AND.useCDscheme) THEN
447    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
448    CADJ STORE vVelD(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
449    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
450              CALL IMPLDIFF(
451         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
452         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
453         U         vVelD,
454         I         myThid )
455    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
456    CADJ STORE uVelD(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
457    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
458              CALL IMPLDIFF(
459         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
460         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
461         U         uVelD,
462         I         myThid )
463            ENDIF
464    #endif    /* ALLOW_CD_CODE */
465    C--     End implicit Vertical advection & viscosity
466    
467         ENDDO         ENDDO
468        ENDDO        ENDDO
469    
470  C     write(0,*) 'dynamics: pS ',minval(cg2d_x(1:sNx,1:sNy,:,:)),  Cml(
471  C    &                           maxval(cg2d_x(1:sNx,1:sNy,:,:))  C     In order to compare the variance of phiHydLow of a p/z-coordinate
472  C     write(0,*) 'dynamics: U  ',minval(uVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:),mask=uVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:).NE.0.),  C     run with etaH of a z/p-coordinate run the drift of phiHydLow
473  C    &                           maxval(uVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:),mask=uVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:).NE.0.)  C     has to be removed by something like the following subroutine:
474  C     write(0,*) 'dynamics: V  ',minval(vVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:),mask=vVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:).NE.0.),  C      CALL REMOVE_MEAN_RL( 1, phiHydLow, maskH, maskH, rA, drF,
475  C    &                           maxval(vVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:),mask=vVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:).NE.0.)  C     &                'phiHydLow', myThid )
476  C     write(0,*) 'dynamics: rVel(1) ',  Cml)
477  C    &            minval(rVel(1:sNx,1:sNy,1),mask=rVel(1:sNx,1:sNy,1).NE.0.),  
478  C    &            maxval(rVel(1:sNx,1:sNy,1),mask=rVel(1:sNx,1:sNy,1).NE.0.)  #ifdef ALLOW_DEBUG
479  C     write(0,*) 'dynamics: rVel(2) ',        If ( debugLevel .GE. debLevB ) THEN
480  C    &            minval(rVel(1:sNx,1:sNy,2),mask=rVel(1:sNx,1:sNy,2).NE.0.),         CALL DEBUG_STATS_RL(1,EtaN,'EtaN (DYNAMICS)',myThid)
481  C    &            maxval(rVel(1:sNx,1:sNy,2),mask=rVel(1:sNx,1:sNy,2).NE.0.)         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,uVel,'Uvel (DYNAMICS)',myThid)
482  cblk  write(0,*) 'dynamics: K13',minval(K13(1:sNx,1:sNy,:)),         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,vVel,'Vvel (DYNAMICS)',myThid)
483  cblk &                           maxval(K13(1:sNx,1:sNy,:))         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,wVel,'Wvel (DYNAMICS)',myThid)
484  cblk  write(0,*) 'dynamics: K23',minval(K23(1:sNx,1:sNy,:)),         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,theta,'Theta (DYNAMICS)',myThid)
485  cblk &                           maxval(K23(1:sNx,1:sNy,:))         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,salt,'Salt (DYNAMICS)',myThid)
486  cblk  write(0,*) 'dynamics: K33',minval(K33(1:sNx,1:sNy,:)),         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gu,'Gu (DYNAMICS)',myThid)
487  cblk &                           maxval(K33(1:sNx,1:sNy,:))         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gv,'Gv (DYNAMICS)',myThid)
488  C     write(0,*) 'dynamics: gT ',minval(gT(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gt,'Gt (DYNAMICS)',myThid)
489  C    &                           maxval(gT(1:sNx,1:sNy,:,:,:))         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gs,'Gs (DYNAMICS)',myThid)
490  C     write(0,*) 'dynamics: T  ',minval(Theta(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GuNm1,'GuNm1 (DYNAMICS)',myThid)
491  C    &                           maxval(Theta(1:sNx,1:sNy,:,:,:))         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GvNm1,'GvNm1 (DYNAMICS)',myThid)
492  C     write(0,*) 'dynamics: gS ',minval(gS(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GtNm1,'GtNm1 (DYNAMICS)',myThid)
493  C    &                           maxval(gS(1:sNx,1:sNy,:,:,:))         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GsNm1,'GsNm1 (DYNAMICS)',myThid)
494  C     write(0,*) 'dynamics: S  ',minval(salt(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),        ENDIF
495  C    &                           maxval(salt(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  #endif
 C     write(0,*) 'dynamics: phiHyd ',minval(phiHyd/(Gravity*Rhonil),mask=phiHyd.NE.0.),  
 C    &                           maxval(phiHyd/(Gravity*Rhonil))  
 C     CALL PLOT_FIELD_XYZRL( gU, ' GU exiting dyanmics ' ,  
 C    &Nr, 1, myThid )  
 C     CALL PLOT_FIELD_XYZRL( gV, ' GV exiting dyanmics ' ,  
 C    &Nr, 1, myThid )  
 C     CALL PLOT_FIELD_XYZRL( gS, ' GS exiting dyanmics ' ,  
 C    &Nr, 1, myThid )  
 C     CALL PLOT_FIELD_XYZRL( gT, ' GT exiting dyanmics ' ,  
 C    &Nr, 1, myThid )  
 C     CALL PLOT_FIELD_XYZRL( phiHyd, ' phiHyd exiting dyanmics ' ,  
 C    &Nr, 1, myThid )  
   
496    
497        RETURN        RETURN
498        END        END

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