/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.117 by molod, Mon May 23 20:49:37 2005 UTC revision 1.133 by heimbach, Wed May 31 19:53:28 2006 UTC
# Line 3  C $Name$ Line 3  C $Name$
3    
4  #include "PACKAGES_CONFIG.h"  #include "PACKAGES_CONFIG.h"
5  #include "CPP_OPTIONS.h"  #include "CPP_OPTIONS.h"
6    #ifdef ALLOW_OBCS
7    # include "OBCS_OPTIONS.h"
8    #endif
9    
10    #undef DYNAMICS_GUGV_EXCH_CHECK
11    
12  CBOP  CBOP
13  C     !ROUTINE: DYNAMICS  C     !ROUTINE: DYNAMICS
# Line 30  C     | pressure such that the resulting Line 35  C     | pressure such that the resulting
35  C     | with the free-surface evolution or the rigid-lid:  C     | with the free-surface evolution or the rigid-lid:
36  C     |   U[n] = U* + dt x d/dx P  C     |   U[n] = U* + dt x d/dx P
37  C     |   V[n] = V* + dt x d/dy P  C     |   V[n] = V* + dt x d/dy P
38    C     |   W[n] = W* + dt x d/dz P  (NH mode)
39  C     |  C     |
40  C     | "Calculation of Gs"  C     | "Calculation of Gs"
41  C     | ===================  C     | ===================
# Line 85  C     == Global variables === Line 91  C     == Global variables ===
91  # ifdef ALLOW_KPP  # ifdef ALLOW_KPP
92  #  include "KPP.h"  #  include "KPP.h"
93  # endif  # endif
94    # ifdef ALLOW_PTRACERS
95    #  include "PTRACERS_SIZE.h"
96    #  include "PTRACERS.h"
97    # endif
98    # ifdef ALLOW_OBCS
99    #  include "OBCS.h"
100    #  ifdef ALLOW_PTRACERS
101    #   include "OBCS_PTRACERS.h"
102    #  endif
103    # endif
104    # ifdef ALLOW_MOM_FLUXFORM
105    #  include "MOM_FLUXFORM.h"
106    # endif
107  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
108    
109  C     !CALLING SEQUENCE:  C     !CALLING SEQUENCE:
110  C     DYNAMICS()  C     DYNAMICS()
111  C      |  C      |
112    C      |-- CALC_EP_FORCING
113    C      |
114  C      |-- CALC_GRAD_PHI_SURF  C      |-- CALC_GRAD_PHI_SURF
115  C      |  C      |
116  C      |-- CALC_VISCOSITY  C      |-- CALC_VISCOSITY
# Line 104  C      |-- TIMESTEP Line 125  C      |-- TIMESTEP
125  C      |  C      |
126  C      |-- OBCS_APPLY_UV  C      |-- OBCS_APPLY_UV
127  C      |  C      |
128    C      |-- MOM_U_IMPLICIT_R      
129    C      |-- MOM_V_IMPLICIT_R      
130    C      |
131  C      |-- IMPLDIFF        C      |-- IMPLDIFF      
132  C      |  C      |
133  C      |-- OBCS_APPLY_UV  C      |-- OBCS_APPLY_UV
134  C      |  C      |
135  C      |-- CALL DEBUG_STATS_RL  C      |-- CALC_GW
136    C      |
137    C      |-- DIAGNOSTICS_FILL
138    C      |-- DEBUG_STATS_RL
139    
140  C     !INPUT/OUTPUT PARAMETERS:  C     !INPUT/OUTPUT PARAMETERS:
141  C     == Routine arguments ==  C     == Routine arguments ==
# Line 161  C                      index into fVerTe Line 188  C                      index into fVerTe
188        INTEGER k, km1, kp1, kup, kDown        INTEGER k, km1, kp1, kup, kDown
189    
190  #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS  #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS
191        _RL tmpFld  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL tmpFac
       LOGICAL  DIAGNOSTICS_IS_ON  
       EXTERNAL DIAGNOSTICS_IS_ON  
192  #endif /* ALLOW_DIAGNOSTICS */  #endif /* ALLOW_DIAGNOSTICS */
193    
194    
# Line 212  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = Line 237  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] =
237  C---  C---
238  CEOP  CEOP
239    
240    #ifdef ALLOW_DEBUG
241          IF ( debugLevel .GE. debLevB )
242         &   CALL DEBUG_ENTER( 'DYNAMICS', myThid )
243    #endif
244    
245  C-- Call to routine for calculation of  C-- Call to routine for calculation of
246  C   Eliassen-Palm-flux-forced U-tendency,  C   Eliassen-Palm-flux-forced U-tendency,
247  C   if desired:  C   if desired:
# Line 264  C     uninitialised but inert locations. Line 294  C     uninitialised but inert locations.
294  cph(  cph(
295  c--   need some re-initialisation here to break dependencies  c--   need some re-initialisation here to break dependencies
296  cph)  cph)
297             gu(i,j,k,bi,bj) = 0. _d 0             gU(i,j,k,bi,bj) = 0. _d 0
298             gv(i,j,k,bi,bj) = 0. _d 0             gV(i,j,k,bi,bj) = 0. _d 0
299  #endif  #endif
300            ENDDO            ENDDO
301           ENDDO           ENDDO
# Line 284  cph) Line 314  cph)
314            phiSurfY(i,j)  = 0. _d 0            phiSurfY(i,j)  = 0. _d 0
315            guDissip(i,j)  = 0. _d 0            guDissip(i,j)  = 0. _d 0
316            gvDissip(i,j)  = 0. _d 0            gvDissip(i,j)  = 0. _d 0
317    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
318    cph(
319    c--   need some re-initialisation here to break dependencies
320    cph)
321    # ifdef NONLIN_FRSURF
322    #  ifndef DISABLE_RSTAR_CODE
323              dWtransC(i,j,bi,bj)  = 0. _d 0
324              dWtransU(i,j,bi,bj)  = 0. _d 0
325              dWtransV(i,j,bi,bj)  = 0. _d 0
326    #  endif
327    # endif /* NONLIN_FRSURF */
328    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
329           ENDDO           ENDDO
330          ENDDO          ENDDO
331    
# Line 329  C--      Calculate the total vertical di Line 371  C--      Calculate the total vertical di
371    
372  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
373  CADJ STORE KappaRU(:,:,:)  CADJ STORE KappaRU(:,:,:)
374  CADJ &                 = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte  CADJ &     = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
375  CADJ STORE KappaRV(:,:,:)  CADJ STORE KappaRV(:,:,:)
376  CADJ &                 = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte  CADJ &     = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
377  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
378    
379  C--     Start of dynamics loop  C--     Start of dynamics loop
# Line 355  CADJ STORE theta (:,:,k,bi,bj) Line 397  CADJ STORE theta (:,:,k,bi,bj)
397  CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte  CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
398  CADJ STORE salt  (:,:,k,bi,bj)  CADJ STORE salt  (:,:,k,bi,bj)
399  CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte  CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
400    CADJ STORE gt(:,:,k,bi,bj)
401    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
402    CADJ STORE gs(:,:,k,bi,bj)
403    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
404    # ifdef NONLIN_FRSURF
405    cph-test
406    CADJ STORE  phiHydC (:,:)
407    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
408    CADJ STORE  phiHydF (:,:)
409    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
410    CADJ STORE  gudissip (:,:)
411    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
412    CADJ STORE  gvdissip (:,:)
413    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
414    CADJ STORE  fVerU (:,:,:)
415    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
416    CADJ STORE  fVerV (:,:,:)
417    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
418    CADJ STORE gu(:,:,k,bi,bj)
419    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
420    CADJ STORE gv(:,:,k,bi,bj)
421    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
422    CADJ STORE gunm1(:,:,k,bi,bj)
423    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
424    CADJ STORE gvnm1(:,:,k,bi,bj)
425    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
426    #   ifndef DISABLE_RSTAR_CODE
427    CADJ STORE dwtransc(:,:,bi,bj)
428    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
429    CADJ STORE dwtransu(:,:,bi,bj)
430    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
431    CADJ STORE dwtransv(:,:,bi,bj)
432    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
433    #   endif
434    #  ifdef ALLOW_CD_CODE
435    CADJ STORE unm1(:,:,k,bi,bj)
436    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
437    CADJ STORE vnm1(:,:,k,bi,bj)
438    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
439    CADJ STORE uVelD(:,:,k,bi,bj)
440    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
441    CADJ STORE vVelD(:,:,k,bi,bj)
442    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
443    #  endif
444    # endif
445  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
446    
447  C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of  C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of
448  C        phiHyd(z=0)=0  C        phiHyd(z=0)=0
449           CALL CALC_PHI_HYD(           IF ( implicitIntGravWave ) THEN
450               CALL CALC_PHI_HYD(
451         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
452         I        gT, gS,
453         U        phiHydF,
454         O        phiHydC, dPhiHydX, dPhiHydY,
455         I        myTime, myIter, myThid )
456             ELSE
457               CALL CALC_PHI_HYD(
458       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
459       I        theta, salt,       I        theta, salt,
460       U        phiHydF,       U        phiHydF,
461       O        phiHydC, dPhiHydX, dPhiHydY,       O        phiHydC, dPhiHydX, dPhiHydY,
462       I        myTime, myIter, myThid )       I        myTime, myIter, myThid )
463             ENDIF
464    
465  C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)  C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)
466  C        and step forward storing the result in gU, gV, etc...  C        and step forward storing the result in gU, gV, etc...
467           IF ( momStepping ) THEN           IF ( momStepping ) THEN
468               IF (.NOT. vectorInvariantMomentum) THEN
469  #ifdef ALLOW_MOM_FLUXFORM  #ifdef ALLOW_MOM_FLUXFORM
470             IF (.NOT. vectorInvariantMomentum) CALL MOM_FLUXFORM(  C
471    # ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
472    #  ifdef NONLIN_FRSURF
473    #   ifndef DISABLE_RSTAR_CODE
474    CADJ STORE dwtransc(:,:,bi,bj)
475    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
476    CADJ STORE dwtransu(:,:,bi,bj)
477    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
478    CADJ STORE dwtransv(:,:,bi,bj)
479    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
480    #   endif
481    #  endif
482    # endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
483    C
484                  CALL MOM_FLUXFORM(
485       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
486       I         dPhiHydX,dPhiHydY,KappaRU,KappaRV,       I         KappaRU, KappaRV,
487       U         fVerU, fVerV,       U         fVerU, fVerV,
488         O         guDissip, gvDissip,
489       I         myTime, myIter, myThid)       I         myTime, myIter, myThid)
490  #endif  #endif
491               ELSE
492  #ifdef ALLOW_MOM_VECINV  #ifdef ALLOW_MOM_VECINV
493             IF (vectorInvariantMomentum) CALL MOM_VECINV(  C
494    # ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
495    #  ifdef NONLIN_FRSURF
496    CADJ STORE fVerU(:,:,:)
497    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
498    CADJ STORE fVerV(:,:,:)
499    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
500    #  endif
501    # endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
502    C
503                 CALL MOM_VECINV(
504       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
505       I         dPhiHydX,dPhiHydY,KappaRU,KappaRV,       I         KappaRU, KappaRV,
506       U         fVerU, fVerV,       U         fVerU, fVerV,
507       O         guDissip, gvDissip,       O         guDissip, gvDissip,
508       I         myTime, myIter, myThid)       I         myTime, myIter, myThid)
509  #endif  #endif
510               ENDIF
511    C
512             CALL TIMESTEP(             CALL TIMESTEP(
513       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
514       I         dPhiHydX,dPhiHydY, phiSurfX, phiSurfY,       I         dPhiHydX,dPhiHydY, phiSurfX, phiSurfY,
# Line 404  C--     end of dynamics k loop (1:Nr) Line 529  C--     end of dynamics k loop (1:Nr)
529          ENDDO          ENDDO
530    
531  C--     Implicit Vertical advection & viscosity  C--     Implicit Vertical advection & viscosity
532  #ifdef INCLUDE_IMPLVERTADV_CODE  #if (defined (INCLUDE_IMPLVERTADV_CODE) && defined (ALLOW_MOM_COMMON))
533          IF ( momImplVertAdv ) THEN          IF ( momImplVertAdv ) THEN
534            CALL MOM_U_IMPLICIT_R( kappaRU,            CALL MOM_U_IMPLICIT_R( kappaRU,
535       I                           bi, bj, myTime, myIter, myThid )       I                           bi, bj, myTime, myIter, myThid )
# Line 420  CADJ STORE gU(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bib Line 545  CADJ STORE gU(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bib
545  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
546            CALL IMPLDIFF(            CALL IMPLDIFF(
547       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
548       I         0, KappaRU,recip_HFacW,       I         -1, KappaRU,recip_HFacW,
549       U         gU,       U         gU,
550       I         myThid )       I         myThid )
551  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
# Line 429  CADJ STORE gV(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bib Line 554  CADJ STORE gV(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bib
554  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
555            CALL IMPLDIFF(            CALL IMPLDIFF(
556       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
557       I         0, KappaRV,recip_HFacS,       I         -2, KappaRV,recip_HFacS,
558       U         gV,       U         gV,
559       I         myThid )       I         myThid )
560          ENDIF          ENDIF
# Line 476  C--     End implicit Vertical advection Line 601  C--     End implicit Vertical advection
601    
602  C---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7-|--+----|  C---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7-|--+----|
603    
604    #ifdef ALLOW_NONHYDROSTATIC
605    C--   Step forward W field in N-H algorithm
606          IF ( nonHydrostatic ) THEN
607    #ifdef ALLOW_DEBUG
608             IF ( debugLevel .GE. debLevB )
609         &     CALL DEBUG_CALL('CALC_GW', myThid )
610    #endif
611             CALL TIMER_START('CALC_GW          [DYNAMICS]',myThid)
612             CALL CALC_GW( myTime, myIter, myThid )
613          ENDIF
614          IF ( nonHydrostatic.OR.implicitIntGravWave )
615         &   CALL TIMESTEP_WVEL( myTime, myIter, myThid )
616          IF ( nonHydrostatic )
617         &   CALL TIMER_STOP ('CALC_GW          [DYNAMICS]',myThid)
618    #endif
619    
620    C---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7-|--+----|
621    
622  Cml(  Cml(
623  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
624  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 485  C     &                'phiHydLow', myTh Line 628  C     &                'phiHydLow', myTh
628  Cml)  Cml)
629    
630  #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS  #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS
631        IF ( usediagnostics ) THEN        IF ( useDiagnostics ) THEN
632    
633         CALL DIAGNOSTICS_FILL(totPhihyd,'PHIHYD  ',0,Nr,0,1,1,myThid)         CALL DIAGNOSTICS_FILL(totPhihyd,'PHIHYD  ',0,Nr,0,1,1,myThid)
634           CALL DIAGNOSTICS_FILL(phiHydLow,'PHIBOT  ',0, 1,0,1,1,myThid)
635    
636         IF ( DIAGNOSTICS_IS_ON('PHIHYDSQ',myThid) ) THEN         tmpFac = 1. _d 0
637          DO bj = myByLo(myThid), myByHi(myThid)         CALL DIAGNOSTICS_SCALE_FILL(totPhihyd,tmpFac,2,
638          DO bi = myBxLo(myThid), myBxHi(myThid)       &                                 'PHIHYDSQ',0,Nr,0,1,1,myThid)
          DO k = 1,Nr  
           DO j = 1,sNy  
            DO i = 1,sNx  
              tmpFld(i,j) = totPhihyd(i,j,k,bi,bj)*totPhihyd(i,j,k,bi,bj)  
            ENDDO  
           ENDDO  
           CALL DIAGNOSTICS_FILL(tmpFld,'PHIHYDSQ',k,1,2,bi,bj,myThid)  
          ENDDO  
         ENDDO  
         ENDDO  
        ENDIF  
   
        CALL DIAGNOSTICS_FILL(phiHydLow,'PHIBOT  ',0,1,0,1,1,myThid)  
639    
640         IF ( DIAGNOSTICS_IS_ON('PHIBOTSQ',myThid) ) THEN         CALL DIAGNOSTICS_SCALE_FILL(phiHydLow,tmpFac,2,
641          DO bj = myByLo(myThid), myByHi(myThid)       &                                 'PHIBOTSQ',0, 1,0,1,1,myThid)
          DO bi = myBxLo(myThid), myBxHi(myThid)  
           DO j = 1,sNy  
            DO i = 1,sNx  
              tmpFld(i,j) = phiHydLow(i,j,bi,bj)*phiHydLow(i,j,bi,bj)  
            ENDDO  
           ENDDO  
           CALL DIAGNOSTICS_FILL(tmpFld,'PHIBOTSQ',0,1,2,bi,bj,myThid)  
          ENDDO  
         ENDDO  
        ENDIF  
642    
643        ENDIF        ENDIF
644  #endif /* ALLOW_DIAGNOSTICS */  #endif /* ALLOW_DIAGNOSTICS */
# Line 543  Cml) Line 664  Cml)
664        ENDIF        ENDIF
665  #endif  #endif
666    
667    #ifdef DYNAMICS_GUGV_EXCH_CHECK
668    C- jmc: For safety checking only: This Exchange here should not change
669    C       the solution. If solution changes, it means something is wrong,
670    C       but it does not mean that it is less wrong with this exchange.
671          IF ( debugLevel .GT. debLevB ) THEN
672           CALL EXCH_UV_XYZ_RL(gU,gV,.TRUE.,myThid)
673          ENDIF
674    #endif
675    
676    #ifdef ALLOW_DEBUG
677          IF ( debugLevel .GE. debLevB )
678         &   CALL DEBUG_LEAVE( 'DYNAMICS', myThid )
679    #endif
680    
681        RETURN        RETURN
682        END        END
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