/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.14 by cnh, Mon Jun 8 21:43:01 1998 UTC revision 1.54.2.12 by adcroft, Tue Jan 30 21:02:59 2001 UTC
# Line 1  Line 1 
1  C $Header$  C $Header$
2    
3  #include "CPP_EEOPTIONS.h"  #include "CPP_OPTIONS.h"
4    
5        SUBROUTINE DYNAMICS(myTime, myIter, myThid)        SUBROUTINE DYNAMICS(myTime, myIter, myThid)
6  C     /==========================================================\  C     /==========================================================\
# Line 20  C     | ===== Line 20  C     | =====
20  C     | C*P* comments indicating place holders for which code is |  C     | C*P* comments indicating place holders for which code is |
21  C     |      presently being developed.                          |  C     |      presently being developed.                          |
22  C     \==========================================================/  C     \==========================================================/
23          IMPLICIT NONE
24    
25  C     == Global variables ===  C     == Global variables ===
26  #include "SIZE.h"  #include "SIZE.h"
# Line 27  C     == Global variables === Line 28  C     == Global variables ===
28  #include "CG2D.h"  #include "CG2D.h"
29  #include "PARAMS.h"  #include "PARAMS.h"
30  #include "DYNVARS.h"  #include "DYNVARS.h"
31    #include "GRID.h"
32    
33    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
34    # include "tamc.h"
35    # include "tamc_keys.h"
36    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
37    
38    #ifdef ALLOW_KPP
39    # include "KPP.h"
40    #endif
41    
42  C     == Routine arguments ==  C     == Routine arguments ==
43  C     myTime - Current time in simulation  C     myTime - Current time in simulation
44  C     myIter - Current iteration number in simulation  C     myIter - Current iteration number in simulation
45  C     myThid - Thread number for this instance of the routine.  C     myThid - Thread number for this instance of the routine.
       INTEGER myThid  
46        _RL myTime        _RL myTime
47        INTEGER myIter        INTEGER myIter
48          INTEGER myThid
49    
50  C     == Local variables  C     == Local variables
51  C     xA, yA                 - Per block temporaries holding face areas  C     xA, yA                 - Per block temporaries holding face areas
52  C     uTrans, vTrans, wTrans - Per block temporaries holding flow transport  C     uTrans, vTrans, rTrans - Per block temporaries holding flow
53  C     wVel                     o uTrans: Zonal transport  C                              transport
54    C     rVel                     o uTrans: Zonal transport
55  C                              o vTrans: Meridional transport  C                              o vTrans: Meridional transport
56  C                              o wTrans: Vertical transport  C                              o rTrans: Vertical transport
57  C                              o wVel:   Vertical velocity at upper and lower  C                              o rVel:   Vertical velocity at upper and
58  C                                        cell faces.  C                                        lower cell faces.
59  C     maskC,maskUp             o maskC: land/water mask for tracer cells  C     maskC,maskUp             o maskC: land/water mask for tracer cells
60  C                              o maskUp: land/water mask for W points  C                              o maskUp: land/water mask for W points
61  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  
62  C                                      is "pipelined" in the vertical  C                                      is "pipelined" in the vertical
63  C                                      so we need an fVer for each  C                                      so we need an fVer for each
64  C                                      variable.  C                                      variable.
65  C     iMin, iMax - Ranges and sub-block indices on which calculations  C     rhoK, rhoKM1   - Density at current level, and level above
66  C     jMin, jMax   are applied.  C     phiHyd         - Hydrostatic part of the potential phiHydi.
67    C                      In z coords phiHydiHyd is the hydrostatic
68    C                      pressure anomaly
69    C                      In p coords phiHydiHyd is the geopotential
70    C                      surface height
71    C                      anomaly.
72    C     etaSurfX,      - Holds surface elevation gradient in X and Y.
73    C     etaSurfY
74    C     KappaRT,       - Total diffusion in vertical for T and S.
75    C     KappaRS          (background + spatially varying, isopycnal term).
76    C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations
77    C     jMin, jMax       are applied.
78  C     bi, bj  C     bi, bj
79  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
80  C                          are switched with layer to be the appropriate index  C     kDown, km1       are switched with layer to be the appropriate
81  C                          into fVerTerm  C                      index into fVerTerm.
82        _RS xA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS xA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
83        _RS yA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS yA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
84        _RL uTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL uTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
85        _RL vTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL vTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
86        _RL wTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
87        _RL wVel  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL rVel    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
88        _RS maskC (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS maskC   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
89        _RS maskUp(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS maskUp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
90        _RL aTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerT   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
91        _RL xTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerS   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
92        _RL cTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
93        _RL mTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
94        _RL pTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiHyd  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
95        _RL fZon  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rhokm1  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
96        _RL fMer  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rhok    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
97        _RL fVerT (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL KappaRT (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
98        _RL fVerS (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL KappaRS (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
99        _RL fVerU (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
100        _RL fVerV (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL KappaRV (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
101        _RL pH    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)        _RL sigmaX  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
102        _RL rhokm1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL sigmaY  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
103        _RL rhokp1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL sigmaR  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
104        _RL rhotmp(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
105        _RL pSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  C This is currently also used by IVDC and Diagnostics
106        _RL pSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  C #ifdef INCLUDE_CONVECT_CALL
107        _RL K13   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)        _RL ConvectCount (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
108        _RL K23   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)  C #endif
       _RL K33   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)  
       _RL KapGM (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL KappaZT(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nz)  
109    
110        INTEGER iMin, iMax        INTEGER iMin, iMax
111        INTEGER jMin, jMax        INTEGER jMin, jMax
112        INTEGER bi, bj        INTEGER bi, bj
113        INTEGER i, j        INTEGER i, j
114        INTEGER k, kM1, kUp, kDown        INTEGER k, km1, kup, kDown
115    
116    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
117          INTEGER    isbyte
118          PARAMETER( isbyte = 4 )
119    
120          INTEGER act1, act2, act3, act4
121          INTEGER max1, max2, max3
122          INTEGER iikey, kkey
123          INTEGER maximpl
124    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
125    
126  C---    The algorithm...  C---    The algorithm...
127  C  C
# Line 116  C       "Calculation of Gs" Line 137  C       "Calculation of Gs"
137  C       ===================  C       ===================
138  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.
139  C       physics, parameterizations etc...) are calculated  C       physics, parameterizations etc...) are calculated
140  C         w = sum_z ( div. u[n] )  C         rVel = sum_r ( div. u[n] )
141  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )
142    C         b   = b(rho, theta)
143  C         K31 = K31 ( rho )  C         K31 = K31 ( rho )
144  C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], w, rho, Ph, ... )  C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], rVel, b, ... )
145  C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], w, rho, Ph, ... )  C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], rVel, b, ... )
146  C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], w, K31, ... )  C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], rVel, K31, ... )
147  C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], w, K31, ... )  C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], rVel, K31, ... )
148  C  C
149  C       "Time-stepping" or "Prediction"  C       "Time-stepping" or "Prediction"
150  C       ================================  C       ================================
# Line 146  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = Line 168  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] =
168  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
169  C---  C---
170    
171    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
172    C--   dummy statement to end declaration part
173          ikey = 1
174    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
175    
176  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values
177  C     These inital values do not alter the numerical results. They  C     These inital values do not alter the numerical results. They
178  C     just ensure that all memory references are to valid floating  C     just ensure that all memory references are to valid floating
# Line 157  C     uninitialised but inert locations. Line 184  C     uninitialised but inert locations.
184          yA(i,j)      = 0. _d 0          yA(i,j)      = 0. _d 0
185          uTrans(i,j)  = 0. _d 0          uTrans(i,j)  = 0. _d 0
186          vTrans(i,j)  = 0. _d 0          vTrans(i,j)  = 0. _d 0
187          aTerm(i,j)   = 0. _d 0          DO k=1,Nr
188          xTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0
189          cTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0
190          mTerm(i,j)   = 0. _d 0           sigmaX(i,j,k) = 0. _d 0
191          pTerm(i,j)   = 0. _d 0           sigmaY(i,j,k) = 0. _d 0
192          fZon(i,j)    = 0. _d 0           sigmaR(i,j,k) = 0. _d 0
         fMer(i,j)    = 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  
          KappaZT(i,j,k) = 0. _d 0  
193          ENDDO          ENDDO
194          rhokm1(i,j)  = 0. _d 0          rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0
195          rhokp1(i,j)  = 0. _d 0          rhok   (i,j) = 0. _d 0
196          rhotmp(i,j)  = 0. _d 0          maskC  (i,j) = 0. _d 0
197         ENDDO         ENDDO
198        ENDDO        ENDDO
199    
200    
201    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
202    C--   HPF directive to help TAMC
203    CHPF$ INDEPENDENT
204    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
205    
206        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
207    
208    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
209    C--    HPF directive to help TAMC
210    CHPF$  INDEPENDENT, NEW (rTrans,rVel,fVerT,fVerS,fVerU,fVerV
211    CHPF$&                  ,phiHyd,utrans,vtrans,maskc,xA,yA
212    CHPF$&                  ,KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV
213    CHPF$&                  )
214    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
215    
216         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
217    
218    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
219              act1 = bi - myBxLo(myThid)
220              max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1
221    
222              act2 = bj - myByLo(myThid)
223              max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1
224    
225              act3 = myThid - 1
226              max3 = nTx*nTy
227    
228              act4 = ikey_dynamics - 1
229    
230              ikey = (act1 + 1) + act2*max1
231         &                      + act3*max1*max2
232         &                      + act4*max1*max2*max3
233    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
234    
235  C--     Set up work arrays that need valid initial values  C--     Set up work arrays that need valid initial values
236          DO j=1-OLy,sNy+OLy          DO j=1-OLy,sNy+OLy
237           DO i=1-OLx,sNx+OLx           DO i=1-OLx,sNx+OLx
238            wTrans(i,j)  = 0. _d 0            rTrans(i,j)   = 0. _d 0
239            wVel  (i,j,1) = 0. _d 0            rVel  (i,j,1) = 0. _d 0
240            wVel  (i,j,2) = 0. _d 0            rVel  (i,j,2) = 0. _d 0
241            fVerT(i,j,1) = 0. _d 0            fVerT (i,j,1) = 0. _d 0
242            fVerT(i,j,2) = 0. _d 0            fVerT (i,j,2) = 0. _d 0
243            fVerS(i,j,1) = 0. _d 0            fVerS (i,j,1) = 0. _d 0
244            fVerS(i,j,2) = 0. _d 0            fVerS (i,j,2) = 0. _d 0
245            fVerU(i,j,1) = 0. _d 0            fVerU (i,j,1) = 0. _d 0
246            fVerU(i,j,2) = 0. _d 0            fVerU (i,j,2) = 0. _d 0
247            fVerV(i,j,1) = 0. _d 0            fVerV (i,j,1) = 0. _d 0
248            fVerV(i,j,2) = 0. _d 0            fVerV (i,j,2) = 0. _d 0
249            pH(i,j,1) = 0. _d 0           ENDDO
250            K13(i,j,1) = 0. _d 0          ENDDO
251            K23(i,j,1) = 0. _d 0  
252            K33(i,j,1) = 0. _d 0          DO k=1,Nr
253            KapGM(i,j) = 0. _d 0           DO j=1-OLy,sNy+OLy
254              DO i=1-OLx,sNx+OLx
255    #ifdef INCLUDE_CONVECT_CALL
256               ConvectCount(i,j,k) = 0.
257    #endif
258               KappaRT(i,j,k) = 0. _d 0
259               KappaRS(i,j,k) = 0. _d 0
260              ENDDO
261           ENDDO           ENDDO
262          ENDDO          ENDDO
263    
# Line 207  C--     Set up work arrays that need val Line 266  C--     Set up work arrays that need val
266          jMin = 1-OLy+1          jMin = 1-OLy+1
267          jMax = sNy+OLy          jMax = sNy+OLy
268    
 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 CORRECTION_STEP(  
      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  
269    
270          DO K=2,Nz  C--     Start of diagnostic loop
271  C--     Update fields in Kth level according to tendency terms          DO k=Nr,1,-1
272          CALL CORRECTION_STEP(  
273       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,pSurfX,pSurfY,myThid)  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
274  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?
275  copt    CALL FIND_RHO(  C? Do we still need this?
276  copt I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K-1, K-1, eosType,           kkey = (ikey-1)*(Nr-2+1) + (k-2) + 1
277  copt O     rhoKm1,  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
278  copt I     myThid )  
279  C       rhoKm1=rhoKp1  C--       Integrate continuity vertically for vertical velocity
280          DO J=1-Oly,sNy+Oly            CALL INTEGRATE_FOR_W(
281           DO I=1-Olx,sNx+Olx       I                         bi, bj, k, uVel, vVel,
282            rhoKm1(I,J)=rhoKp1(I,J)       O                         wVel,
283           ENDDO       I                         myThid )
284    
285    #ifdef    ALLOW_OBCS
286    #ifdef    ALLOW_NONHYDROSTATIC
287    C--       Calculate future values on open boundaries
288              IF (useOBCS.AND.nonHydrostatic) THEN
289                CALL OBCS_APPLY_W( bi, bj, k, wVel, myThid )
290              ENDIF
291    #endif    /* ALLOW_NONHYDROSTATIC */
292    #endif    /* ALLOW_OBCS */
293    
294    C--       Calculate gradients of potential density for isoneutral
295    C         slope terms (e.g. GM/Redi tensor or IVDC diffusivity)
296    c         IF ( k.GT.1 .AND. (useGMRedi.OR.ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
297              IF ( useGMRedi .OR. (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
298                CALL FIND_RHO(
299         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, k, eosType,
300         I        theta, salt,
301         O        rhoK,
302         I        myThid )
303                IF (k.GT.1) CALL FIND_RHO(
304         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k-1, k, eosType,
305         I        theta, salt,
306         O        rhoKm1,
307         I        myThid )
308                CALL GRAD_SIGMA(
309         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
310         I             rhoK, rhoKm1, rhoK,
311         O             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
312         I             myThid )
313              ENDIF
314    
315    C--       Implicit Vertical Diffusion for Convection
316    c ==> should use sigmaR !!!
317              IF (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) THEN
318                CALL CALC_IVDC(
319         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
320         I        rhoKm1, rhoK,
321         U        ConvectCount, KappaRT, KappaRS,
322         I        myTime, myIter, myThid)
323              END IF
324    
325    C--     end of diagnostic k loop (Nr:1)
326          ENDDO          ENDDO
327  C--     Density of K level (below W(K)) reference to K level  
328          CALL FIND_RHO(  #ifdef  ALLOW_OBCS
329       I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K, K, eosType,  C--     Calculate future values on open boundaries
330       O     rhoKp1,          IF (useOBCS) THEN
331       I     myThid )            CALL OBCS_CALC( bi, bj, myTime+deltaT,
332  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,  
333       I            myThid )       I            myThid )
334  C--     Calculate static stability and mix where convectively unstable          ENDIF
335          CALL CONVECT(  #endif  /* ALLOW_OBCS */
      I      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,rhotmp,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 )  
336    
337          ENDDO ! K  C--     Determines forcing terms based on external fields
338    C       relaxation terms, etc.
339            CALL EXTERNAL_FORCING_SURF(
340         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
341         I             myThid )
342    
343  C--     Initial boundary condition on barotropic divergence integral  #ifdef  ALLOW_GMREDI
344          DO j=1-OLy,sNy+OLy  C--     Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation
345           DO i=1-OLx,sNx+OLx          IF (useGMRedi) THEN
346            cg2d_b(i,j,bi,bj) = 0. _d 0            DO k=1,Nr
347           ENDDO              CALL GMREDI_CALC_TENSOR(
348          ENDDO       I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
349         I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
350         I             myThid )
351              ENDDO
352            ENDIF
353    #endif  /* ALLOW_GMREDI */
354    
355    #ifdef  ALLOW_KPP
356    C--     Compute KPP mixing coefficients
357            IF (useKPP) THEN
358              CALL KPP_CALC(
359         I                  bi, bj, myTime, myThid )
360            ENDIF
361    #endif  /* ALLOW_KPP */
362    
363          DO K = Nz, 1, -1  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
364           kM1  =max(1,k-1)   ! Points to level above k (=k-1)  CADJ STORE KappaRT(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
365           kUp  =1+MOD(k+1,2) ! Cycles through 1,2 to point to layer above  CADJ STORE KappaRS(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
366           kDown=1+MOD(k,2)   ! Cycles through 2,1 to point to current layer  CADJ STORE theta(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
367           iMin = 1-OLx+2  CADJ STORE salt (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
368           iMax = sNx+OLx-1  CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
369           jMin = 1-OLy+2  CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
370           jMax = sNy+OLy-1  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
371    
372    
373    
374    C--     Start of thermodynamics loop
375            DO k=Nr,1,-1
376    
377    C--       km1    Points to level above k (=k-1)
378    C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
379    C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
380    
381              km1  = MAX(1,k-1)
382              kup  = 1+MOD(k+1,2)
383              kDown= 1+MOD(k,2)
384    
385              iMin = 1-OLx+2
386              iMax = sNx+OLx-1
387              jMin = 1-OLy+2
388              jMax = sNy+OLy-1
389    
390    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
391    CPatrick Is this formula correct?
392             kkey = (ikey-1)*(Nr-1+1) + (k-1) + 1
393    CADJ STORE rvel  (:,:,kDown) = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
394    CADJ STORE rTrans(:,:)       = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
395    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
396    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
397    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
398    
399  C--      Get temporary terms used by tendency routines  C--      Get temporary terms used by tendency routines
400           CALL CALC_COMMON_FACTORS (           CALL CALC_COMMON_FACTORS (
401       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,km1,kup,kDown,
402       O        xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,wVel,maskC,maskUp,       O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rVel,maskC,maskUp,
403       I        myThid)       I        myThid)
404    
405    #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL
406  C--      Calculate the total vertical diffusivity  C--      Calculate the total vertical diffusivity
407           CALL CALC_DIFFUSIVITY(           CALL CALC_DIFFUSIVITY(
408       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
409       I        maskC,maskUp,KapGM,K33,       I        maskC,maskup,
410       O        KappaZT,       O        KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV,
411       I        myThid)       I        myThid)
412    #endif
413    
414  C--      Calculate accelerations in the momentum equations  C--      Calculate active tracer tendencies (gT,gS,...)
415           IF ( momStepping ) THEN  C        and step forward storing result in gTnm1, gSnm1, etc.
           CALL CALC_MOM_RHS(  
      I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,  
      I         xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,wVel,maskC,  
      I         pH,  
      U         aTerm,xTerm,cTerm,mTerm,pTerm,  
      U         fZon, fMer, fVerU, fVerV,  
      I         myThid)  
          ENDIF  
   
 C--      Calculate active tracer tendencies  
416           IF ( tempStepping ) THEN           IF ( tempStepping ) THEN
417            CALL CALC_GT(             CALL CALC_GT(
418       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
419       I         xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskUp,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
420       I         K13,K23,KappaZT,KapGM,       I         KappaRT,
421       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerT,       U         fVerT,
422       I         myThid)       I         myTime, myThid)
423               CALL TIMESTEP_TRACER(
424         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
425         I         theta, gT,
426         U         gTnm1,
427         I         myIter, myThid)
428           ENDIF           ENDIF
429  Cdbg     CALL CALC_GS(           IF ( saltStepping ) THEN
430  Cdbg I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,             CALL CALC_GS(
431  Cdbg I        xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskUp,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
432  Cdbg I        K13,K23,K33,KapGM,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
433  Cdbg U        aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerS,       I         KappaRS,
434  Cdbg I        myThid)       U         fVerS,
435         I         myTime, myThid)
436  C--      Prediction step (step forward all model variables)             CALL TIMESTEP_TRACER(
437           CALL TIMESTEP(       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
438       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,       I         salt, gS,
439       I       myThid)       U         gSnm1,
440         I         myIter, myThid)
441  C--      Diagnose barotropic divergence of predicted fields           ENDIF
442           CALL DIV_G(  
443       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,  #ifdef   ALLOW_OBCS
444       I       xA,yA,  C--      Apply open boundary conditions
445       I       myThid)           IF (useOBCS) THEN
446               CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
447             END IF
448    #endif   /* ALLOW_OBCS */
449    
450    C--      Freeze water
451             IF (allowFreezing) THEN
452    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
453    CADJ STORE gTNm1(:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k
454    CADJ &   , key = kkey, byte = isbyte
455    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
456                CALL FREEZE( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, myThid )
457             END IF
458    
459    C--     end of thermodynamic k loop (Nr:1)
460            ENDDO
461    
462          ENDDO ! K  
463    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
464    CPatrick? What about this one?
465               maximpl = 6
466               iikey = (ikey-1)*maximpl
467    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
468    
469  C--     Implicit diffusion  C--     Implicit diffusion
470          IF (implicitDiffusion) THEN          IF (implicitDiffusion) THEN
471           CALL IMPLDIFF( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  
472       I                  KappaZT,            IF (tempStepping) THEN
473       I                  myThid )  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
474                idkey = iikey + 1
475    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
476                CALL IMPLDIFF(
477         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
478         I         deltaTtracer, KappaRT, recip_HFacC,
479         U         gTNm1,
480         I         myThid )
481             ENDIF
482    
483             IF (saltStepping) THEN
484    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
485             idkey = iikey + 2
486    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
487                CALL IMPLDIFF(
488         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
489         I         deltaTtracer, KappaRS, recip_HFacC,
490         U         gSNm1,
491         I         myThid )
492             ENDIF
493    
494    #ifdef   ALLOW_OBCS
495    C--      Apply open boundary conditions
496             IF (useOBCS) THEN
497               DO K=1,Nr
498                 CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
499               ENDDO
500             END IF
501    #endif   /* ALLOW_OBCS */
502    
503    C--     End If implicitDiffusion
504            ENDIF
505    
506    
507    
508    C--     Start of dynamics loop
509            DO k=1,Nr
510    
511    C--       km1    Points to level above k (=k-1)
512    C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
513    C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
514    
515              km1  = MAX(1,k-1)
516              kup  = 1+MOD(k+1,2)
517              kDown= 1+MOD(k,2)
518    
519              iMin = 1-OLx+2
520              iMax = sNx+OLx-1
521              jMin = 1-OLy+2
522              jMax = sNy+OLy-1
523    
524    C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of
525    C        phiHyd(z=0)=0
526    C        distinguishe between Stagger and Non Stagger time stepping
527             IF (staggerTimeStep) THEN
528               CALL CALC_PHI_HYD(
529         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
530         I        gTnm1, gSnm1,
531         U        phiHyd,
532         I        myThid )
533             ELSE
534               CALL CALC_PHI_HYD(
535         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
536         I        theta, salt,
537         U        phiHyd,
538         I        myThid )
539             ENDIF
540    
541    C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)
542    C        and step forward storing the result in gUnm1, gVnm1, etc...
543             IF ( momStepping ) THEN
544               CALL CALC_MOM_RHS(
545         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
546         I         phiHyd,KappaRU,KappaRV,
547         U         fVerU, fVerV,
548         I         myTime, myThid)
549               CALL TIMESTEP(
550         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,phiHyd,
551         I         myIter, myThid)
552    
553    #ifdef   ALLOW_OBCS
554    C--      Apply open boundary conditions
555             IF (useOBCS) THEN
556               CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
557             END IF
558    #endif   /* ALLOW_OBCS */
559    
560    #ifdef   ALLOW_AUTODIFF_TAMC
561    #ifdef   INCLUDE_CD_CODE
562             ELSE
563               DO j=1-OLy,sNy+OLy
564                 DO i=1-OLx,sNx+OLx
565                   guCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
566                   gvCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
567                 END DO
568               END DO
569    #endif   /* INCLUDE_CD_CODE */
570    #endif   /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
571             ENDIF
572    
573    
574    C--     end of dynamics k loop (1:Nr)
575            ENDDO
576    
577    
578    
579    C--     Implicit viscosity
580            IF (implicitViscosity.AND.momStepping) THEN
581    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
582              idkey = iikey + 3
583    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
584              CALL IMPLDIFF(
585         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
586         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
587         U         gUNm1,
588         I         myThid )
589    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
590              idkey = iikey + 4
591    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
592              CALL IMPLDIFF(
593         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
594         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
595         U         gVNm1,
596         I         myThid )
597    
598    #ifdef   ALLOW_OBCS
599    C--      Apply open boundary conditions
600             IF (useOBCS) THEN
601               DO K=1,Nr
602                 CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
603               ENDDO
604             END IF
605    #endif   /* ALLOW_OBCS */
606    
607    #ifdef    INCLUDE_CD_CODE
608    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
609              idkey = iikey + 5
610    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
611              CALL IMPLDIFF(
612         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
613         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
614         U         vVelD,
615         I         myThid )
616    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
617              idkey = iikey + 6
618    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
619              CALL IMPLDIFF(
620         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
621         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
622         U         uVelD,
623         I         myThid )
624    #endif    /* INCLUDE_CD_CODE */
625    C--     End If implicitViscosity.AND.momStepping
626          ENDIF          ENDIF
627    
628         ENDDO         ENDDO
629        ENDDO        ENDDO
630    
       write(0,*) 'dynamics: pS',minval(cg2d_x),maxval(cg2d_x)  
       write(0,*) 'dynamics: U',minval(uVel(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
      &                         maxval(uVel(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
       write(0,*) 'dynamics: V',minval(vVel(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
      &                         maxval(vVel(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
       write(0,*) 'dynamics: K13',minval(K13(1:sNx,1:sNy,:)),  
      &                         maxval(K13(1:sNx,1:sNy,:))  
       write(0,*) 'dynamics: K23',minval(K23(1:sNx,1:sNy,:)),  
      &                         maxval(K23(1:sNx,1:sNy,:))  
       write(0,*) 'dynamics: K33',minval(K33(1:sNx,1:sNy,:)),  
      &                         maxval(K33(1:sNx,1:sNy,:))  
       write(0,*) 'dynamics: gT',minval(gT(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
      &                         maxval(gT(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
       write(0,*) 'dynamics: T',minval(Theta(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
      &                         maxval(Theta(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
       write(0,*) 'dynamics: pH',minval(pH/(Gravity*Rhonil)),  
      &                          maxval(pH/(Gravity*Rhonil))  
   
631        RETURN        RETURN
632        END        END
633    
634    
635    C--      Cumulative diagnostic calculations (ie. time-averaging)
636    #ifdef INCLUDE_DIAGNOSTICS_INTERFACE_CODE
637    c        IF (taveFreq.GT.0.) THEN
638    c         CALL DO_TIME_AVERAGES(
639    c    I                           myTime, myIter, bi, bj, k, kup, kDown,
640    c    I                           ConvectCount,
641    c    I                           myThid )
642    c        ENDIF
643    #endif
644    
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