/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.14 by cnh, Mon Jun 8 21:43:01 1998 UTC revision 1.59 by cnh, Sun Feb 4 14:38:47 2001 UTC
# Line 1  Line 1 
1  C $Header$  C $Header$
2    C $Name$
3    
4  #include "CPP_EEOPTIONS.h"  #include "CPP_OPTIONS.h"
5    
6        SUBROUTINE DYNAMICS(myTime, myIter, myThid)        SUBROUTINE DYNAMICS(myTime, myIter, myThid)
7  C     /==========================================================\  C     /==========================================================\
# Line 20  C     | ===== Line 21  C     | =====
21  C     | C*P* comments indicating place holders for which code is |  C     | C*P* comments indicating place holders for which code is |
22  C     |      presently being developed.                          |  C     |      presently being developed.                          |
23  C     \==========================================================/  C     \==========================================================/
24          IMPLICIT NONE
25    
26  C     == Global variables ===  C     == Global variables ===
27  #include "SIZE.h"  #include "SIZE.h"
# Line 27  C     == Global variables === Line 29  C     == Global variables ===
29  #include "CG2D.h"  #include "CG2D.h"
30  #include "PARAMS.h"  #include "PARAMS.h"
31  #include "DYNVARS.h"  #include "DYNVARS.h"
32    #include "GRID.h"
33    
34    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
35    # include "tamc.h"
36    # include "tamc_keys.h"
37    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
38    
39    #ifdef ALLOW_KPP
40    # include "KPP.h"
41    #endif
42    
43  C     == Routine arguments ==  C     == Routine arguments ==
44  C     myTime - Current time in simulation  C     myTime - Current time in simulation
45  C     myIter - Current iteration number in simulation  C     myIter - Current iteration number in simulation
46  C     myThid - Thread number for this instance of the routine.  C     myThid - Thread number for this instance of the routine.
       INTEGER myThid  
47        _RL myTime        _RL myTime
48        INTEGER myIter        INTEGER myIter
49          INTEGER myThid
50    
51  C     == Local variables  C     == Local variables
52  C     xA, yA                 - Per block temporaries holding face areas  C     xA, yA                 - Per block temporaries holding face areas
53  C     uTrans, vTrans, wTrans - Per block temporaries holding flow transport  C     uTrans, vTrans, rTrans - Per block temporaries holding flow
54  C     wVel                     o uTrans: Zonal transport  C                              transport
55    C     rVel                     o uTrans: Zonal transport
56  C                              o vTrans: Meridional transport  C                              o vTrans: Meridional transport
57  C                              o wTrans: Vertical transport  C                              o rTrans: Vertical transport
58  C                              o wVel:   Vertical velocity at upper and lower  C                              o rVel:   Vertical velocity at upper and
59  C                                        cell faces.  C                                        lower cell faces.
60  C     maskC,maskUp             o maskC: land/water mask for tracer cells  C     maskC,maskUp             o maskC: land/water mask for tracer cells
61  C                              o maskUp: land/water mask for W points  C                              o maskUp: land/water mask for W points
62  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  
63  C                                      is "pipelined" in the vertical  C                                      is "pipelined" in the vertical
64  C                                      so we need an fVer for each  C                                      so we need an fVer for each
65  C                                      variable.  C                                      variable.
66  C     iMin, iMax - Ranges and sub-block indices on which calculations  C     rhoK, rhoKM1   - Density at current level, and level above
67  C     jMin, jMax   are applied.  C     phiHyd         - Hydrostatic part of the potential phiHydi.
68    C                      In z coords phiHydiHyd is the hydrostatic
69    C                      pressure anomaly
70    C                      In p coords phiHydiHyd is the geopotential
71    C                      surface height
72    C                      anomaly.
73    C     etaSurfX,      - Holds surface elevation gradient in X and Y.
74    C     etaSurfY
75    C     KappaRT,       - Total diffusion in vertical for T and S.
76    C     KappaRS          (background + spatially varying, isopycnal term).
77    C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations
78    C     jMin, jMax       are applied.
79  C     bi, bj  C     bi, bj
80  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
81  C                          are switched with layer to be the appropriate index  C     kDown, km1       are switched with layer to be the appropriate
82  C                          into fVerTerm  C                      index into fVerTerm.
83        _RS xA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS xA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
84        _RS yA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS yA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
85        _RL uTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL uTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
86        _RL vTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL vTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
87        _RL wTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
88        _RL wVel  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL rVel    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
89        _RS maskC (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS maskC   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
90        _RS maskUp(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS maskUp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
91        _RL aTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerT   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
92        _RL xTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerS   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
93        _RL cTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
94        _RL mTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
95        _RL pTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiHyd  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
96        _RL fZon  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rhokm1  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
97        _RL fMer  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rhok    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
98        _RL fVerT (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL KappaRT (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
99        _RL fVerS (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL KappaRS (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
100        _RL fVerU (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
101        _RL fVerV (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL KappaRV (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
102        _RL pH    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)        _RL sigmaX  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
103        _RL rhokm1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL sigmaY  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
104        _RL rhokp1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL sigmaR  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
105        _RL rhotmp(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
106        _RL pSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  C This is currently also used by IVDC and Diagnostics
107        _RL pSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  C #ifdef INCLUDE_CONVECT_CALL
108        _RL K13   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)        _RL ConvectCount (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
109        _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)  
110    
111        INTEGER iMin, iMax        INTEGER iMin, iMax
112        INTEGER jMin, jMax        INTEGER jMin, jMax
113        INTEGER bi, bj        INTEGER bi, bj
114        INTEGER i, j        INTEGER i, j
115        INTEGER k, kM1, kUp, kDown        INTEGER k, km1, kup, kDown
116    
117    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
118          INTEGER    isbyte
119          PARAMETER( isbyte = 4 )
120    
121          INTEGER act1, act2, act3, act4
122          INTEGER max1, max2, max3
123          INTEGER iikey, kkey
124          INTEGER maximpl
125    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
126    
127  C---    The algorithm...  C---    The algorithm...
128  C  C
# Line 116  C       "Calculation of Gs" Line 138  C       "Calculation of Gs"
138  C       ===================  C       ===================
139  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.
140  C       physics, parameterizations etc...) are calculated  C       physics, parameterizations etc...) are calculated
141  C         w = sum_z ( div. u[n] )  C         rVel = sum_r ( div. u[n] )
142  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )
143    C         b   = b(rho, theta)
144  C         K31 = K31 ( rho )  C         K31 = K31 ( rho )
145  C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], w, rho, Ph, ... )  C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], rVel, b, ... )
146  C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], w, rho, Ph, ... )  C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], rVel, b, ... )
147  C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], w, K31, ... )  C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], rVel, K31, ... )
148  C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], w, K31, ... )  C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], rVel, K31, ... )
149  C  C
150  C       "Time-stepping" or "Prediction"  C       "Time-stepping" or "Prediction"
151  C       ================================  C       ================================
# Line 146  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = Line 169  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] =
169  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
170  C---  C---
171    
172    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
173    C--   dummy statement to end declaration part
174          ikey = 1
175    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
176    
177  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values
178  C     These inital values do not alter the numerical results. They  C     These inital values do not alter the numerical results. They
179  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 185  C     uninitialised but inert locations.
185          yA(i,j)      = 0. _d 0          yA(i,j)      = 0. _d 0
186          uTrans(i,j)  = 0. _d 0          uTrans(i,j)  = 0. _d 0
187          vTrans(i,j)  = 0. _d 0          vTrans(i,j)  = 0. _d 0
188          aTerm(i,j)   = 0. _d 0          DO k=1,Nr
189          xTerm(i,j)   = 0. _d 0           phiHyd(i,j,k)  = 0. _d 0
190          cTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0
191          mTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0
192          pTerm(i,j)   = 0. _d 0           sigmaX(i,j,k) = 0. _d 0
193          fZon(i,j)    = 0. _d 0           sigmaY(i,j,k) = 0. _d 0
194          fMer(i,j)    = 0. _d 0           sigmaR(i,j,k) = 0. _d 0
         DO K=1,nZ  
          pH (i,j,k)  = 0. _d 0  
          K13(i,j,k) = 0. _d 0  
          K23(i,j,k) = 0. _d 0  
          K33(i,j,k) = 0. _d 0  
          KappaZT(i,j,k) = 0. _d 0  
195          ENDDO          ENDDO
196          rhokm1(i,j)  = 0. _d 0          rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0
197          rhokp1(i,j)  = 0. _d 0          rhok   (i,j) = 0. _d 0
198          rhotmp(i,j)  = 0. _d 0          maskC  (i,j) = 0. _d 0
199         ENDDO         ENDDO
200        ENDDO        ENDDO
201    
202    
203    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
204    C--   HPF directive to help TAMC
205    CHPF$ INDEPENDENT
206    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
207    
208        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
209    
210    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
211    C--    HPF directive to help TAMC
212    CHPF$  INDEPENDENT, NEW (rTrans,rVel,fVerT,fVerS,fVerU,fVerV
213    CHPF$&                  ,phiHyd,utrans,vtrans,maskc,xA,yA
214    CHPF$&                  ,KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV
215    CHPF$&                  )
216    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
217    
218         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
219    
220    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
221              act1 = bi - myBxLo(myThid)
222              max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1
223    
224              act2 = bj - myByLo(myThid)
225              max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1
226    
227              act3 = myThid - 1
228              max3 = nTx*nTy
229    
230              act4 = ikey_dynamics - 1
231    
232              ikey = (act1 + 1) + act2*max1
233         &                      + act3*max1*max2
234         &                      + act4*max1*max2*max3
235    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
236    
237  C--     Set up work arrays that need valid initial values  C--     Set up work arrays that need valid initial values
238          DO j=1-OLy,sNy+OLy          DO j=1-OLy,sNy+OLy
239           DO i=1-OLx,sNx+OLx           DO i=1-OLx,sNx+OLx
240            wTrans(i,j)  = 0. _d 0            rTrans(i,j)   = 0. _d 0
241            wVel  (i,j,1) = 0. _d 0            rVel  (i,j,1) = 0. _d 0
242            wVel  (i,j,2) = 0. _d 0            rVel  (i,j,2) = 0. _d 0
243            fVerT(i,j,1) = 0. _d 0            fVerT (i,j,1) = 0. _d 0
244            fVerT(i,j,2) = 0. _d 0            fVerT (i,j,2) = 0. _d 0
245            fVerS(i,j,1) = 0. _d 0            fVerS (i,j,1) = 0. _d 0
246            fVerS(i,j,2) = 0. _d 0            fVerS (i,j,2) = 0. _d 0
247            fVerU(i,j,1) = 0. _d 0            fVerU (i,j,1) = 0. _d 0
248            fVerU(i,j,2) = 0. _d 0            fVerU (i,j,2) = 0. _d 0
249            fVerV(i,j,1) = 0. _d 0            fVerV (i,j,1) = 0. _d 0
250            fVerV(i,j,2) = 0. _d 0            fVerV (i,j,2) = 0. _d 0
251            pH(i,j,1) = 0. _d 0           ENDDO
252            K13(i,j,1) = 0. _d 0          ENDDO
253            K23(i,j,1) = 0. _d 0  
254            K33(i,j,1) = 0. _d 0          DO k=1,Nr
255            KapGM(i,j) = 0. _d 0           DO j=1-OLy,sNy+OLy
256              DO i=1-OLx,sNx+OLx
257    #ifdef INCLUDE_CONVECT_CALL
258               ConvectCount(i,j,k) = 0.
259    #endif
260               KappaRT(i,j,k) = 0. _d 0
261               KappaRS(i,j,k) = 0. _d 0
262              ENDDO
263           ENDDO           ENDDO
264          ENDDO          ENDDO
265    
# Line 207  C--     Set up work arrays that need val Line 268  C--     Set up work arrays that need val
268          jMin = 1-OLy+1          jMin = 1-OLy+1
269          jMax = sNy+OLy          jMax = sNy+OLy
270    
 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  
271    
272          DO K=2,Nz  C--     Start of diagnostic loop
273  C--     Update fields in Kth level according to tendency terms          DO k=Nr,1,-1
274          CALL CORRECTION_STEP(  
275       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,pSurfX,pSurfY,myThid)  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
276  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?
277  copt    CALL FIND_RHO(  C? Do we still need this?
278  copt I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K-1, K-1, eosType,           kkey = (ikey-1)*(Nr-2+1) + (k-2) + 1
279  copt O     rhoKm1,  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
280  copt I     myThid )  
281  C       rhoKm1=rhoKp1  C--       Integrate continuity vertically for vertical velocity
282          DO J=1-Oly,sNy+Oly            CALL INTEGRATE_FOR_W(
283           DO I=1-Olx,sNx+Olx       I                         bi, bj, k, uVel, vVel,
284            rhoKm1(I,J)=rhoKp1(I,J)       O                         wVel,
285           ENDDO       I                         myThid )
286    
287    #ifdef    ALLOW_OBCS
288    #ifdef    ALLOW_NONHYDROSTATIC
289    C--       Calculate future values on open boundaries
290              IF (useOBCS.AND.nonHydrostatic) THEN
291                CALL OBCS_APPLY_W( bi, bj, k, wVel, myThid )
292              ENDIF
293    #endif    /* ALLOW_NONHYDROSTATIC */
294    #endif    /* ALLOW_OBCS */
295    
296    C--       Calculate gradients of potential density for isoneutral
297    C         slope terms (e.g. GM/Redi tensor or IVDC diffusivity)
298    c         IF ( k.GT.1 .AND. (useGMRedi.OR.ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
299              IF ( useGMRedi .OR. (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
300                CALL FIND_RHO(
301         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, k, eosType,
302         I        theta, salt,
303         O        rhoK,
304         I        myThid )
305                IF (k.GT.1) CALL FIND_RHO(
306         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k-1, k, eosType,
307         I        theta, salt,
308         O        rhoKm1,
309         I        myThid )
310                CALL GRAD_SIGMA(
311         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
312         I             rhoK, rhoKm1, rhoK,
313         O             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
314         I             myThid )
315              ENDIF
316    
317    C--       Implicit Vertical Diffusion for Convection
318    c ==> should use sigmaR !!!
319              IF (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) THEN
320                CALL CALC_IVDC(
321         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
322         I        rhoKm1, rhoK,
323         U        ConvectCount, KappaRT, KappaRS,
324         I        myTime, myIter, myThid)
325              END IF
326    
327    C--     end of diagnostic k loop (Nr:1)
328          ENDDO          ENDDO
329  C--     Density of K level (below W(K)) reference to K level  
330          CALL FIND_RHO(  #ifdef  ALLOW_OBCS
331       I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K, K, eosType,  C--     Calculate future values on open boundaries
332       O     rhoKp1,          IF (useOBCS) THEN
333       I     myThid )            CALL OBCS_CALC( bi, bj, myTime+deltaT,
334  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,  
335       I            myThid )       I            myThid )
336  C--     Calculate static stability and mix where convectively unstable          ENDIF
337          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 )  
338    
339          ENDDO ! K  C--     Determines forcing terms based on external fields
340    C       relaxation terms, etc.
341            CALL EXTERNAL_FORCING_SURF(
342         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
343         I             myThid )
344    
345    #ifdef  ALLOW_GMREDI
346    C--     Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation
347            IF (useGMRedi) THEN
348              DO k=1,Nr
349                CALL GMREDI_CALC_TENSOR(
350         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
351         I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
352         I             myThid )
353              ENDDO
354    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
355            ELSE
356              DO k=1, Nr
357                CALL GMREDI_CALC_TENSOR_DUMMY(
358         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
359         I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
360         I             myThid )
361              ENDDO
362    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
363            ENDIF
364    #endif  /* ALLOW_GMREDI */
365    
366    #ifdef  ALLOW_KPP
367    C--     Compute KPP mixing coefficients
368            IF (useKPP) THEN
369              CALL KPP_CALC(
370         I                  bi, bj, myTime, myThid )
371            ENDIF
372    #endif  /* ALLOW_KPP */
373    
374    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
375    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
376    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
377    CADJ STORE theta(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
378    CADJ STORE salt (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
379    CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
380    CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
381    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
382    
383    #ifdef ALLOW_AIM
384    C       AIM - atmospheric intermediate model, physics package code.
385    C note(jmc) : phiHyd=0 at this point but is not really used in Molteni Physics
386            IF ( useAIM ) THEN
387             CALL TIMER_START('AIM_DO_ATMOS_PHYS      [DYNAMICS]', myThid)
388             CALL AIM_DO_ATMOS_PHYSICS( phiHyd, myTime, myThid )
389             CALL TIMER_STOP ('AIM_DO_ATMOS_PHYS      [DYNAMICS]', myThid)
390            ENDIF
391    #endif /* ALLOW_AIM */
392    
 C--     Initial boundary condition on barotropic divergence integral  
         DO j=1-OLy,sNy+OLy  
          DO i=1-OLx,sNx+OLx  
           cg2d_b(i,j,bi,bj) = 0. _d 0  
          ENDDO  
         ENDDO  
393    
394          DO K = Nz, 1, -1  C--     Start of thermodynamics loop
395           kM1  =max(1,k-1)   ! Points to level above k (=k-1)          DO k=Nr,1,-1
396           kUp  =1+MOD(k+1,2) ! Cycles through 1,2 to point to layer above  
397           kDown=1+MOD(k,2)   ! Cycles through 2,1 to point to current layer  C--       km1    Points to level above k (=k-1)
398           iMin = 1-OLx+2  C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
399           iMax = sNx+OLx-1  C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
400           jMin = 1-OLy+2  
401           jMax = sNy+OLy-1            km1  = MAX(1,k-1)
402              kup  = 1+MOD(k+1,2)
403              kDown= 1+MOD(k,2)
404    
405              iMin = 1-OLx+2
406              iMax = sNx+OLx-1
407              jMin = 1-OLy+2
408              jMax = sNy+OLy-1
409    
410    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
411    CPatrick Is this formula correct?
412             kkey = (ikey-1)*(Nr-1+1) + (k-1) + 1
413    CADJ STORE rvel  (:,:,kDown) = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
414    CADJ STORE rTrans(:,:)       = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
415    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
416    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
417    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
418    
419  C--      Get temporary terms used by tendency routines  C--      Get temporary terms used by tendency routines
420           CALL CALC_COMMON_FACTORS (           CALL CALC_COMMON_FACTORS (
421       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,km1,kup,kDown,
422       O        xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,wVel,maskC,maskUp,       O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rVel,maskC,maskUp,
423       I        myThid)       I        myThid)
424    
425    #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL
426  C--      Calculate the total vertical diffusivity  C--      Calculate the total vertical diffusivity
427           CALL CALC_DIFFUSIVITY(           CALL CALC_DIFFUSIVITY(
428       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
429       I        maskC,maskUp,KapGM,K33,       I        maskC,maskup,
430       O        KappaZT,       O        KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV,
431       I        myThid)       I        myThid)
432    #endif
433    
434  C--      Calculate accelerations in the momentum equations  C--      Calculate active tracer tendencies (gT,gS,...)
435           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  
436           IF ( tempStepping ) THEN           IF ( tempStepping ) THEN
437            CALL CALC_GT(             CALL CALC_GT(
438       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
439       I         xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskUp,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
440       I         K13,K23,KappaZT,KapGM,       I         KappaRT,
441       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerT,       U         fVerT,
442       I         myThid)       I         myTime, myThid)
443               CALL TIMESTEP_TRACER(
444         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
445         I         theta, gT,
446         U         gTnm1,
447         I         myIter, myThid)
448           ENDIF           ENDIF
449  Cdbg     CALL CALC_GS(           IF ( saltStepping ) THEN
450  Cdbg I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,             CALL CALC_GS(
451  Cdbg I        xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskUp,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
452  Cdbg I        K13,K23,K33,KapGM,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
453  Cdbg U        aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerS,       I         KappaRS,
454  Cdbg I        myThid)       U         fVerS,
455         I         myTime, myThid)
456  C--      Prediction step (step forward all model variables)             CALL TIMESTEP_TRACER(
457           CALL TIMESTEP(       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
458       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,       I         salt, gS,
459       I       myThid)       U         gSnm1,
460         I         myIter, myThid)
461  C--      Diagnose barotropic divergence of predicted fields           ENDIF
462           CALL DIV_G(  
463       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,  #ifdef   ALLOW_OBCS
464       I       xA,yA,  C--      Apply open boundary conditions
465       I       myThid)           IF (useOBCS) THEN
466               CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
467             END IF
468    #endif   /* ALLOW_OBCS */
469    
470    C--      Freeze water
471             IF (allowFreezing) THEN
472    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
473    CADJ STORE gTNm1(:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k
474    CADJ &   , key = kkey, byte = isbyte
475    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
476                CALL FREEZE( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, myThid )
477             END IF
478    
479    C--     end of thermodynamic k loop (Nr:1)
480            ENDDO
481    
482          ENDDO ! K  
483    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
484    CPatrick? What about this one?
485               maximpl = 6
486               iikey = (ikey-1)*maximpl
487    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
488    
489  C--     Implicit diffusion  C--     Implicit diffusion
490          IF (implicitDiffusion) THEN          IF (implicitDiffusion) THEN
491           CALL IMPLDIFF( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  
492       I                  KappaZT,            IF (tempStepping) THEN
493       I                  myThid )  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
494                idkey = iikey + 1
495    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
496                CALL IMPLDIFF(
497         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
498         I         deltaTtracer, KappaRT, recip_HFacC,
499         U         gTNm1,
500         I         myThid )
501             ENDIF
502    
503             IF (saltStepping) THEN
504    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
505             idkey = iikey + 2
506    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
507                CALL IMPLDIFF(
508         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
509         I         deltaTtracer, KappaRS, recip_HFacC,
510         U         gSNm1,
511         I         myThid )
512             ENDIF
513    
514    #ifdef   ALLOW_OBCS
515    C--      Apply open boundary conditions
516             IF (useOBCS) THEN
517               DO K=1,Nr
518                 CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
519               ENDDO
520             END IF
521    #endif   /* ALLOW_OBCS */
522    
523    C--     End If implicitDiffusion
524            ENDIF
525    
526    
527    
528    C--     Start of dynamics loop
529            DO k=1,Nr
530    
531    C--       km1    Points to level above k (=k-1)
532    C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
533    C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
534    
535              km1  = MAX(1,k-1)
536              kup  = 1+MOD(k+1,2)
537              kDown= 1+MOD(k,2)
538    
539              iMin = 1-OLx+2
540              iMax = sNx+OLx-1
541              jMin = 1-OLy+2
542              jMax = sNy+OLy-1
543    
544    C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of
545    C        phiHyd(z=0)=0
546    C        distinguishe between Stagger and Non Stagger time stepping
547             IF (staggerTimeStep) THEN
548               CALL CALC_PHI_HYD(
549         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
550         I        gTnm1, gSnm1,
551         U        phiHyd,
552         I        myThid )
553             ELSE
554               CALL CALC_PHI_HYD(
555         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
556         I        theta, salt,
557         U        phiHyd,
558         I        myThid )
559             ENDIF
560    
561    C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)
562    C        and step forward storing the result in gUnm1, gVnm1, etc...
563             IF ( momStepping ) THEN
564               CALL CALC_MOM_RHS(
565         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
566         I         phiHyd,KappaRU,KappaRV,
567         U         fVerU, fVerV,
568         I         myTime, myThid)
569               CALL TIMESTEP(
570         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,phiHyd,
571         I         myIter, myThid)
572    
573    #ifdef   ALLOW_OBCS
574    C--      Apply open boundary conditions
575             IF (useOBCS) THEN
576               CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
577             END IF
578    #endif   /* ALLOW_OBCS */
579    
580    #ifdef   ALLOW_AUTODIFF_TAMC
581    #ifdef   INCLUDE_CD_CODE
582             ELSE
583               DO j=1-OLy,sNy+OLy
584                 DO i=1-OLx,sNx+OLx
585                   guCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
586                   gvCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
587                 END DO
588               END DO
589    #endif   /* INCLUDE_CD_CODE */
590    #endif   /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
591             ENDIF
592    
593    
594    C--     end of dynamics k loop (1:Nr)
595            ENDDO
596    
597    
598    
599    C--     Implicit viscosity
600            IF (implicitViscosity.AND.momStepping) THEN
601    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
602              idkey = iikey + 3
603    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
604              CALL IMPLDIFF(
605         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
606         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
607         U         gUNm1,
608         I         myThid )
609    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
610              idkey = iikey + 4
611    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
612              CALL IMPLDIFF(
613         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
614         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
615         U         gVNm1,
616         I         myThid )
617    
618    #ifdef   ALLOW_OBCS
619    C--      Apply open boundary conditions
620             IF (useOBCS) THEN
621               DO K=1,Nr
622                 CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
623               ENDDO
624             END IF
625    #endif   /* ALLOW_OBCS */
626    
627    #ifdef    INCLUDE_CD_CODE
628    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
629              idkey = iikey + 5
630    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
631              CALL IMPLDIFF(
632         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
633         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
634         U         vVelD,
635         I         myThid )
636    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
637              idkey = iikey + 6
638    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
639              CALL IMPLDIFF(
640         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
641         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
642         U         uVelD,
643         I         myThid )
644    #endif    /* INCLUDE_CD_CODE */
645    C--     End If implicitViscosity.AND.momStepping
646          ENDIF          ENDIF
647    
648         ENDDO         ENDDO
649        ENDDO        ENDDO
650    
       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))  
   
651        RETURN        RETURN
652        END        END
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