/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.19 by cnh, Mon Jun 15 05:13:56 1998 UTC revision 1.98 by heimbach, Tue Jul 8 15:00:26 2003 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    CBOP
7    C     !ROUTINE: DYNAMICS
8    C     !INTERFACE:
9        SUBROUTINE DYNAMICS(myTime, myIter, myThid)        SUBROUTINE DYNAMICS(myTime, myIter, myThid)
10  C     /==========================================================\  C     !DESCRIPTION: \bv
11  C     | SUBROUTINE DYNAMICS                                      |  C     *==========================================================*
12  C     | o Controlling routine for the explicit part of the model |  C     | SUBROUTINE DYNAMICS                                      
13  C     |   dynamics.                                              |  C     | o Controlling routine for the explicit part of the model  
14  C     |==========================================================|  C     |   dynamics.                                              
15  C     | This routine evaluates the "dynamics" terms for each     |  C     *==========================================================*
16  C     | block of ocean in turn. Because the blocks of ocean have |  C     | This routine evaluates the "dynamics" terms for each      
17  C     | overlap regions they are independent of one another.     |  C     | block of ocean in turn. Because the blocks of ocean have  
18  C     | If terms involving lateral integrals are needed in this  |  C     | overlap regions they are independent of one another.      
19  C     | routine care will be needed. Similarly finite-difference |  C     | If terms involving lateral integrals are needed in this  
20  C     | operations with stencils wider than the overlap region   |  C     | routine care will be needed. Similarly finite-difference  
21  C     | require special consideration.                           |  C     | operations with stencils wider than the overlap region    
22  C     | Notes                                                    |  C     | require special consideration.                            
23  C     | =====                                                    |  C     | The algorithm...
24  C     | C*P* comments indicating place holders for which code is |  C     |
25  C     |      presently being developed.                          |  C     | "Correction Step"
26  C     \==========================================================/  C     | =================
27    C     | Here we update the horizontal velocities with the surface
28    C     | pressure such that the resulting flow is either consistent
29    C     | with the free-surface evolution or the rigid-lid:
30    C     |   U[n] = U* + dt x d/dx P
31    C     |   V[n] = V* + dt x d/dy P
32    C     |
33    C     | "Calculation of Gs"
34    C     | ===================
35    C     | This is where all the accelerations and tendencies (ie.
36    C     | physics, parameterizations etc...) are calculated
37    C     |   rho = rho ( theta[n], salt[n] )
38    C     |   b   = b(rho, theta)
39    C     |   K31 = K31 ( rho )
40    C     |   Gu[n] = Gu( u[n], v[n], wVel, b, ... )
41    C     |   Gv[n] = Gv( u[n], v[n], wVel, b, ... )
42    C     |   Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
43    C     |   Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
44    C     |
45    C     | "Time-stepping" or "Prediction"
46    C     | ================================
47    C     | The models variables are stepped forward with the appropriate
48    C     | time-stepping scheme (currently we use Adams-Bashforth II)
49    C     | - For momentum, the result is always *only* a "prediction"
50    C     | in that the flow may be divergent and will be "corrected"
51    C     | later with a surface pressure gradient.
52    C     | - Normally for tracers the result is the new field at time
53    C     | level [n+1} *BUT* in the case of implicit diffusion the result
54    C     | is also *only* a prediction.
55    C     | - We denote "predictors" with an asterisk (*).
56    C     |   U* = U[n] + dt x ( 3/2 Gu[n] - 1/2 Gu[n-1] )
57    C     |   V* = V[n] + dt x ( 3/2 Gv[n] - 1/2 Gv[n-1] )
58    C     |   theta[n+1] = theta[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
59    C     |   salt[n+1] = salt[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
60    C     | With implicit diffusion:
61    C     |   theta* = theta[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
62    C     |   salt* = salt[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
63    C     |   (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = theta*
64    C     |   (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
65    C     |
66    C     *==========================================================*
67    C     \ev
68    C     !USES:
69          IMPLICIT NONE
70  C     == Global variables ===  C     == Global variables ===
71  #include "SIZE.h"  #include "SIZE.h"
72  #include "EEPARAMS.h"  #include "EEPARAMS.h"
 #include "CG2D.h"  
73  #include "PARAMS.h"  #include "PARAMS.h"
74  #include "DYNVARS.h"  #include "DYNVARS.h"
75    #include "GRID.h"
76    #ifdef ALLOW_PASSIVE_TRACER
77    #include "TR1.h"
78    #endif
79    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
80    # include "tamc.h"
81    # include "tamc_keys.h"
82    # include "FFIELDS.h"
83    # include "EOS.h"
84    # ifdef ALLOW_KPP
85    #  include "KPP.h"
86    # endif
87    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
88    
89    C     !CALLING SEQUENCE:
90    C     DYNAMICS()
91    C      |
92    C      |-- CALC_GRAD_PHI_SURF
93    C      |
94    C      |-- CALC_VISCOSITY
95    C      |
96    C      |-- CALC_PHI_HYD  
97    C      |
98    C      |-- MOM_FLUXFORM  
99    C      |
100    C      |-- MOM_VECINV    
101    C      |
102    C      |-- TIMESTEP      
103    C      |
104    C      |-- OBCS_APPLY_UV
105    C      |
106    C      |-- IMPLDIFF      
107    C      |
108    C      |-- OBCS_APPLY_UV
109    C      |
110    C      |-- CALL TIMEAVE_CUMUL_1T
111    C      |-- CALL DEBUG_STATS_RL
112    
113    C     !INPUT/OUTPUT PARAMETERS:
114  C     == Routine arguments ==  C     == Routine arguments ==
115  C     myTime - Current time in simulation  C     myTime - Current time in simulation
116  C     myIter - Current iteration number in simulation  C     myIter - Current iteration number in simulation
117  C     myThid - Thread number for this instance of the routine.  C     myThid - Thread number for this instance of the routine.
       INTEGER myThid  
118        _RL myTime        _RL myTime
119        INTEGER myIter        INTEGER myIter
120          INTEGER myThid
121    
122    C     !LOCAL VARIABLES:
123  C     == Local variables  C     == Local variables
124  C     xA, yA                 - Per block temporaries holding face areas  C     fVer[STUV]               o fVer: Vertical flux term - note fVer
 C     uTrans, vTrans, wTrans - Per block temporaries holding flow transport  
 C     wVel                     o uTrans: Zonal transport  
 C                              o vTrans: Meridional transport  
 C                              o wTrans: Vertical transport  
 C                              o wVel:   Vertical velocity at upper and lower  
 C                                        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  
125  C                                      is "pipelined" in the vertical  C                                      is "pipelined" in the vertical
126  C                                      so we need an fVer for each  C                                      so we need an fVer for each
127  C                                      variable.  C                                      variable.
128  C     iMin, iMax - Ranges and sub-block indices on which calculations  C     phiHydC    :: hydrostatic potential anomaly at cell center
129  C     jMin, jMax   are applied.  C                   In z coords phiHyd is the hydrostatic potential
130    C                      (=pressure/rho0) anomaly
131    C                   In p coords phiHyd is the geopotential height anomaly.
132    C     phiHydF    :: hydrostatic potential anomaly at middle between 2 centers
133    C     dPhiHydX,Y :: Gradient (X & Y directions) of hydrostatic potential anom.
134    C     phiSurfX,  ::  gradient of Surface potential (Pressure/rho, ocean)
135    C     phiSurfY             or geopotential (atmos) in X and Y direction
136    C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations
137    C     jMin, jMax       are applied.
138  C     bi, bj  C     bi, bj
139  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
140  C                          are switched with layer to be the appropriate index  C     kDown, km1       are switched with layer to be the appropriate
141  C                          into fVerTerm  C                      index into fVerTerm.
142        _RS xA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
143        _RS yA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
144        _RL uTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiHydF (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
145        _RL vTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiHydC (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
146        _RL wTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL dPhiHydX(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
147        _RL wVel  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL dPhiHydY(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
148        _RS maskC (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
149        _RS maskUp(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
150        _RL aTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
151        _RL xTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL KappaRV (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
       _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)  
       _RL fVerU (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)  
       _RL fVerV (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)  
       _RL pH    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)  
       _RL rhokm1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL rhokp1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL rhok  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL rhotmp(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL pSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL pSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL K13   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)  
       _RL K23   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)  
       _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)  
       _RL KappaZS(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nz)  
152    
153        INTEGER iMin, iMax        INTEGER iMin, iMax
154        INTEGER jMin, jMax        INTEGER jMin, jMax
155        INTEGER bi, bj        INTEGER bi, bj
156        INTEGER i, j        INTEGER i, j
157        INTEGER k, kM1, kUp, kDown        INTEGER k, km1, kp1, kup, kDown
       LOGICAL BOTTOM_LAYER  
158    
159          LOGICAL  DIFFERENT_MULTIPLE
160          EXTERNAL DIFFERENT_MULTIPLE
161    
162  C---    The algorithm...  C---    The algorithm...
163  C  C
164  C       "Correction Step"  C       "Correction Step"
# Line 119  C       "Calculation of Gs" Line 173  C       "Calculation of Gs"
173  C       ===================  C       ===================
174  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.
175  C       physics, parameterizations etc...) are calculated  C       physics, parameterizations etc...) are calculated
 C         w = sum_z ( div. u[n] )  
176  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )
177    C         b   = b(rho, theta)
178  C         K31 = K31 ( rho )  C         K31 = K31 ( rho )
179  C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], w, rho, Ph, ... )  C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], wVel, b, ... )
180  C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], w, rho, Ph, ... )  C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], wVel, b, ... )
181  C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], w, K31, ... )  C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
182  C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], w, K31, ... )  C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
183  C  C
184  C       "Time-stepping" or "Prediction"  C       "Time-stepping" or "Prediction"
185  C       ================================  C       ================================
# Line 148  C         salt* = salt[n] + dt x ( 3/2 G Line 202  C         salt* = salt[n] + dt x ( 3/2 G
202  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = theta*  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = theta*
203  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
204  C---  C---
205    CEOP
206    
207    C-- Call to routine for calculation of
208    C   Eliassen-Palm-flux-forced U-tendency,
209    C   if desired:
210    #ifdef INCLUDE_EP_FORCING_CODE
211          CALL CALC_EP_FORCING(myThid)
212    #endif
213    
214    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
215    C--   HPF directive to help TAMC
216    CHPF$ INDEPENDENT
217    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
218    
219          DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
220    
221    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
222    C--    HPF directive to help TAMC
223    CHPF$  INDEPENDENT, NEW (fVerU,fVerV
224    CHPF$&                  ,phiHydF
225    CHPF$&                  ,KappaRU,KappaRV
226    CHPF$&                  )
227    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
228    
229           DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
230    
231    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
232              act1 = bi - myBxLo(myThid)
233              max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1
234              act2 = bj - myByLo(myThid)
235              max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1
236              act3 = myThid - 1
237              max3 = nTx*nTy
238              act4 = ikey_dynamics - 1
239              idynkey = (act1 + 1) + act2*max1
240         &                      + act3*max1*max2
241         &                      + act4*max1*max2*max3
242    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
243    
244  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values
245  C     These inital values do not alter the numerical results. They  C     These inital values do not alter the numerical results. They
246  C     just ensure that all memory references are to valid floating  C     just ensure that all memory references are to valid floating
247  C     point numbers. This prevents spurious hardware signals due to  C     point numbers. This prevents spurious hardware signals due to
248  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,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  
         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  
         maskC (i,j)  = 0. _d 0  
        ENDDO  
       ENDDO  
249    
250        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)          DO k=1,Nr
251         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)           DO j=1-OLy,sNy+OLy
252              DO i=1-OLx,sNx+OLx
253  C--     Set up work arrays that need valid initial values             KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0
254               KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0
255    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
256    cph(
257    c--   need some re-initialisation here to break dependencies
258    c--   totphihyd is assumed zero from ini_pressure, i.e.
259    c--   avoiding iterate pressure p = integral of (g*rho(p)*dz)
260    cph)
261               totPhiHyd(i,j,k,bi,bj) = 0. _d 0
262               gu(i,j,k,bi,bj) = 0. _d 0
263               gv(i,j,k,bi,bj) = 0. _d 0
264    #endif
265              ENDDO
266             ENDDO
267            ENDDO
268          DO j=1-OLy,sNy+OLy          DO j=1-OLy,sNy+OLy
269           DO i=1-OLx,sNx+OLx           DO i=1-OLx,sNx+OLx
270            wTrans(i,j)  = 0. _d 0            fVerU  (i,j,1) = 0. _d 0
271            wVel  (i,j,1) = 0. _d 0            fVerU  (i,j,2) = 0. _d 0
272            wVel  (i,j,2) = 0. _d 0            fVerV  (i,j,1) = 0. _d 0
273            fVerT(i,j,1) = 0. _d 0            fVerV  (i,j,2) = 0. _d 0
274            fVerT(i,j,2) = 0. _d 0            phiHydF (i,j)  = 0. _d 0
275            fVerS(i,j,1) = 0. _d 0            phiHydC (i,j)  = 0. _d 0
276            fVerS(i,j,2) = 0. _d 0            dPhiHydX(i,j)  = 0. _d 0
277            fVerU(i,j,1) = 0. _d 0            dPhiHydY(i,j)  = 0. _d 0
278            fVerU(i,j,2) = 0. _d 0            phiSurfX(i,j)  = 0. _d 0
279            fVerV(i,j,1) = 0. _d 0            phiSurfY(i,j)  = 0. _d 0
           fVerV(i,j,2) = 0. _d 0  
           pH(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) = 0. _d 0  
280           ENDDO           ENDDO
281          ENDDO          ENDDO
282    
283          iMin = 1-OLx+1  C--     Start computation of dynamics
284          iMax = sNx+OLx          iMin = 0
285          jMin = 1-OLy+1          iMax = sNx+1
286          jMax = sNy+OLy          jMin = 0
287            jMax = sNy+1
288          K = 1  
289          BOTTOM_LAYER = K .EQ. Nz  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
290    CADJ STORE wvel (:,:,:,bi,bj) =
291  C--     Calculate gradient of surface pressure  CADJ &     comlev1_bibj, key = idynkey, byte = isbyte
292          CALL GRAD_PSURF(  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
293       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,  
294       O       pSurfX,pSurfY,  C--     Explicit part of the Surface Potentiel Gradient (add in TIMESTEP)
295       I       myThid)  C       (note: this loop will be replaced by CALL CALC_GRAD_ETA)
296            IF (implicSurfPress.NE.1.) THEN
297  C--     Update fields in top level according to tendency terms            CALL CALC_GRAD_PHI_SURF(
298          CALL CORRECTION_STEP(       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,
299       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,pSurfX,pSurfY,myThid)       I         etaN,
300         O         phiSurfX,phiSurfY,
301  C--     Density of 1st level (below W(1)) reference to level 1       I         myThid )                        
         CALL FIND_RHO(  
      I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,  
      O     rhoKm1,  
      I     myThid )  
   
         IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN  
 C--      Check static stability with layer below  
 C        and mix as needed.  
          CALL FIND_RHO(  
      I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K+1, K, eosType,  
      O      rhoKp1,  
      I      myThid )  
          CALL CONVECT(  
      I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,rhoKm1,rhoKp1,  
      I       myTime,myIter,myThid)  
 C--      Recompute density after mixing  
          CALL FIND_RHO(  
      I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,  
      O      rhoKm1,  
      I      myThid )  
302          ENDIF          ENDIF
303    
304  C--     Integrate hydrostatic balance for pH with BC of pH(z=0)=0  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
305          CALL CALC_PH(  CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
306       I      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,rhoKm1,rhoKm1,  CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
307       U      pH,  #ifdef ALLOW_KPP
308       I      myThid )  CADJ STORE KPPviscAz (:,:,:,bi,bj)
309    CADJ &                 = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
310          DO K=2,Nz  #endif /* ALLOW_KPP */
311    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
          BOTTOM_LAYER = K .EQ. Nz  
   
 C--      Update fields in Kth level according to tendency terms  
          CALL CORRECTION_STEP(  
      I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,pSurfX,pSurfY,myThid)  
 C--      Density of K level (below W(K)) reference to K level  
          CALL FIND_RHO(  
      I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K, K, eosType,  
      O      rhoK,  
      I      myThid )  
          IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN  
 C--       Check static stability with layer below  
 C         and mix as needed.  
 C--       Density of K+1 level (below W(K+1)) reference to K level  
           CALL FIND_RHO(  
      I       bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K+1, K, eosType,  
      O       rhoKp1,  
      I       myThid )  
           CALL CONVECT(  
      I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,rhoK,rhoKp1,  
      I        myTime,myIter,myThid)  
 C--       Recompute density after mixing  
           CALL FIND_RHO(  
      I       bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,  
      O       rhoK,  
      I       myThid )  
          ENDIF  
 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,rhoK,  
      U       pH,  
      I       myThid )  
 C--      Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation  
          CALL FIND_RHO(  
      I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K-1, K, eosType,  
      O      rhoTmp,  
      I      myThid )  
          CALL CALC_ISOSLOPES(  
      I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K,  
      I             rhoKm1, rhoK, rhotmp,  
      O             K13, K23, K33, KapGM,  
      I             myThid )  
          DO J=jMin,jMax  
           DO I=iMin,iMax  
            rhoKm1(I,J)=rhoK(I,J)  
           ENDDO  
          ENDDO  
   
         ENDDO ! K  
   
         DO K = Nz, 1, -1  
          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,wTrans,wVel,maskC,maskUp,  
      I        myThid)  
312    
313    #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL
314  C--      Calculate the total vertical diffusivity  C--      Calculate the total vertical diffusivity
315           CALL CALC_DIFFUSIVITY(          DO k=1,Nr
316       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,           CALL CALC_VISCOSITY(
317       I        maskC,maskUp,KapGM,K33,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
318       O        KappaZT,KappaZS,       O        KappaRU,KappaRV,
319       I        myThid)       I        myThid)
320           ENDDO
321    #endif
322    
323  C--      Calculate accelerations in the momentum equations  C--     Start of dynamics loop
324           IF ( momStepping ) THEN          DO k=1,Nr
           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  
325    
326  C--      Calculate active tracer tendencies  C--       km1    Points to level above k (=k-1)
327           IF ( tempStepping ) THEN  C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
328            CALL CALC_GT(  C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
329       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,  
330       I         xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskUp,            km1  = MAX(1,k-1)
331       I         K13,K23,KappaZT,KapGM,            kp1  = MIN(k+1,Nr)
332       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerT,            kup  = 1+MOD(k+1,2)
333       I         myThid)            kDown= 1+MOD(k,2)
334    
335    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
336             kkey = (idynkey-1)*Nr + k
337    CADJ STORE totphihyd (:,:,k,bi,bj)
338    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
339    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
340    
341    C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of
342    C        phiHyd(z=0)=0
343    C        distinguishe between Stagger and Non Stagger time stepping
344             IF (staggerTimeStep) THEN
345               CALL CALC_PHI_HYD(
346         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
347         I        gT, gS,
348         U        phiHydF,
349         O        phiHydC, dPhiHydX, dPhiHydY,
350         I        myTime, myIter, myThid )
351             ELSE
352               CALL CALC_PHI_HYD(
353         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
354         I        theta, salt,
355         U        phiHydF,
356         O        phiHydC, dPhiHydX, dPhiHydY,
357         I        myTime, myIter, myThid )
358           ENDIF           ENDIF
359           IF ( saltStepping ) THEN  
360            CALL CALC_GS(  C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)
361       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,  C        and step forward storing the result in gU, gV, etc...
362       I         xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskUp,           IF ( momStepping ) THEN
363       I         K13,K23,KappaZS,KapGM,  #ifndef DISABLE_MOM_FLUXFORM
364       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerS,             IF (.NOT. vectorInvariantMomentum) CALL MOM_FLUXFORM(
365       I         myThid)       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
366         I         dPhiHydX,dPhiHydY,KappaRU,KappaRV,
367         U         fVerU, fVerV,
368         I         myTime, myIter, myThid)
369    #endif
370    #ifndef DISABLE_MOM_VECINV
371               IF (vectorInvariantMomentum) CALL MOM_VECINV(
372         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
373         I         dPhiHydX,dPhiHydY,KappaRU,KappaRV,
374         U         fVerU, fVerV,
375         I         myTime, myIter, myThid)
376    #endif
377               CALL TIMESTEP(
378         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
379         I         dPhiHydX,dPhiHydY, phiSurfX, phiSurfY,
380         I         myTime, myIter, myThid)
381    
382    #ifdef   ALLOW_OBCS
383    C--      Apply open boundary conditions
384               IF (useOBCS) THEN
385                 CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gU, gV, myThid )
386               ENDIF
387    #endif   /* ALLOW_OBCS */
388    
389           ENDIF           ENDIF
390    
391  C--      Prediction step (step forward all model variables)  
392           CALL TIMESTEP(  C--     end of dynamics k loop (1:Nr)
393       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,          ENDDO
394       I       myThid)  
395    C--     Implicit viscosity
396  C--      Diagnose barotropic divergence of predicted fields          IF (implicitViscosity.AND.momStepping) THEN
397           CALL DIV_G(  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
398       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,  CADJ STORE gU(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
399       I       xA,yA,  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
400       I       myThid)            CALL IMPLDIFF(
401         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
402          ENDDO ! K       I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
403         U         gU,
404  C--     Implicit diffusion       I         myThid )
405          IF (implicitDiffusion) THEN  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
406           CALL IMPLDIFF( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  CADJ STORE gV(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
407       I                  KappaZT,KappaZS,  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
408       I                  myThid )            CALL IMPLDIFF(
409         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
410         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
411         U         gV,
412         I         myThid )
413    
414    #ifdef   ALLOW_OBCS
415    C--      Apply open boundary conditions
416             IF (useOBCS) THEN
417               DO K=1,Nr
418                 CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gU, gV, myThid )
419               ENDDO
420             END IF
421    #endif   /* ALLOW_OBCS */
422    
423    #ifdef    INCLUDE_CD_CODE
424    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
425    CADJ STORE vVelD(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
426    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
427              CALL IMPLDIFF(
428         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
429         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
430         U         vVelD,
431         I         myThid )
432    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
433    CADJ STORE uVelD(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
434    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
435              CALL IMPLDIFF(
436         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
437         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
438         U         uVelD,
439         I         myThid )
440    #endif    /* INCLUDE_CD_CODE */
441    C--     End If implicitViscosity.AND.momStepping
442          ENDIF          ENDIF
443    
444         ENDDO         ENDDO
445        ENDDO        ENDDO
446    
447  C     write(0,*) 'dynamics: pS ',minval(cg2d_x(1:sNx,1:sNy,:,:)),  Cml(
448  C    &                           maxval(cg2d_x(1:sNx,1:sNy,:,:))  C     In order to compare the variance of phiHydLow of a p/z-coordinate
449        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
450       &                           maxval(uVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:))  C     has to be removed by something like the following subroutine:
451        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,
452       &                           maxval(vVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:))  C     &                'phiHydLow', myThid )
453        write(0,*) 'dynamics: wVel(1) ',  Cml)
454       &            minval(wVel(1:sNx,1:sNy,1),mask=wVel(1:sNx,1:sNy,1).NE.0.),  
455       &            maxval(wVel(1:sNx,1:sNy,1))  #ifndef DISABLE_DEBUGMODE
456        write(0,*) 'dynamics: wVel(2) ',        If ( debugLevel .GE. debLevB ) THEN
457       &            minval(wVel(1:sNx,1:sNy,2),mask=wVel(1:sNx,1:sNy,2).NE.0.),         CALL DEBUG_STATS_RL(1,EtaN,'EtaN (DYNAMICS)',myThid)
458       &            maxval(wVel(1:sNx,1:sNy,2))         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,uVel,'Uvel (DYNAMICS)',myThid)
459  cblk  write(0,*) 'dynamics: K13',minval(K13(1:sNx,1:sNy,:)),         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,vVel,'Vvel (DYNAMICS)',myThid)
460  cblk &                           maxval(K13(1:sNx,1:sNy,:))         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,wVel,'Wvel (DYNAMICS)',myThid)
461  cblk  write(0,*) 'dynamics: K23',minval(K23(1:sNx,1:sNy,:)),         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,theta,'Theta (DYNAMICS)',myThid)
462  cblk &                           maxval(K23(1:sNx,1:sNy,:))         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,salt,'Salt (DYNAMICS)',myThid)
463  cblk  write(0,*) 'dynamics: K33',minval(K33(1:sNx,1:sNy,:)),         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gu,'Gu (DYNAMICS)',myThid)
464  cblk &                           maxval(K33(1:sNx,1:sNy,:))         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gv,'Gv (DYNAMICS)',myThid)
465  C     write(0,*) 'dynamics: gT ',minval(gT(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gt,'Gt (DYNAMICS)',myThid)
466  C    &                           maxval(gT(1:sNx,1:sNy,:,:,:))         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gs,'Gs (DYNAMICS)',myThid)
467  C     write(0,*) 'dynamics: T  ',minval(Theta(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GuNm1,'GuNm1 (DYNAMICS)',myThid)
468  C    &                           maxval(Theta(1:sNx,1:sNy,:,:,:))         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GvNm1,'GvNm1 (DYNAMICS)',myThid)
469  C     write(0,*) 'dynamics: gS ',minval(gS(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GtNm1,'GtNm1 (DYNAMICS)',myThid)
470  C    &                           maxval(gS(1:sNx,1:sNy,:,:,:))         CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GsNm1,'GsNm1 (DYNAMICS)',myThid)
471  C     write(0,*) 'dynamics: S  ',minval(salt(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),        ENDIF
472  C    &                           maxval(salt(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  #endif
       write(0,*) 'dynamics: pH ',minval(pH/(Gravity*Rhonil),mask=ph.NE.0.),  
      &                           maxval(pH/(Gravity*Rhonil))  
473    
474        RETURN        RETURN
475        END        END
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