/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.20 by cnh, Mon Jun 15 05:17:42 1998 UTC revision 1.54.2.8 by jmc, Fri Jan 12 14:39:53 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     buoyK, buoyKM1 - Buoyancy at current level and level above.
67    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 buoyKM1 (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
99        _RL fVerS (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL buoyK   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
100        _RL fVerU (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL KappaRT (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
101        _RL fVerV (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL KappaRS (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
102        _RL pH    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)        _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
103        _RL rhokm1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL KappaRV (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
104        _RL rhokp1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL sigmaX  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
105        _RL rhok  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL sigmaY  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
106        _RL rhotmp(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL sigmaR  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
107        _RL pSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
108        _RL pSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  C This is currently also used by IVDC and Diagnostics
109        _RL K13   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)  C #ifdef INCLUDE_CONVECT_CALL
110        _RL K23   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)        _RL ConvectCount (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
111        _RL K33   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)  C #endif
       _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)  
112    
113        INTEGER iMin, iMax        INTEGER iMin, iMax
114        INTEGER jMin, jMax        INTEGER jMin, jMax
115        INTEGER bi, bj        INTEGER bi, bj
116        INTEGER i, j        INTEGER i, j
117        INTEGER k, kM1, kUp, kDown        INTEGER k, km1, kup, kDown
118        LOGICAL BOTTOM_LAYER  
119    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
120          INTEGER    isbyte
121          PARAMETER( isbyte = 4 )
122    
123          INTEGER act1, act2, act3, act4
124          INTEGER max1, max2, max3
125          INTEGER iikey, kkey
126          INTEGER maximpl
127    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
128    
129  C---    The algorithm...  C---    The algorithm...
130  C  C
# Line 119  C       "Calculation of Gs" Line 140  C       "Calculation of Gs"
140  C       ===================  C       ===================
141  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.
142  C       physics, parameterizations etc...) are calculated  C       physics, parameterizations etc...) are calculated
143  C         w = sum_z ( div. u[n] )  C         rVel = sum_r ( div. u[n] )
144  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )
145    C         b   = b(rho, theta)
146  C         K31 = K31 ( rho )  C         K31 = K31 ( rho )
147  C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], w, rho, Ph, ... )  C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], rVel, b, ... )
148  C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], w, rho, Ph, ... )  C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], rVel, b, ... )
149  C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], w, K31, ... )  C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], rVel, K31, ... )
150  C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], w, K31, ... )  C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], rVel, K31, ... )
151  C  C
152  C       "Time-stepping" or "Prediction"  C       "Time-stepping" or "Prediction"
153  C       ================================  C       ================================
# Line 149  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = Line 171  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] =
171  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
172  C---  C---
173    
174    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
175    C--   dummy statement to end declaration part
176          ikey = 1
177    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
178    
179  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values
180  C     These inital values do not alter the numerical results. They  C     These inital values do not alter the numerical results. They
181  C     just ensure that all memory references are to valid floating  C     just ensure that all memory references are to valid floating
# Line 160  C     uninitialised but inert locations. Line 187  C     uninitialised but inert locations.
187          yA(i,j)      = 0. _d 0          yA(i,j)      = 0. _d 0
188          uTrans(i,j)  = 0. _d 0          uTrans(i,j)  = 0. _d 0
189          vTrans(i,j)  = 0. _d 0          vTrans(i,j)  = 0. _d 0
190          aTerm(i,j)   = 0. _d 0          DO k=1,Nr
191          xTerm(i,j)   = 0. _d 0           phiHyd (i,j,k)  = 0. _d 0
192          cTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0
193          mTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0
194          pTerm(i,j)   = 0. _d 0           sigmaX(i,j,k) = 0. _d 0
195          fZon(i,j)    = 0. _d 0           sigmaY(i,j,k) = 0. _d 0
196          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  
197          ENDDO          ENDDO
198          rhokm1(i,j)  = 0. _d 0          rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0
199          rhok  (i,j)  = 0. _d 0          rhok   (i,j) = 0. _d 0
200          rhokp1(i,j)  = 0. _d 0          buoyKM1(i,j) = 0. _d 0
201          rhotmp(i,j)  = 0. _d 0          buoyK  (i,j) = 0. _d 0
202          maskC (i,j)  = 0. _d 0          maskC  (i,j) = 0. _d 0
203         ENDDO         ENDDO
204        ENDDO        ENDDO
205    
206    
207    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
208    C--   HPF directive to help TAMC
209    CHPF$ INDEPENDENT
210    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
211    
212        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
213    
214    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
215    C--    HPF directive to help TAMC
216    CHPF$  INDEPENDENT, NEW (rTrans,rVel,fVerT,fVerS,fVerU,fVerV
217    CHPF$&                  ,phiHyd,utrans,vtrans,maskc,xA,yA
218    CHPF$&                  ,KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV
219    CHPF$&                  )
220    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
221    
222         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
223    
224    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
225              act1 = bi - myBxLo(myThid)
226              max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1
227    
228              act2 = bj - myByLo(myThid)
229              max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1
230    
231              act3 = myThid - 1
232              max3 = nTx*nTy
233    
234              act4 = ikey_dynamics - 1
235    
236              ikey = (act1 + 1) + act2*max1
237         &                      + act3*max1*max2
238         &                      + act4*max1*max2*max3
239    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
240    
241  C--     Set up work arrays that need valid initial values  C--     Set up work arrays that need valid initial values
242          DO j=1-OLy,sNy+OLy          DO j=1-OLy,sNy+OLy
243           DO i=1-OLx,sNx+OLx           DO i=1-OLx,sNx+OLx
244            wTrans(i,j)  = 0. _d 0            rTrans(i,j)   = 0. _d 0
245            wVel  (i,j,1) = 0. _d 0            rVel  (i,j,1) = 0. _d 0
246            wVel  (i,j,2) = 0. _d 0            rVel  (i,j,2) = 0. _d 0
247            fVerT(i,j,1) = 0. _d 0            fVerT (i,j,1) = 0. _d 0
248            fVerT(i,j,2) = 0. _d 0            fVerT (i,j,2) = 0. _d 0
249            fVerS(i,j,1) = 0. _d 0            fVerS (i,j,1) = 0. _d 0
250            fVerS(i,j,2) = 0. _d 0            fVerS (i,j,2) = 0. _d 0
251            fVerU(i,j,1) = 0. _d 0            fVerU (i,j,1) = 0. _d 0
252            fVerU(i,j,2) = 0. _d 0            fVerU (i,j,2) = 0. _d 0
253            fVerV(i,j,1) = 0. _d 0            fVerV (i,j,1) = 0. _d 0
254            fVerV(i,j,2) = 0. _d 0            fVerV (i,j,2) = 0. _d 0
255            pH(i,j,1) = 0. _d 0            phiHyd(i,j,1) = 0. _d 0
256            K13(i,j,1) = 0. _d 0           ENDDO
257            K23(i,j,1) = 0. _d 0          ENDDO
258            K33(i,j,1) = 0. _d 0  
259            KapGM(i,j) = 0. _d 0          DO k=1,Nr
260             DO j=1-OLy,sNy+OLy
261              DO i=1-OLx,sNx+OLx
262    #ifdef INCLUDE_CONVECT_CALL
263               ConvectCount(i,j,k) = 0.
264    #endif
265               KappaRT(i,j,k) = 0. _d 0
266               KappaRS(i,j,k) = 0. _d 0
267              ENDDO
268           ENDDO           ENDDO
269          ENDDO          ENDDO
270    
# Line 212  C--     Set up work arrays that need val Line 273  C--     Set up work arrays that need val
273          jMin = 1-OLy+1          jMin = 1-OLy+1
274          jMax = sNy+OLy          jMax = sNy+OLy
275    
         K = 1  
         BOTTOM_LAYER = K .EQ. Nz  
276    
277  C--     Calculate gradient of surface pressure  C--     Start of diagnostic loop
278          CALL GRAD_PSURF(          DO k=Nr,1,-1
      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,K,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, 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 )  
         ENDIF  
279    
280  C--     Integrate hydrostatic balance for pH with BC of pH(z=0)=0  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
281          CALL CALC_PH(  C? Patrick, is this formula correct now that we change the loop range?
282       I      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,rhoKm1,rhoKm1,  C? Do we still need this?
283       U      pH,           kkey = (ikey-1)*(Nr-2+1) + (k-2) + 1
284       I      myThid )  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
285    
286          DO K=2,Nz  C--       Integrate continuity vertically for vertical velocity
287              CALL INTEGRATE_FOR_W(
288           BOTTOM_LAYER = K .EQ. Nz       I                         bi, bj, k, uVel, vVel,
289         O                         wVel,
290  C--      Update fields in Kth level according to tendency terms       I                         myThid )
291           CALL CORRECTION_STEP(  
292       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,pSurfX,pSurfY,myThid)  #ifdef    ALLOW_OBCS
293  C--      Density of K level (below W(K)) reference to K level  C--       Calculate future values on open boundaries
294           CALL FIND_RHO(            IF (openBoundaries) THEN
295       I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K, K, eosType,  #ifdef      ALLOW_NONHYDROSTATIC
296       O      rhoK,              IF (nonHydrostatic) THEN
297       I      myThid )                CALL OBCS_APPLY_W( bi, bj, k, wVel, myThid )
298           IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN              ENDIF
299  C--       Check static stability with layer below  #endif      /* ALLOW_NONHYDROSTATIC */
300  C         and mix as needed.              CALL OBCS_CALC( bi, bj, k, myTime+deltaT, myThid )
301  C--       Density of K+1 level (below W(K+1)) reference to K level            ENDIF
302            CALL FIND_RHO(  #endif    /* ALLOW_OBCS */
303       I       bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K+1, K, eosType,  
304       O       rhoKp1,  C--       Calculate gradients of potential density for isoneutral
305       I       myThid )  C         slope terms (e.g. GM/Redi tensor or IVDC diffusivity)
306            CALL CONVECT(  c         IF ( k.GT.1 .AND. (useGMRedi.OR.ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
307       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,rhoK,rhoKp1,            IF ( useGMRedi .OR. (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
308       I        myTime,myIter,myThid)              CALL FIND_RHO(
309  C--       Recompute density after mixing       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, k, eosType,
310            CALL FIND_RHO(       O        rhoK,
311       I       bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,       I        myThid )
312       O       rhoK,              IF (k.GT.1) CALL FIND_RHO(
313       I       myThid )       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k-1, k, eosType,
314           ENDIF       O        rhoKm1,
315  C--      Integrate hydrostatic balance for pH with BC of pH(z=0)=0       I        myThid )
316           CALL CALC_PH(              CALL GRAD_SIGMA(
317       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,rhoKm1,rhoK,       I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
318       U       pH,       I             rhoK, rhoKm1, rhoK,
319       I       myThid )       O             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
320  C--      Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation       I             myThid )
321           CALL FIND_RHO(            ENDIF
322       I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K-1, K, eosType,  
323       O      rhoTmp,  C--       Implicit Vertical Diffusion for Convection
324       I      myThid )  c ==> should use sigmaR !!!
325           CALL CALC_ISOSLOPES(            IF (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) THEN
326       I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K,              CALL CALC_IVDC(
327       I             rhoKm1, rhoK, rhotmp,       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
328       O             K13, K23, K33, KapGM,       I        rhoKm1, rhoK,
329         U        ConvectCount, KappaRT, KappaRS,
330         I        myTime, myIter, myThid)
331              END IF
332    
333    C--     end of diagnostic k loop (Nr:1)
334            ENDDO
335    
336    C--     Determines forcing terms based on external fields
337    C       relaxation terms, etc.
338            CALL EXTERNAL_FORCING_SURF(
339         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
340         I             myThid )
341    
342    #ifdef  ALLOW_GMREDI
343    C--     Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation
344            IF (useGMRedi) THEN
345              DO k=1,Nr
346                CALL GMREDI_CALC_TENSOR(
347         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
348         I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
349       I             myThid )       I             myThid )
          DO J=jMin,jMax  
           DO I=iMin,iMax  
            rhoKm1(I,J)=rhoK(I,J)  
350            ENDDO            ENDDO
351           ENDDO          ENDIF
352    #endif  /* ALLOW_GMREDI */
353    
354    #ifdef  ALLOW_KPP
355    C--     Compute KPP mixing coefficients
356            IF (useKPP) THEN
357              CALL KPP_CALC(
358         I                  bi, bj, myTime, myThid )
359            ENDIF
360    #endif  /* ALLOW_KPP */
361    
362    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
363    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
364    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
365    CADJ STORE theta(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
366    CADJ STORE salt (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
367    CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
368    CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
369    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
370    
371    
         ENDDO ! K  
372    
373          DO K = Nz, 1, -1  C--     Start of thermodynamics loop
374           kM1  =max(1,k-1)   ! Points to level above k (=k-1)          DO k=Nr,1,-1
375           kUp  =1+MOD(k+1,2) ! Cycles through 1,2 to point to layer above  
376           kDown=1+MOD(k,2)   ! Cycles through 2,1 to point to current layer  C--       km1    Points to level above k (=k-1)
377           iMin = 1-OLx+2  C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
378           iMax = sNx+OLx-1  C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
379           jMin = 1-OLy+2  
380           jMax = sNy+OLy-1            km1  = MAX(1,k-1)
381              kup  = 1+MOD(k+1,2)
382              kDown= 1+MOD(k,2)
383    
384              iMin = 1-OLx+2
385              iMax = sNx+OLx-1
386              jMin = 1-OLy+2
387              jMax = sNy+OLy-1
388    
389    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
390    CPatrick Is this formula correct?
391             kkey = (ikey-1)*(Nr-1+1) + (k-1) + 1
392    CADJ STORE rvel  (:,:,kDown) = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
393    CADJ STORE rTrans(:,:)       = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
394    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
395    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
396    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
397    
398  C--      Get temporary terms used by tendency routines  C--      Get temporary terms used by tendency routines
399           CALL CALC_COMMON_FACTORS (           CALL CALC_COMMON_FACTORS (
400       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,km1,kup,kDown,
401       O        xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,wVel,maskC,maskUp,       O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rVel,maskC,maskUp,
402       I        myThid)       I        myThid)
403    
404    #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL
405  C--      Calculate the total vertical diffusivity  C--      Calculate the total vertical diffusivity
406           CALL CALC_DIFFUSIVITY(           CALL CALC_DIFFUSIVITY(
407       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
408       I        maskC,maskUp,KapGM,K33,       I        maskC,maskup,
409       O        KappaZT,KappaZS,       O        KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV,
410       I        myThid)       I        myThid)
411    #endif
412    
413  C--      Calculate accelerations in the momentum equations  C--      Calculate active tracer tendencies (gT,gS,...)
414           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  
415           IF ( tempStepping ) THEN           IF ( tempStepping ) THEN
416            CALL CALC_GT(             CALL CALC_GT(
417       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
418       I         xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskUp,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
419       I         K13,K23,KappaZT,KapGM,       I         KappaRT,
420       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerT,       U         fVerT,
421       I         myThid)       I         myTime, myThid)
422               CALL TIMESTEP_TRACER(
423         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
424         I         theta, gT,
425         U         gTnm1,
426         I         myIter, myThid)
427           ENDIF           ENDIF
428           IF ( saltStepping ) THEN           IF ( saltStepping ) THEN
429            CALL CALC_GS(             CALL CALC_GS(
430       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
431       I         xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskUp,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
432       I         K13,K23,KappaZS,KapGM,       I         KappaRS,
433       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerS,       U         fVerS,
434       I         myThid)       I         myTime, myThid)
435               CALL TIMESTEP_TRACER(
436         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
437         I         salt, gS,
438         U         gSnm1,
439         I         myIter, myThid)
440           ENDIF           ENDIF
441    
442  C--      Prediction step (step forward all model variables)  #ifdef   ALLOW_OBCS
443           CALL TIMESTEP(  C--      Apply open boundary conditions
444       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,           IF (openBoundaries) THEN
445       I       myThid)             CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
446             END IF
447  C--      Diagnose barotropic divergence of predicted fields  #endif   /* ALLOW_OBCS */
448           CALL DIV_G(  
449       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,  C--      Freeze water
450       I       xA,yA,           IF (allowFreezing) THEN
451       I       myThid)  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
452    CADJ STORE gTNm1(:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k
453    CADJ &   , key = kkey, byte = isbyte
454    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
455                CALL FREEZE( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, myThid )
456             END IF
457    
458    C--     end of thermodynamic k loop (Nr:1)
459            ENDDO
460    
461          ENDDO ! K  
462    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
463    CPatrick? What about this one?
464               maximpl = 6
465               iikey = (ikey-1)*maximpl
466    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
467    
468  C--     Implicit diffusion  C--     Implicit diffusion
469          IF (implicitDiffusion) THEN          IF (implicitDiffusion) THEN
470           CALL IMPLDIFF( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  
471       I                  KappaZT,KappaZS,            IF (tempStepping) THEN
472       I                  myThid )  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
473                idkey = iikey + 1
474    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
475                CALL IMPLDIFF(
476         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
477         I         deltaTtracer, KappaRT, recip_HFacC,
478         U         gTNm1,
479         I         myThid )
480             ENDIF
481    
482             IF (saltStepping) THEN
483    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
484             idkey = iikey + 2
485    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
486                CALL IMPLDIFF(
487         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
488         I         deltaTtracer, KappaRS, recip_HFacC,
489         U         gSNm1,
490         I         myThid )
491             ENDIF
492    
493    #ifdef   ALLOW_OBCS
494    C--      Apply open boundary conditions
495             IF (openBoundaries) THEN
496               DO K=1,Nr
497                 CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
498               ENDDO
499             END IF
500    #endif   /* ALLOW_OBCS */
501    
502    C--     End If implicitDiffusion
503            ENDIF
504    
505    
506    
507    C--     Start of dynamics loop
508            DO k=1,Nr
509    
510    C--       km1    Points to level above k (=k-1)
511    C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
512    C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
513    
514              km1  = MAX(1,k-1)
515              kup  = 1+MOD(k+1,2)
516              kDown= 1+MOD(k,2)
517    
518              iMin = 1-OLx+2
519              iMax = sNx+OLx-1
520              jMin = 1-OLy+2
521              jMax = sNy+OLy-1
522    
523    C--      Calculate buoyancy
524             CALL FIND_RHO(
525         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, km1, km1, eosType,
526         O        rhoKm1,
527         I        myThid )
528             CALL CALC_BUOYANCY(
529         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,rhoKm1,
530         O        buoyKm1,
531         I        myThid )
532             CALL FIND_RHO(
533         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, k, eosType,
534         O        rhoK,
535         I        myThid )
536             CALL CALC_BUOYANCY(
537         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,rhoK,
538         O        buoyK,
539         I        myThid )
540    
541    C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of
542    C--      phiHyd(z=0)=0
543             CALL CALC_PHI_HYD(
544         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,buoyKm1,buoyK,
545         U        phiHyd,
546         I        myThid )
547    
548    C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)
549    C        and step forward storing the result in gUnm1, gVnm1, etc...
550             IF ( momStepping ) THEN
551               CALL CALC_MOM_RHS(
552         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
553         I         phiHyd,KappaRU,KappaRV,
554         U         fVerU, fVerV,
555         I         myTime, myThid)
556               CALL TIMESTEP(
557         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
558         I         myIter, myThid)
559    
560    #ifdef   ALLOW_OBCS
561    C--      Apply open boundary conditions
562             IF (openBoundaries) THEN
563               CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
564             END IF
565    #endif   /* ALLOW_OBCS */
566    
567    #ifdef   ALLOW_AUTODIFF_TAMC
568    #ifdef   INCLUDE_CD_CODE
569             ELSE
570               DO j=1-OLy,sNy+OLy
571                 DO i=1-OLx,sNx+OLx
572                   guCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
573                   gvCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
574                 END DO
575               END DO
576    #endif   /* INCLUDE_CD_CODE */
577    #endif   /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
578             ENDIF
579    
580    
581    C--     end of dynamics k loop (1:Nr)
582            ENDDO
583    
584    
585    
586    C--     Implicit viscosity
587            IF (implicitViscosity.AND.momStepping) THEN
588    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
589              idkey = iikey + 3
590    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
591              CALL IMPLDIFF(
592         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
593         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
594         U         gUNm1,
595         I         myThid )
596    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
597              idkey = iikey + 4
598    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
599              CALL IMPLDIFF(
600         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
601         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
602         U         gVNm1,
603         I         myThid )
604    
605    #ifdef   ALLOW_OBCS
606    C--      Apply open boundary conditions
607             IF (openBoundaries) THEN
608               DO K=1,Nr
609                 CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
610               ENDDO
611             END IF
612    #endif   /* ALLOW_OBCS */
613    
614    #ifdef    INCLUDE_CD_CODE
615    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
616              idkey = iikey + 5
617    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
618              CALL IMPLDIFF(
619         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
620         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
621         U         vVelD,
622         I         myThid )
623    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
624              idkey = iikey + 6
625    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
626              CALL IMPLDIFF(
627         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
628         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
629         U         uVelD,
630         I         myThid )
631    #endif    /* INCLUDE_CD_CODE */
632    C--     End If implicitViscosity.AND.momStepping
633          ENDIF          ENDIF
634    
635         ENDDO         ENDDO
636        ENDDO        ENDDO
637    
 C     write(0,*) 'dynamics: pS ',minval(cg2d_x(1:sNx,1:sNy,:,:)),  
 C    &                           maxval(cg2d_x(1:sNx,1:sNy,:,:))  
 C     write(0,*) 'dynamics: U  ',minval(uVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:),mask=uVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:).NE.0.),  
 C    &                           maxval(uVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:))  
 C     write(0,*) 'dynamics: V  ',minval(vVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:),mask=vVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:).NE.0.),  
 C    &                           maxval(vVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:))  
 C     write(0,*) 'dynamics: wVel(1) ',  
 C    &            minval(wVel(1:sNx,1:sNy,1),mask=wVel(1:sNx,1:sNy,1).NE.0.),  
 C    &            maxval(wVel(1:sNx,1:sNy,1))  
 C     write(0,*) 'dynamics: wVel(2) ',  
 C    &            minval(wVel(1:sNx,1:sNy,2),mask=wVel(1:sNx,1:sNy,2).NE.0.),  
 C    &            maxval(wVel(1:sNx,1:sNy,2))  
 cblk  write(0,*) 'dynamics: K13',minval(K13(1:sNx,1:sNy,:)),  
 cblk &                           maxval(K13(1:sNx,1:sNy,:))  
 cblk  write(0,*) 'dynamics: K23',minval(K23(1:sNx,1:sNy,:)),  
 cblk &                           maxval(K23(1:sNx,1:sNy,:))  
 cblk  write(0,*) 'dynamics: K33',minval(K33(1:sNx,1:sNy,:)),  
 cblk &                           maxval(K33(1:sNx,1:sNy,:))  
 C     write(0,*) 'dynamics: gT ',minval(gT(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
 C    &                           maxval(gT(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
 C     write(0,*) 'dynamics: T  ',minval(Theta(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
 C    &                           maxval(Theta(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
 C     write(0,*) 'dynamics: gS ',minval(gS(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
 C    &                           maxval(gS(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
 C     write(0,*) 'dynamics: S  ',minval(salt(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
 C    &                           maxval(salt(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
 C     write(0,*) 'dynamics: pH ',minval(pH/(Gravity*Rhonil),mask=ph.NE.0.),  
 C    &                           maxval(pH/(Gravity*Rhonil))  
   
638        RETURN        RETURN
639        END        END
640    
641    
642    C--      Cumulative diagnostic calculations (ie. time-averaging)
643    #ifdef INCLUDE_DIAGNOSTICS_INTERFACE_CODE
644    c        IF (taveFreq.GT.0.) THEN
645    c         CALL DO_TIME_AVERAGES(
646    c    I                           myTime, myIter, bi, bj, k, kup, kDown,
647    c    I                           ConvectCount,
648    c    I                           myThid )
649    c        ENDIF
650    #endif
651    
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