/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.40 by adcroft, Wed Dec 9 16:11:51 1998 UTC revision 1.61 by jmc, Wed Feb 7 21:48:02 2001 UTC
# Line 1  Line 1 
1  C $Header$  C $Header$
2    C $Name$
3    
4  #include "CPP_OPTIONS.h"  #include "CPP_OPTIONS.h"
5    
# Line 28  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, rTrans - Per block temporaries holding flow  C     uTrans, vTrans, rTrans - Per block temporaries holding flow
54  C                              transport  C                              transport
55  C     rVel                     o uTrans: Zonal transport  C                              o uTrans: Zonal transport
56  C                              o vTrans: Meridional transport  C                              o vTrans: Meridional transport
57  C                              o rTrans: Vertical transport  C                              o rTrans: Vertical transport
 C                              o rVel:   Vertical velocity at upper and  
 C                                        lower cell faces.  
58  C     maskC,maskUp             o maskC: land/water mask for tracer cells  C     maskC,maskUp             o maskC: land/water mask for tracer cells
59  C                              o maskUp: land/water mask for W points  C                              o maskUp: land/water mask for W points
60  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  
61  C                                      is "pipelined" in the vertical  C                                      is "pipelined" in the vertical
62  C                                      so we need an fVer for each  C                                      so we need an fVer for each
63  C                                      variable.  C                                      variable.
64  C     rhoK, rhoKM1   - Density at current level, level above and level  C     rhoK, rhoKM1   - Density at current level, and level above
 C                      below.  
 C     rhoKP1                                                                    
 C     buoyK, buoyKM1 - Buoyancy at current level and level above.  
65  C     phiHyd         - Hydrostatic part of the potential phiHydi.  C     phiHyd         - Hydrostatic part of the potential phiHydi.
66  C                      In z coords phiHydiHyd is the hydrostatic  C                      In z coords phiHydiHyd is the hydrostatic
67  C                      pressure anomaly  C                      pressure anomaly
# Line 73  C                      surface height Line 70  C                      surface height
70  C                      anomaly.  C                      anomaly.
71  C     etaSurfX,      - Holds surface elevation gradient in X and Y.  C     etaSurfX,      - Holds surface elevation gradient in X and Y.
72  C     etaSurfY  C     etaSurfY
 C     K13, K23, K33  - Non-zero elements of small-angle approximation  
 C                      diffusion tensor.  
 C     KapGM          - Spatially varying Visbeck et. al mixing coeff.  
73  C     KappaRT,       - Total diffusion in vertical for T and S.  C     KappaRT,       - Total diffusion in vertical for T and S.
74  C     KappaRS          (background + spatially varying, isopycnal term).  C     KappaRS          (background + spatially varying, isopycnal term).
75  C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations  C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations
76  C     jMin, jMax       are applied.  C     jMin, jMax       are applied.
77  C     bi, bj  C     bi, bj
78  C     k, kUp,        - Index for layer above and below. kUp and kDown  C     k, kup,        - Index for layer above and below. kup and kDown
79  C     kDown, kM1       are switched with layer to be the appropriate  C     kDown, km1       are switched with layer to be the appropriate
80  C                      index into fVerTerm.  C                      index into fVerTerm.
81        _RS xA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS xA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
82        _RS yA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS yA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
83        _RL uTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL uTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
84        _RL vTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL vTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
85        _RL rTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
       _RL rVel    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)  
86        _RS maskC   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS maskC   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
87        _RS maskUp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS maskUp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
       _RL aTerm   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL xTerm   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _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)  
88        _RL fVerT   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerT   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
89        _RL fVerS   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerS   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
90        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
91        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
92        _RL phiHyd  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)        _RL phiHyd  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
93        _RL rhokm1  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rhokm1  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
       _RL rhokp1  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
94        _RL rhok    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rhok    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
       _RL buoyKM1 (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL buoyK   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL rhotmp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL etaSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL etaSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL K13     (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)  
       _RL K23     (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)  
       _RL K33     (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)  
       _RL KapGM   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
95        _RL KappaRT (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)        _RL KappaRT (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
96        _RL KappaRS (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)        _RL KappaRS (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
97          _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
98          _RL KappaRV (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
99          _RL sigmaX  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
100          _RL sigmaY  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
101          _RL sigmaR  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
102    
103    C This is currently also used by IVDC and Diagnostics
104    C #ifdef INCLUDE_CONVECT_CALL
105          _RL ConvectCount (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
106    C #endif
107    
108        INTEGER iMin, iMax        INTEGER iMin, iMax
109        INTEGER jMin, jMax        INTEGER jMin, jMax
110        INTEGER bi, bj        INTEGER bi, bj
111        INTEGER i, j        INTEGER i, j
112        INTEGER k, kM1, kUp, kDown        INTEGER k, km1, kup, kDown
113        LOGICAL BOTTOM_LAYER  
114    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
115          INTEGER    isbyte
116          PARAMETER( isbyte = 4 )
117    
118          INTEGER act1, act2, act3, act4
119          INTEGER max1, max2, max3
120          INTEGER iikey, kkey
121          INTEGER maximpl
122    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
123    
124  C---    The algorithm...  C---    The algorithm...
125  C  C
# Line 139  C Line 134  C
134  C       "Calculation of Gs"  C       "Calculation of Gs"
135  C       ===================  C       ===================
136  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.
137  C       phiHydysics, parameterizations etc...) are calculated  C       physics, parameterizations etc...) are calculated
 C         rVel = sum_r ( div. u[n] )  
138  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )
139  C         b   = b(rho, theta)  C         b   = b(rho, theta)
140  C         K31 = K31 ( rho )  C         K31 = K31 ( rho )
141  C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], rVel, b, ... )  C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], wVel, b, ... )
142  C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], rVel, b, ... )  C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], wVel, b, ... )
143  C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], rVel, K31, ... )  C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
144  C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], rVel, K31, ... )  C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
145  C  C
146  C       "Time-stepping" or "Prediction"  C       "Time-stepping" or "Prediction"
147  C       ================================  C       ================================
# Line 171  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = Line 165  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] =
165  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
166  C---  C---
167    
168    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
169    C--   dummy statement to end declaration part
170          ikey = 1
171    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
172    
173  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values
174  C     These inital values do not alter the numerical results. They  C     These inital values do not alter the numerical results. They
175  C     just ensure that all memory references are to valid floating  C     just ensure that all memory references are to valid floating
# Line 182  C     uninitialised but inert locations. Line 181  C     uninitialised but inert locations.
181          yA(i,j)      = 0. _d 0          yA(i,j)      = 0. _d 0
182          uTrans(i,j)  = 0. _d 0          uTrans(i,j)  = 0. _d 0
183          vTrans(i,j)  = 0. _d 0          vTrans(i,j)  = 0. _d 0
184          aTerm(i,j)   = 0. _d 0          DO k=1,Nr
185          xTerm(i,j)   = 0. _d 0           phiHyd(i,j,k)  = 0. _d 0
186          cTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0
187          mTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0
188          pTerm(i,j)   = 0. _d 0           sigmaX(i,j,k) = 0. _d 0
189          fZon(i,j)    = 0. _d 0           sigmaY(i,j,k) = 0. _d 0
190          fMer(i,j)    = 0. _d 0           sigmaR(i,j,k) = 0. _d 0
         DO K=1,Nr  
          phiHyd (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  
          KappaRT(i,j,k) = 0. _d 0  
          KappaRS(i,j,k) = 0. _d 0  
191          ENDDO          ENDDO
192          rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0          rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0
193          rhok   (i,j) = 0. _d 0          rhok   (i,j) = 0. _d 0
         rhoKP1 (i,j) = 0. _d 0  
         rhoTMP (i,j) = 0. _d 0  
         buoyKM1(i,j) = 0. _d 0  
         buoyK  (i,j) = 0. _d 0  
194          maskC  (i,j) = 0. _d 0          maskC  (i,j) = 0. _d 0
195         ENDDO         ENDDO
196        ENDDO        ENDDO
197    
198    
199    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
200    C--   HPF directive to help TAMC
201    CHPF$ INDEPENDENT
202    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
203    
204        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
205    
206    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
207    C--    HPF directive to help TAMC
208    CHPF$  INDEPENDENT, NEW (rTrans,fVerT,fVerS,fVerU,fVerV
209    CHPF$&                  ,phiHyd,utrans,vtrans,maskc,xA,yA
210    CHPF$&                  ,KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV
211    CHPF$&                  )
212    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
213    
214         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
215    
216    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
217              act1 = bi - myBxLo(myThid)
218              max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1
219    
220              act2 = bj - myByLo(myThid)
221              max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1
222    
223              act3 = myThid - 1
224              max3 = nTx*nTy
225    
226              act4 = ikey_dynamics - 1
227    
228              ikey = (act1 + 1) + act2*max1
229         &                      + act3*max1*max2
230         &                      + act4*max1*max2*max3
231    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
232    
233  C--     Set up work arrays that need valid initial values  C--     Set up work arrays that need valid initial values
234          DO j=1-OLy,sNy+OLy          DO j=1-OLy,sNy+OLy
235           DO i=1-OLx,sNx+OLx           DO i=1-OLx,sNx+OLx
236            rTrans(i,j)   = 0. _d 0            rTrans(i,j)   = 0. _d 0
           rVel  (i,j,1) = 0. _d 0  
           rVel  (i,j,2) = 0. _d 0  
237            fVerT (i,j,1) = 0. _d 0            fVerT (i,j,1) = 0. _d 0
238            fVerT (i,j,2) = 0. _d 0            fVerT (i,j,2) = 0. _d 0
239            fVerS (i,j,1) = 0. _d 0            fVerS (i,j,1) = 0. _d 0
# Line 225  C--     Set up work arrays that need val Line 242  C--     Set up work arrays that need val
242            fVerU (i,j,2) = 0. _d 0            fVerU (i,j,2) = 0. _d 0
243            fVerV (i,j,1) = 0. _d 0            fVerV (i,j,1) = 0. _d 0
244            fVerV (i,j,2) = 0. _d 0            fVerV (i,j,2) = 0. _d 0
245            phiHyd(i,j,1) = 0. _d 0           ENDDO
246            K13   (i,j,1) = 0. _d 0          ENDDO
247            K23   (i,j,1) = 0. _d 0  
248            K33   (i,j,1) = 0. _d 0          DO k=1,Nr
249            KapGM (i,j)   = GMkbackground           DO j=1-OLy,sNy+OLy
250              DO i=1-OLx,sNx+OLx
251    #ifdef INCLUDE_CONVECT_CALL
252               ConvectCount(i,j,k) = 0.
253    #endif
254               KappaRT(i,j,k) = 0. _d 0
255               KappaRS(i,j,k) = 0. _d 0
256              ENDDO
257           ENDDO           ENDDO
258          ENDDO          ENDDO
259    
# Line 239  C--     Set up work arrays that need val Line 263  C--     Set up work arrays that need val
263          jMax = sNy+OLy          jMax = sNy+OLy
264    
265    
266          K = 1  C--     Start of diagnostic loop
267          BOTTOM_LAYER = K .EQ. Nr          DO k=Nr,1,-1
268    
269  #ifdef DO_PIPELINED_CORRECTION_STEP  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
270  C--     Calculate gradient of surface pressure  C? Patrick, is this formula correct now that we change the loop range?
271          CALL CALC_GRAD_ETA_SURF(  C? Do we still need this?
272       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,           kkey = (ikey-1)*(Nr-2+1) + (k-2) + 1
273       O       etaSurfX,etaSurfY,  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
274       I       myThid)  
275  C--     Update fields in top level according to tendency terms  C--       Integrate continuity vertically for vertical velocity
276          CALL CORRECTION_STEP(            CALL INTEGRATE_FOR_W(
277       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,       I                         bi, bj, k, uVel, vVel,
278       I       etaSurfX,etaSurfY,myTime,myThid)       O                         wVel,
279          IF (openBoundaries) CALL APPLY_OBCS1( bi, bj, K, myThid )       I                         myThid )
280          IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN  
281  C--      Update fields in layer below according to tendency terms  #ifdef    ALLOW_OBCS
282           CALL CORRECTION_STEP(  #ifdef    ALLOW_NONHYDROSTATIC
283       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,  C--       Apply OBC to W if in N-H mode
284       I        etaSurfX,etaSurfY,myTime,myThid)            IF (useOBCS.AND.nonHydrostatic) THEN
285           IF (openBoundaries) CALL APPLY_OBCS1( bi, bj, K+1, myThid )              CALL OBCS_APPLY_W( bi, bj, k, wVel, myThid )
286          ENDIF            ENDIF
287  #endif  #endif    /* ALLOW_NONHYDROSTATIC */
288  C--     Density of 1st level (below W(1)) reference to level 1  #endif    /* ALLOW_OBCS */
289  #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
290          CALL FIND_RHO(  C--       Calculate gradients of potential density for isoneutral
291       I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,  C         slope terms (e.g. GM/Redi tensor or IVDC diffusivity)
292       O     rhoKm1,  c         IF ( k.GT.1 .AND. (useGMRedi.OR.ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
293       I     myThid )            IF ( useGMRedi .OR. (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
294  #endif              CALL FIND_RHO(
295         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, k, eosType,
296          IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN       I        theta, salt,
297  C--      Check static stability with layer below       O        rhoK,
 C--      and mix as needed.  
 #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
          CALL FIND_RHO(  
      I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K+1, K, eosType,  
      O      rhoKp1,  
      I      myThid )  
 #endif  
 #ifdef  INCLUDE_CONVECT_CALL  
          CALL CONVECT(  
      I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,rhoKm1,rhoKp1,  
      I       myTime,myIter,myThid)  
 #endif  
 C--      Recompute density after mixing  
 #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
          CALL FIND_RHO(  
      I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,  
      O      rhoKm1,  
      I      myThid )  
 #endif  
         ENDIF  
 C--     Calculate buoyancy  
         CALL CALC_BUOYANCY(  
      I      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,rhoKm1,  
      O      buoyKm1,  
      I      myThid )  
 C--     Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of  
 C--     phiHyd(z=0)=0  
         CALL CALC_PHI_HYD(  
      I      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,buoyKm1,buoyKm1,  
      U      phiHyd,  
      I      myThid )  
   
         DO K=2,Nr  
          BOTTOM_LAYER = K .EQ. Nr  
 #ifdef DO_PIPELINED_CORRECTION_STEP  
          IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN  
 C--       Update fields in layer below according to tendency terms  
           CALL CORRECTION_STEP(  
      I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,  
      I         etaSurfX,etaSurfY,myTime,myThid)  
           IF (openBoundaries) CALL APPLY_OBCS1( bi, bj, K+1, myThid )  
          ENDIF  
 #endif  
 C--      Density of K level (below W(K)) reference to K level  
 #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
          CALL FIND_RHO(  
      I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K, K, eosType,  
      O      rhoK,  
      I      myThid )  
 #endif  
          IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN  
 C--       Check static stability with layer below and mix as needed.  
 C--       Density of K+1 level (below W(K+1)) reference to K level.  
 #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
           CALL FIND_RHO(  
      I       bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K+1, K, eosType,  
      O       rhoKp1,  
      I       myThid )  
 #endif  
 #ifdef  INCLUDE_CONVECT_CALL  
           CALL CONVECT(  
      I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,rhoK,rhoKp1,  
      I        myTime,myIter,myThid)  
 #endif  
 C--       Recompute density after mixing  
 #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
           CALL FIND_RHO(  
      I       bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,  
      O       rhoK,  
      I       myThid )  
 #endif  
          ENDIF  
 C--      Calculate buoyancy  
          CALL CALC_BUOYANCY(  
      I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,rhoK,  
      O       buoyK,  
      I       myThid )  
 C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of  
 C--      phiHyd(z=0)=0  
          CALL CALC_PHI_HYD(  
      I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,buoyKm1,buoyK,  
      U        phiHyd,  
      I        myThid )  
 C--      Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation  
 #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL  
          CALL FIND_RHO(  
      I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K-1, K, eosType,  
      O        rhoTmp,  
298       I        myThid )       I        myThid )
299  #endif              IF (k.GT.1) CALL FIND_RHO(
300  #ifdef  INCLUDE_CALC_ISOSLOPES_CALL       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k-1, k, eosType,
301           CALL CALC_ISOSLOPES(       I        theta, salt,
302       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K,       O        rhoKm1,
      I        rhoKm1, rhoK, rhotmp,  
      O        K13, K23, K33, KapGM,  
303       I        myThid )       I        myThid )
304  #endif              CALL GRAD_SIGMA(
305           DO J=jMin,jMax       I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
306            DO I=iMin,iMax       I             rhoK, rhoKm1, rhoK,
307  #ifdef  INCLUDE_FIND_RHO_CALL       O             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
308             rhoKm1 (I,J) = rhoK(I,J)       I             myThid )
309  #endif            ENDIF
310             buoyKm1(I,J) = buoyK(I,J)  
311    C--       Implicit Vertical Diffusion for Convection
312    c ==> should use sigmaR !!!
313              IF (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) THEN
314                CALL CALC_IVDC(
315         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
316         I        rhoKm1, rhoK,
317         U        ConvectCount, KappaRT, KappaRS,
318         I        myTime, myIter, myThid)
319              END IF
320    
321    C--     end of diagnostic k loop (Nr:1)
322            ENDDO
323    
324    #ifdef  ALLOW_OBCS
325    C--     Calculate future values on open boundaries
326            IF (useOBCS) THEN
327              CALL OBCS_CALC( bi, bj, myTime+deltaT,
328         I            uVel, vVel, wVel, theta, salt,
329         I            myThid )
330            ENDIF
331    #endif  /* ALLOW_OBCS */
332    
333    C--     Determines forcing terms based on external fields
334    C       relaxation terms, etc.
335            CALL EXTERNAL_FORCING_SURF(
336         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
337         I             myThid )
338    
339    #ifdef  ALLOW_GMREDI
340    C--     Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation
341            IF (useGMRedi) THEN
342              DO k=1,Nr
343                CALL GMREDI_CALC_TENSOR(
344         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
345         I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
346         I             myThid )
347            ENDDO            ENDDO
348           ENDDO  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
349          ENDDO ! K          ELSE
350              DO k=1, Nr
351                CALL GMREDI_CALC_TENSOR_DUMMY(
352         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
353         I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
354         I             myThid )
355              ENDDO
356    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
357            ENDIF
358    #endif  /* ALLOW_GMREDI */
359    
360          DO K = Nr, 1, -1  #ifdef  ALLOW_KPP
361    C--     Compute KPP mixing coefficients
362            IF (useKPP) THEN
363              CALL KPP_CALC(
364         I                  bi, bj, myTime, myThid )
365            ENDIF
366    #endif  /* ALLOW_KPP */
367    
368           kM1  =max(1,k-1)   ! Points to level above k (=k-1)  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
369           kUp  =1+MOD(k+1,2) ! Cycles through 1,2 to point to layer above  CADJ STORE KappaRT(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
370           kDown=1+MOD(k,2)   ! Cycles through 2,1 to point to current layer  CADJ STORE KappaRS(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
371           iMin = 1-OLx+2  CADJ STORE theta(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
372           iMax = sNx+OLx-1  CADJ STORE salt (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
373           jMin = 1-OLy+2  CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
374           jMax = sNy+OLy-1  CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
375    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
376    
377    #ifdef ALLOW_AIM
378    C       AIM - atmospheric intermediate model, physics package code.
379    C note(jmc) : phiHyd=0 at this point but is not really used in Molteni Physics
380            IF ( useAIM ) THEN
381             CALL TIMER_START('AIM_DO_ATMOS_PHYS      [DYNAMICS]', myThid)
382             CALL AIM_DO_ATMOS_PHYSICS( phiHyd, myTime, myThid )
383             CALL TIMER_STOP ('AIM_DO_ATMOS_PHYS      [DYNAMICS]', myThid)
384            ENDIF
385    #endif /* ALLOW_AIM */
386    
387    
388    C--     Start of thermodynamics loop
389            DO k=Nr,1,-1
390    
391    C--       km1    Points to level above k (=k-1)
392    C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
393    C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
394    
395              km1  = MAX(1,k-1)
396              kup  = 1+MOD(k+1,2)
397              kDown= 1+MOD(k,2)
398    
399              iMin = 1-OLx+2
400              iMax = sNx+OLx-1
401              jMin = 1-OLy+2
402              jMax = sNy+OLy-1
403    
404    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
405    CPatrick Is this formula correct?
406             kkey = (ikey-1)*(Nr-1+1) + (k-1) + 1
407    CADJ STORE rTrans(:,:)       = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
408    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
409    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
410    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
411    
412  C--      Get temporary terms used by tendency routines  C--      Get temporary terms used by tendency routines
413           CALL CALC_COMMON_FACTORS (           CALL CALC_COMMON_FACTORS (
414       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,km1,kup,kDown,
415       O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rVel,maskC,maskUp,       O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskC,maskUp,
416       I        myThid)       I        myThid)
417    
418  #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL  #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL
419  C--      Calculate the total vertical diffusivity  C--      Calculate the total vertical diffusivity
420           CALL CALC_DIFFUSIVITY(           CALL CALC_DIFFUSIVITY(
421       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
422       I        maskC,maskUp,KapGM,K33,       I        maskC,maskup,
423       O        KappaRT,KappaRS,       O        KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV,
424       I        myThid)       I        myThid)
425  #endif  #endif
426  C--      Calculate accelerations in the momentum equations  
427           IF ( momStepping ) THEN  C--      Calculate active tracer tendencies (gT,gS,...)
428            CALL CALC_MOM_RHS(  C        and step forward storing result in gTnm1, gSnm1, etc.
      I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,  
      I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rVel,maskC,  
      I         phiHyd,  
      U         aTerm,xTerm,cTerm,mTerm,pTerm,  
      U         fZon, fMer, fVerU, fVerV,  
      I         myTime, myThid)  
          ENDIF  
 C--      Calculate active tracer tendencies  
429           IF ( tempStepping ) THEN           IF ( tempStepping ) THEN
430            CALL CALC_GT(             CALL CALC_GT(
431       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
432       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
433       I         K13,K23,KappaRT,KapGM,       I         KappaRT,
434       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerT,       U         fVerT,
435       I         myTime, myThid)       I         myTime, myThid)
436               CALL TIMESTEP_TRACER(
437         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
438         I         theta, gT,
439         U         gTnm1,
440         I         myIter, myThid)
441           ENDIF           ENDIF
442           IF ( saltStepping ) THEN           IF ( saltStepping ) THEN
443            CALL CALC_GS(             CALL CALC_GS(
444       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
445       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
446       I         K13,K23,KappaRS,KapGM,       I         KappaRS,
447       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerS,       U         fVerS,
448       I         myTime, myThid)       I         myTime, myThid)
449               CALL TIMESTEP_TRACER(
450         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
451         I         salt, gS,
452         U         gSnm1,
453         I         myIter, myThid)
454           ENDIF           ENDIF
 C--      Prediction step (step forward all model variables)  
          CALL TIMESTEP(  
      I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,  
      I       myThid)  
          IF (openBoundaries) CALL APPLY_OBCS2( bi, bj, K, myThid )  
 C--      Diagnose barotropic divergence of predicted fields  
          CALL CALC_DIV_GHAT(  
      I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,  
      I       xA,yA,  
      I       myThid)  
   
 C--      Cumulative diagnostic calculations (ie. time-averaging)  
 #ifdef INCLUDE_DIAGNOSTICS_INTERFACE_CODE  
          IF (taveFreq.GT.0.) THEN  
           CALL DO_TIME_AVERAGES(  
      I                           myTime, myIter, bi, bj, K, kUp, kDown,  
      I                           K13, K23, rVel, KapGM,  
      I                           myThid )  
          ENDIF  
 #endif  
455    
456          ENDDO ! K  #ifdef   ALLOW_OBCS
457    C--      Apply open boundary conditions
458             IF (useOBCS) THEN
459               CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
460             END IF
461    #endif   /* ALLOW_OBCS */
462    
463    C--      Freeze water
464             IF (allowFreezing) THEN
465    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
466    CADJ STORE gTNm1(:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k
467    CADJ &   , key = kkey, byte = isbyte
468    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
469                CALL FREEZE( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, myThid )
470             END IF
471    
472    C--     end of thermodynamic k loop (Nr:1)
473            ENDDO
474    
475    
476    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
477    CPatrick? What about this one?
478               maximpl = 6
479               iikey = (ikey-1)*maximpl
480    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
481    
482  C--     Implicit diffusion  C--     Implicit diffusion
483          IF (implicitDiffusion) THEN          IF (implicitDiffusion) THEN
484           CALL IMPLDIFF( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  
485       I                  KappaRT,KappaRS,            IF (tempStepping) THEN
486       I                  myThid )  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
487                idkey = iikey + 1
488    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
489                CALL IMPLDIFF(
490         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
491         I         deltaTtracer, KappaRT, recip_HFacC,
492         U         gTNm1,
493         I         myThid )
494             ENDIF
495    
496             IF (saltStepping) THEN
497    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
498             idkey = iikey + 2
499    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
500                CALL IMPLDIFF(
501         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
502         I         deltaTtracer, KappaRS, recip_HFacC,
503         U         gSNm1,
504         I         myThid )
505             ENDIF
506    
507    #ifdef   ALLOW_OBCS
508    C--      Apply open boundary conditions
509             IF (useOBCS) THEN
510               DO K=1,Nr
511                 CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
512               ENDDO
513             END IF
514    #endif   /* ALLOW_OBCS */
515    
516    C--     End If implicitDiffusion
517            ENDIF
518    
519    
520    
521    C--     Start of dynamics loop
522            DO k=1,Nr
523    
524    C--       km1    Points to level above k (=k-1)
525    C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
526    C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
527    
528              km1  = MAX(1,k-1)
529              kup  = 1+MOD(k+1,2)
530              kDown= 1+MOD(k,2)
531    
532              iMin = 1-OLx+2
533              iMax = sNx+OLx-1
534              jMin = 1-OLy+2
535              jMax = sNy+OLy-1
536    
537    C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of
538    C        phiHyd(z=0)=0
539    C        distinguishe between Stagger and Non Stagger time stepping
540             IF (staggerTimeStep) THEN
541               CALL CALC_PHI_HYD(
542         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
543         I        gTnm1, gSnm1,
544         U        phiHyd,
545         I        myThid )
546             ELSE
547               CALL CALC_PHI_HYD(
548         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
549         I        theta, salt,
550         U        phiHyd,
551         I        myThid )
552             ENDIF
553    
554    C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)
555    C        and step forward storing the result in gUnm1, gVnm1, etc...
556             IF ( momStepping ) THEN
557               CALL CALC_MOM_RHS(
558         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
559         I         phiHyd,KappaRU,KappaRV,
560         U         fVerU, fVerV,
561         I         myTime, myThid)
562               CALL TIMESTEP(
563         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,phiHyd,
564         I         myIter, myThid)
565    
566    #ifdef   ALLOW_OBCS
567    C--      Apply open boundary conditions
568             IF (useOBCS) THEN
569               CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
570             END IF
571    #endif   /* ALLOW_OBCS */
572    
573    #ifdef   ALLOW_AUTODIFF_TAMC
574    #ifdef   INCLUDE_CD_CODE
575             ELSE
576               DO j=1-OLy,sNy+OLy
577                 DO i=1-OLx,sNx+OLx
578                   guCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
579                   gvCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
580                 END DO
581               END DO
582    #endif   /* INCLUDE_CD_CODE */
583    #endif   /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
584             ENDIF
585    
586    
587    C--     end of dynamics k loop (1:Nr)
588            ENDDO
589    
590    
591    
592    C--     Implicit viscosity
593            IF (implicitViscosity.AND.momStepping) THEN
594    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
595              idkey = iikey + 3
596    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
597              CALL IMPLDIFF(
598         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
599         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
600         U         gUNm1,
601         I         myThid )
602    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
603              idkey = iikey + 4
604    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
605              CALL IMPLDIFF(
606         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
607         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
608         U         gVNm1,
609         I         myThid )
610    
611    #ifdef   ALLOW_OBCS
612    C--      Apply open boundary conditions
613             IF (useOBCS) THEN
614               DO K=1,Nr
615                 CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
616               ENDDO
617             END IF
618    #endif   /* ALLOW_OBCS */
619    
620    #ifdef    INCLUDE_CD_CODE
621    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
622              idkey = iikey + 5
623    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
624              CALL IMPLDIFF(
625         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
626         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
627         U         vVelD,
628         I         myThid )
629    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
630              idkey = iikey + 6
631    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
632              CALL IMPLDIFF(
633         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
634         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
635         U         uVelD,
636         I         myThid )
637    #endif    /* INCLUDE_CD_CODE */
638    C--     End If implicitViscosity.AND.momStepping
639          ENDIF          ENDIF
640    
641         ENDDO         ENDDO
642        ENDDO        ENDDO
643    
 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,:,:),mask=uVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:).NE.0.)  
 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,:,:),mask=vVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:).NE.0.)  
 C     write(0,*) 'dynamics: rVel(1) ',  
 C    &            minval(rVel(1:sNx,1:sNy,1),mask=rVel(1:sNx,1:sNy,1).NE.0.),  
 C    &            maxval(rVel(1:sNx,1:sNy,1),mask=rVel(1:sNx,1:sNy,1).NE.0.)  
 C     write(0,*) 'dynamics: rVel(2) ',  
 C    &            minval(rVel(1:sNx,1:sNy,2),mask=rVel(1:sNx,1:sNy,2).NE.0.),  
 C    &            maxval(rVel(1:sNx,1:sNy,2),mask=rVel(1:sNx,1:sNy,2).NE.0.)  
 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: phiHyd ',minval(phiHyd/(Gravity*Rhonil),mask=phiHyd.NE.0.),  
 C    &                           maxval(phiHyd/(Gravity*Rhonil))  
 C     CALL PLOT_FIELD_XYZRL( gU, ' GU exiting dyanmics ' ,  
 C    &Nr, 1, myThid )  
 C     CALL PLOT_FIELD_XYZRL( gV, ' GV exiting dyanmics ' ,  
 C    &Nr, 1, myThid )  
 C     CALL PLOT_FIELD_XYZRL( gS, ' GS exiting dyanmics ' ,  
 C    &Nr, 1, myThid )  
 C     CALL PLOT_FIELD_XYZRL( gT, ' GT exiting dyanmics ' ,  
 C    &Nr, 1, myThid )  
 C     CALL PLOT_FIELD_XYZRL( phiHyd, ' phiHyd exiting dyanmics ' ,  
 C    &Nr, 1, myThid )  
   
   
644        RETURN        RETURN
645        END        END
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