/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.5 by adcroft, Mon May 4 16:32:10 1998 UTC revision 1.64 by jmc, Tue Mar 6 16:59:44 2001 UTC
# Line 1  Line 1 
1  C $Header$  C $Header$
2    C $Name$
3    
4  #include "CPP_EEOPTIONS.h"  #include "CPP_OPTIONS.h"
5    
6        SUBROUTINE DYNAMICS(myThid)        SUBROUTINE DYNAMICS(myTime, myIter, myThid)
7  C     /==========================================================\  C     /==========================================================\
8  C     | SUBROUTINE DYNAMICS                                      |  C     | SUBROUTINE DYNAMICS                                      |
9  C     | o Controlling routine for the explicit part of the model |  C     | o Controlling routine for the explicit part of the model |
# Line 20  C     | ===== Line 21  C     | =====
21  C     | C*P* comments indicating place holders for which code is |  C     | C*P* comments indicating place holders for which code is |
22  C     |      presently being developed.                          |  C     |      presently being developed.                          |
23  C     \==========================================================/  C     \==========================================================/
24          IMPLICIT NONE
25    
26  C     == Global variables ===  C     == Global variables ===
27  #include "SIZE.h"  #include "SIZE.h"
28  #include "EEPARAMS.h"  #include "EEPARAMS.h"
29  #include "CG2D.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    #ifdef ALLOW_TIMEAVE
43    #include "TIMEAVE_STATV.h"
44    #endif
45    
46  C     == Routine arguments ==  C     == Routine arguments ==
47    C     myTime - Current time in simulation
48    C     myIter - Current iteration number in simulation
49  C     myThid - Thread number for this instance of the routine.  C     myThid - Thread number for this instance of the routine.
50          _RL myTime
51          INTEGER myIter
52        INTEGER myThid        INTEGER myThid
53    
54  C     == Local variables  C     == Local variables
55  C     xA, yA                 - Per block temporaries holding face areas  C     xA, yA                 - Per block temporaries holding face areas
56  C     uTrans, vTrans, wTrans - Per block temporaries holding flow transport  C     uTrans, vTrans, rTrans - Per block temporaries holding flow
57    C                              transport
58  C                              o uTrans: Zonal transport  C                              o uTrans: Zonal transport
59  C                              o vTrans: Meridional transport  C                              o vTrans: Meridional transport
60  C                              o wTrans: Vertical transport  C                              o rTrans: Vertical transport
61  C     maskC,maskUp             o maskC: land/water mask for tracer cells  C     maskC,maskUp             o maskC: land/water mask for tracer cells
62  C                              o maskUp: land/water mask for W points  C                              o maskUp: land/water mask for W points
63  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  
64  C                                      is "pipelined" in the vertical  C                                      is "pipelined" in the vertical
65  C                                      so we need an fVer for each  C                                      so we need an fVer for each
66  C                                      variable.  C                                      variable.
67  C     iMin, iMax - Ranges and sub-block indices on which calculations  C     rhoK, rhoKM1   - Density at current level, and level above
68  C     jMin, jMax   are applied.  C     phiHyd         - Hydrostatic part of the potential phiHydi.
69    C                      In z coords phiHydiHyd is the hydrostatic
70    C                      pressure anomaly
71    C                      In p coords phiHydiHyd is the geopotential
72    C                      surface height
73    C                      anomaly.
74    C     phiSurfX, - gradient of Surface potentiel (Pressure/rho, ocean)
75    C     phiSurfY             or geopotentiel (atmos) in X and Y direction
76    C     KappaRT,       - Total diffusion in vertical for T and S.
77    C     KappaRS          (background + spatially varying, isopycnal term).
78    C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations
79    C     jMin, jMax       are applied.
80  C     bi, bj  C     bi, bj
81  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
82  C                          are switched with layer to be the appropriate index  C     kDown, km1       are switched with layer to be the appropriate
83  C                          into fVerTerm  C                      index into fVerTerm.
84        _RS xA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS xA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
85        _RS yA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS yA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
86        _RL uTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL uTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
87        _RL vTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL vTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
88        _RL wTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
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 phiSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
99        _RL fVerS (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL phiSurfY(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 pSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL sigmaY  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
106        _RL pSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL sigmaR  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
107    
108    C This is currently used by IVDC and Diagnostics
109          _RL ConvectCount (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
110    
111        INTEGER iMin, iMax        INTEGER iMin, iMax
112        INTEGER jMin, jMax        INTEGER jMin, jMax
113        INTEGER bi, bj        INTEGER bi, bj
114        INTEGER i, j        INTEGER i, j
115        INTEGER k, kM1, kUp, kDown        INTEGER k, km1, kup, kDown
116    
117    Cjmc : add for phiHyd output <- but not working if multi tile per CPU
118    c     CHARACTER*(MAX_LEN_MBUF) suff
119    c     LOGICAL  DIFFERENT_MULTIPLE
120    c     EXTERNAL DIFFERENT_MULTIPLE
121    Cjmc(end)
122    
123    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
124          INTEGER    isbyte
125          PARAMETER( isbyte = 4 )
126    
127          INTEGER act1, act2, act3, act4
128          INTEGER max1, max2, max3
129          INTEGER iikey, kkey
130          INTEGER maximpl
131    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
132    
133    C---    The algorithm...
134    C
135    C       "Correction Step"
136    C       =================
137    C       Here we update the horizontal velocities with the surface
138    C       pressure such that the resulting flow is either consistent
139    C       with the free-surface evolution or the rigid-lid:
140    C         U[n] = U* + dt x d/dx P
141    C         V[n] = V* + dt x d/dy P
142    C
143    C       "Calculation of Gs"
144    C       ===================
145    C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.
146    C       physics, parameterizations etc...) are calculated
147    C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )
148    C         b   = b(rho, theta)
149    C         K31 = K31 ( rho )
150    C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], wVel, b, ... )
151    C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], wVel, b, ... )
152    C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
153    C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
154    C
155    C       "Time-stepping" or "Prediction"
156    C       ================================
157    C       The models variables are stepped forward with the appropriate
158    C       time-stepping scheme (currently we use Adams-Bashforth II)
159    C       - For momentum, the result is always *only* a "prediction"
160    C       in that the flow may be divergent and will be "corrected"
161    C       later with a surface pressure gradient.
162    C       - Normally for tracers the result is the new field at time
163    C       level [n+1} *BUT* in the case of implicit diffusion the result
164    C       is also *only* a prediction.
165    C       - We denote "predictors" with an asterisk (*).
166    C         U* = U[n] + dt x ( 3/2 Gu[n] - 1/2 Gu[n-1] )
167    C         V* = V[n] + dt x ( 3/2 Gv[n] - 1/2 Gv[n-1] )
168    C         theta[n+1] = theta[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
169    C         salt[n+1] = salt[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
170    C       With implicit diffusion:
171    C         theta* = theta[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
172    C         salt* = salt[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
173    C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = theta*
174    C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
175    C---
176    
177    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
178    C--   dummy statement to end declaration part
179          ikey = 1
180    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
181    
182  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values
183  C     These inital values do not alter the numerical results. They  C     These inital values do not alter the numerical results. They
# Line 98  C     uninitialised but inert locations. Line 190  C     uninitialised but inert locations.
190          yA(i,j)      = 0. _d 0          yA(i,j)      = 0. _d 0
191          uTrans(i,j)  = 0. _d 0          uTrans(i,j)  = 0. _d 0
192          vTrans(i,j)  = 0. _d 0          vTrans(i,j)  = 0. _d 0
193          aTerm(i,j)   = 0. _d 0          DO k=1,Nr
194          xTerm(i,j)   = 0. _d 0           phiHyd(i,j,k)  = 0. _d 0
195          cTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0
196          mTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0
197          pTerm(i,j)   = 0. _d 0           sigmaX(i,j,k) = 0. _d 0
198          fZon(i,j)    = 0. _d 0           sigmaY(i,j,k) = 0. _d 0
199          fMer(i,j)    = 0. _d 0           sigmaR(i,j,k) = 0. _d 0
         DO K=1,nZ  
          pH (i,j,k)  = 0. _d 0  
200          ENDDO          ENDDO
201          rhokm1(i,j)  = 0. _d 0          rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0
202          rhokp1(i,j)  = 0. _d 0          rhok   (i,j) = 0. _d 0
203         ENDDO          maskC  (i,j) = 0. _d 0
204        ENDDO          phiSurfX(i,j) = 0. _d 0
205  C--   Set up work arrays that need valid initial values          phiSurfY(i,j) = 0. _d 0
       DO j=1-OLy,sNy+OLy  
        DO i=1-OLx,sNx+OLx  
         wTrans(i,j)  = 0. _d 0  
         fVerT(i,j,1) = 0. _d 0  
         fVerT(i,j,2) = 0. _d 0  
         fVerS(i,j,1) = 0. _d 0  
         fVerS(i,j,2) = 0. _d 0  
         fVerU(i,j,1) = 0. _d 0  
         fVerU(i,j,2) = 0. _d 0  
         fVerV(i,j,1) = 0. _d 0  
         fVerV(i,j,2) = 0. _d 0  
206         ENDDO         ENDDO
207        ENDDO        ENDDO
208    
209    
210    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
211    C--   HPF directive to help TAMC
212    CHPF$ INDEPENDENT
213    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
214    
215        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
216    
217    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
218    C--    HPF directive to help TAMC
219    CHPF$  INDEPENDENT, NEW (rTrans,fVerT,fVerS,fVerU,fVerV
220    CHPF$&                  ,phiHyd,utrans,vtrans,maskc,xA,yA
221    CHPF$&                  ,KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV
222    CHPF$&                  )
223    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
224    
225         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
226    
227  C--   Boundary condition on hydrostatic pressure is pH(z=0)=0  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
228              act1 = bi - myBxLo(myThid)
229              max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1
230    
231              act2 = bj - myByLo(myThid)
232              max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1
233    
234              act3 = myThid - 1
235              max3 = nTx*nTy
236    
237              act4 = ikey_dynamics - 1
238    
239              ikey = (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 that need valid initial values
245          DO j=1-OLy,sNy+OLy          DO j=1-OLy,sNy+OLy
246           DO i=1-OLx,sNx+OLx           DO i=1-OLx,sNx+OLx
247            pH(i,j,1) = 0. _d 0            rTrans(i,j)   = 0. _d 0
248              fVerT (i,j,1) = 0. _d 0
249              fVerT (i,j,2) = 0. _d 0
250              fVerS (i,j,1) = 0. _d 0
251              fVerS (i,j,2) = 0. _d 0
252              fVerU (i,j,1) = 0. _d 0
253              fVerU (i,j,2) = 0. _d 0
254              fVerV (i,j,1) = 0. _d 0
255              fVerV (i,j,2) = 0. _d 0
256             ENDDO
257            ENDDO
258    
259            DO k=1,Nr
260             DO j=1-OLy,sNy+OLy
261              DO i=1-OLx,sNx+OLx
262    C This is currently also used by IVDC and Diagnostics
263               ConvectCount(i,j,k) = 0.
264               KappaRT(i,j,k) = 0. _d 0
265               KappaRS(i,j,k) = 0. _d 0
266              ENDDO
267           ENDDO           ENDDO
268          ENDDO          ENDDO
269    
# Line 142  C--   Boundary condition on hydrostatic Line 272  C--   Boundary condition on hydrostatic
272          jMin = 1-OLy+1          jMin = 1-OLy+1
273          jMax = sNy+OLy          jMax = sNy+OLy
274    
275  C--     Calculate gradient of surface pressure  
276          CALL GRAD_PSURF(  C--     Start of diagnostic loop
277       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,          DO k=Nr,1,-1
278       O       pSurfX,pSurfY,  
279       I       myThid)  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
280    C? Patrick, is this formula correct now that we change the loop range?
281  C--     Update fields in top level according to tendency terms  C? Do we still need this?
282          CALL TIMESTEP(           kkey = (ikey-1)*(Nr-2+1) + (k-2) + 1
283       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,1,pSurfX,pSurfY,myThid)  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
284    
285  C Density of 1st level (below W(1)) reference to level 1  C--       Integrate continuity vertically for vertical velocity
286           CALL FIND_RHO(            CALL INTEGRATE_FOR_W(
287       I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, 1, 1, 'LINEAR',       I                         bi, bj, k, uVel, vVel,
288       O      rhoKm1,       O                         wVel,
289       I      myThid )       I                         myThid )
290  C--     Integrate hydrostatic balance for pH with BC of pH(z=0)=0  
291           CALL CALC_PH(  #ifdef    ALLOW_OBCS
292       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,1,rhoKm1,rhoKm1,  #ifdef    ALLOW_NONHYDROSTATIC
293       U       pH,  C--       Apply OBC to W if in N-H mode
294       I       myThid )            IF (useOBCS.AND.nonHydrostatic) THEN
295                CALL OBCS_APPLY_W( bi, bj, k, wVel, myThid )
296          DO K=2,Nz            ENDIF
297  C--     Update fields in Kth level according to tendency terms  #endif    /* ALLOW_NONHYDROSTATIC */
298          CALL TIMESTEP(  #endif    /* ALLOW_OBCS */
299       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,pSurfX,pSurfY,myThid)  
300  C Density of K-1 level (above W(K)) reference to K level  C--       Calculate gradients of potential density for isoneutral
301           CALL FIND_RHO(  C         slope terms (e.g. GM/Redi tensor or IVDC diffusivity)
302       I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K-1, K, 'LINEAR',  c         IF ( k.GT.1 .AND. (useGMRedi.OR.ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
303       O      rhoKm1,            IF ( useGMRedi .OR. (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
304       I      myThid )              CALL FIND_RHO(
305  C Density of K level (below W(K)) reference to K level       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, k, eosType,
306           CALL FIND_RHO(       I        theta, salt,
307       I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K, K, 'LINEAR',       O        rhoK,
308       O      rhoKp1,       I        myThid )
309       I      myThid )              IF (k.GT.1) CALL FIND_RHO(
310  C--     Calculate static stability and mix where convectively unstable       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k-1, k, eosType,
311           CALL CONVECT(       I        theta, salt,
312       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,rhoKm1,rhoKp1,myThid)       O        rhoKm1,
313  C Density of K-1 level (above W(K)) reference to K-1 level       I        myThid )
314           CALL FIND_RHO(              CALL GRAD_SIGMA(
315       I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K-1, K-1, 'LINEAR',       I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
316       O      rhoKm1,       I             rhoK, rhoKm1, rhoK,
317       I      myThid )       O             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
318  C Density of K level (below W(K)) referenced to K level       I             myThid )
319           CALL FIND_RHO(            ENDIF
320       I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K, K, 'LINEAR',  
321       O      rhoKp1,  C--       Implicit Vertical Diffusion for Convection
322       I      myThid )  c ==> should use sigmaR !!!
323  C--     Integrate hydrostatic balance for pH with BC of pH(z=0)=0            IF (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) THEN
324           CALL CALC_PH(              CALL CALC_IVDC(
325       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,rhoKm1,rhoKp1,       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
326       U       pH,       I        rhoKm1, rhoK,
327       I       myThid )       U        ConvectCount, KappaRT, KappaRS,
328         I        myTime, myIter, myThid)
329          ENDDO ! K            ENDIF
330    
331          DO K = Nz, 1, -1  C--     end of diagnostic k loop (Nr:1)
332           kM1  =max(1,k-1)   ! Points to level above k (=k-1)          ENDDO
333           kUp  =1+MOD(k+1,2) ! Cycles through 1,2 to point to layer above  
334           kDown=1+MOD(k,2)   ! Cycles through 2,1 to point to current layer  #ifdef  ALLOW_OBCS
335           iMin = 1-OLx+2  C--     Calculate future values on open boundaries
336           iMax = sNx+OLx-1          IF (useOBCS) THEN
337           jMin = 1-OLy+2            CALL OBCS_CALC( bi, bj, myTime+deltaT,
338           jMax = sNy+OLy-1       I            uVel, vVel, wVel, theta, salt,
339         I            myThid )
340            ENDIF
341    #endif  /* ALLOW_OBCS */
342    
343    C--     Determines forcing terms based on external fields
344    C       relaxation terms, etc.
345            CALL EXTERNAL_FORCING_SURF(
346         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
347         I             myThid )
348    
349    #ifdef  ALLOW_GMREDI
350    C--     Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation
351            IF (useGMRedi) THEN
352              DO k=1,Nr
353                CALL GMREDI_CALC_TENSOR(
354         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
355         I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
356         I             myThid )
357              ENDDO
358    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
359            ELSE
360              DO k=1, Nr
361                CALL GMREDI_CALC_TENSOR_DUMMY(
362         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
363         I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
364         I             myThid )
365              ENDDO
366    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
367            ENDIF
368    #endif  /* ALLOW_GMREDI */
369    
370    #ifdef  ALLOW_KPP
371    C--     Compute KPP mixing coefficients
372            IF (useKPP) THEN
373              CALL KPP_CALC(
374         I                  bi, bj, myTime, myThid )
375            ENDIF
376    #endif  /* ALLOW_KPP */
377    
378    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
379    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
380    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
381    CADJ STORE theta(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
382    CADJ STORE salt (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
383    CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
384    CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
385    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
386    
387    #ifdef ALLOW_AIM
388    C       AIM - atmospheric intermediate model, physics package code.
389    C note(jmc) : phiHyd=0 at this point but is not really used in Molteni Physics
390            IF ( useAIM ) THEN
391             CALL TIMER_START('AIM_DO_ATMOS_PHYS      [DYNAMICS]', myThid)
392             CALL AIM_DO_ATMOS_PHYSICS( phiHyd, myTime, myThid )
393             CALL TIMER_STOP ('AIM_DO_ATMOS_PHYS      [DYNAMICS]', myThid)
394            ENDIF
395    #endif /* ALLOW_AIM */
396    
397    
398    C--     Start of thermodynamics loop
399            DO k=Nr,1,-1
400    
401    C--       km1    Points to level above k (=k-1)
402    C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
403    C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
404    
405              km1  = MAX(1,k-1)
406              kup  = 1+MOD(k+1,2)
407              kDown= 1+MOD(k,2)
408    
409              iMin = 1-OLx+2
410              iMax = sNx+OLx-1
411              jMin = 1-OLy+2
412              jMax = sNy+OLy-1
413    
414    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
415    CPatrick Is this formula correct?
416             kkey = (ikey-1)*(Nr-1+1) + (k-1) + 1
417    CADJ STORE rTrans(:,:)       = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
418    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
419    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
420    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
421    
422  C--      Get temporary terms used by tendency routines  C--      Get temporary terms used by tendency routines
423           CALL CALC_COMMON_FACTORS (           CALL CALC_COMMON_FACTORS (
424       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,km1,kup,kDown,
425       O        xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskC,maskUp,       O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskC,maskUp,
426       I        myThid)       I        myThid)
427    
428  C--      Calculate accelerations in the momentum equations  #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL
429           CALL CALC_MOM_RHS(  C--      Calculate the total vertical diffusivity
430       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,           CALL CALC_DIFFUSIVITY(
431       I        xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskC,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
432       I        pH,       I        maskC,maskup,
433       U        aTerm,xTerm,cTerm,mTerm,pTerm,       O        KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV,
      U        fZon, fMer, fVerU, fVerV,  
434       I        myThid)       I        myThid)
435    #endif
436    
437  C--      Calculate active tracer tendencies  C--      Calculate active tracer tendencies (gT,gS,...)
438           CALL CALC_GT(  C        and step forward storing result in gTnm1, gSnm1, etc.
439       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,           IF ( tempStepping ) THEN
440       I        xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskUp,             CALL CALC_GT(
441       U        aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerT,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
442       I        myThid)       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
443  Cdbg     CALL CALC_GS(       I         KappaRT,
444  Cdbg I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       U         fVerT,
445  Cdbg I        xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskUp,       I         myTime, myThid)
446  Cdbg U        aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerS,             CALL TIMESTEP_TRACER(
447  Cdbg I        myThid)       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
448         I         theta, gT,
449         U         gTnm1,
450         I         myIter, myThid)
451             ENDIF
452             IF ( saltStepping ) THEN
453               CALL CALC_GS(
454         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
455         I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
456         I         KappaRS,
457         U         fVerS,
458         I         myTime, myThid)
459               CALL TIMESTEP_TRACER(
460         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
461         I         salt, gS,
462         U         gSnm1,
463         I         myIter, myThid)
464             ENDIF
465    
466    #ifdef   ALLOW_OBCS
467    C--      Apply open boundary conditions
468             IF (useOBCS) THEN
469               CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
470             END IF
471    #endif   /* ALLOW_OBCS */
472    
473    C--      Freeze water
474             IF (allowFreezing) THEN
475    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
476    CADJ STORE gTNm1(:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k
477    CADJ &   , key = kkey, byte = isbyte
478    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
479                CALL FREEZE( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, myThid )
480             END IF
481    
482    C--     end of thermodynamic k loop (Nr:1)
483            ENDDO
484    
485    
486    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
487    CPatrick? What about this one?
488               maximpl = 6
489               iikey = (ikey-1)*maximpl
490    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
491    
492    C--     Implicit diffusion
493            IF (implicitDiffusion) THEN
494    
495             IF (tempStepping) THEN
496    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
497                idkey = iikey + 1
498    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
499                CALL IMPLDIFF(
500         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
501         I         deltaTtracer, KappaRT, recip_HFacC,
502         U         gTNm1,
503         I         myThid )
504             ENDIF
505    
506             IF (saltStepping) THEN
507    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
508             idkey = iikey + 2
509    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
510                CALL IMPLDIFF(
511         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
512         I         deltaTtracer, KappaRS, recip_HFacC,
513         U         gSNm1,
514         I         myThid )
515             ENDIF
516    
517    #ifdef   ALLOW_OBCS
518    C--      Apply open boundary conditions
519             IF (useOBCS) THEN
520               DO K=1,Nr
521                 CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
522               ENDDO
523             END IF
524    #endif   /* ALLOW_OBCS */
525    
526    C--     End If implicitDiffusion
527            ENDIF
528    
529    C--     Start computation of dynamics
530            iMin = 1-OLx+2
531            iMax = sNx+OLx-1
532            jMin = 1-OLy+2
533            jMax = sNy+OLy-1
534    
535    C--     Explicit part of the Surface Pressure Gradient (add in TIMESTEP)
536    C       (note: this loop will be replaced by CALL CALC_GRAD_ETA)
537            IF (implicSurfPress.NE.1.) THEN
538              DO j=jMin,jMax
539                DO i=iMin,iMax
540                  phiSurfX(i,j) = _recip_dxC(i,j,bi,bj)*gBaro
541         &           *(etaN(i,j,bi,bj)-etaN(i-1,j,bi,bj))
542                  phiSurfY(i,j) = _recip_dyC(i,j,bi,bj)*gBaro
543         &           *(etaN(i,j,bi,bj)-etaN(i,j-1,bi,bj))
544                ENDDO
545              ENDDO
546            ENDIF
547    
548    C--     Start of dynamics loop
549            DO k=1,Nr
550    
551    C--       km1    Points to level above k (=k-1)
552    C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
553    C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
554    
555              km1  = MAX(1,k-1)
556              kup  = 1+MOD(k+1,2)
557              kDown= 1+MOD(k,2)
558    
559    C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of
560    C        phiHyd(z=0)=0
561    C        distinguishe between Stagger and Non Stagger time stepping
562             IF (staggerTimeStep) THEN
563               CALL CALC_PHI_HYD(
564         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
565         I        gTnm1, gSnm1,
566         U        phiHyd,
567         I        myThid )
568             ELSE
569               CALL CALC_PHI_HYD(
570         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
571         I        theta, salt,
572         U        phiHyd,
573         I        myThid )
574             ENDIF
575    
576    C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)
577    C        and step forward storing the result in gUnm1, gVnm1, etc...
578             IF ( momStepping ) THEN
579               CALL CALC_MOM_RHS(
580         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
581         I         phiHyd,KappaRU,KappaRV,
582         U         fVerU, fVerV,
583         I         myTime, myThid)
584               CALL TIMESTEP(
585         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
586         I         phiHyd, phiSurfX, phiSurfY,
587         I         myIter, myThid)
588    
589    #ifdef   ALLOW_OBCS
590    C--      Apply open boundary conditions
591             IF (useOBCS) THEN
592               CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
593             END IF
594    #endif   /* ALLOW_OBCS */
595    
596    #ifdef   ALLOW_AUTODIFF_TAMC
597    #ifdef   INCLUDE_CD_CODE
598             ELSE
599               DO j=1-OLy,sNy+OLy
600                 DO i=1-OLx,sNx+OLx
601                   guCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
602                   gvCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
603                 END DO
604               END DO
605    #endif   /* INCLUDE_CD_CODE */
606    #endif   /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
607             ENDIF
608    
609          ENDDO ! K  
610    C--     end of dynamics k loop (1:Nr)
611            ENDDO
612    
613    
614    
615    C--     Implicit viscosity
616            IF (implicitViscosity.AND.momStepping) THEN
617    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
618              idkey = iikey + 3
619    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
620              CALL IMPLDIFF(
621         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
622         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
623         U         gUNm1,
624         I         myThid )
625    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
626              idkey = iikey + 4
627    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
628              CALL IMPLDIFF(
629         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
630         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
631         U         gVNm1,
632         I         myThid )
633    
634    #ifdef   ALLOW_OBCS
635    C--      Apply open boundary conditions
636             IF (useOBCS) THEN
637               DO K=1,Nr
638                 CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
639               ENDDO
640             END IF
641    #endif   /* ALLOW_OBCS */
642    
643    #ifdef    INCLUDE_CD_CODE
644    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
645              idkey = iikey + 5
646    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
647              CALL IMPLDIFF(
648         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
649         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
650         U         vVelD,
651         I         myThid )
652    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
653              idkey = iikey + 6
654    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
655              CALL IMPLDIFF(
656         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
657         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
658         U         uVelD,
659         I         myThid )
660    #endif    /* INCLUDE_CD_CODE */
661    C--     End If implicitViscosity.AND.momStepping
662            ENDIF
663    
664    Cjmc : add for phiHyd output <- but not working if multi tile per CPU
665    c       IF ( DIFFERENT_MULTIPLE(dumpFreq,myTime+deltaTClock,myTime)
666    c    &  .AND. buoyancyRelation .eq. 'ATMOSPHERIC' ) THEN
667    c         WRITE(suff,'(I10.10)') myIter+1
668    c         CALL WRITE_FLD_XYZ_RL('PH.',suff,phiHyd,myIter+1,myThid)
669    c       ENDIF
670    Cjmc(end)
671    
672    #ifdef ALLOW_TIMEAVE
673            IF (taveFreq.GT.0.) THEN
674              CALL TIMEAVE_CUMULATE(phiHydtave, phiHyd, Nr,
675         I                              deltaTclock, bi, bj, myThid)
676              IF (ivdc_kappa.NE.0.) THEN
677                CALL TIMEAVE_CUMULATE(ConvectCountTave, ConvectCount, Nr,
678         I                              deltaTclock, bi, bj, myThid)
679              ENDIF
680            ENDIF
681    #endif /* ALLOW_TIMEAVE */
682    
683         ENDDO         ENDDO
684        ENDDO        ENDDO
685    
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