/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.14 by cnh, Mon Jun 8 21:43:01 1998 UTC revision 1.54.2.5 by adcroft, Tue Jan 9 16:21:18 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, level above and level
66  C     jMin, jMax   are applied.  C                      below.
67    C     rhoKP1                                                                  
68    C     buoyK, buoyKM1 - Buoyancy at current level and level above.
69    C     phiHyd         - Hydrostatic part of the potential phiHydi.
70    C                      In z coords phiHydiHyd is the hydrostatic
71    C                      pressure anomaly
72    C                      In p coords phiHydiHyd is the geopotential
73    C                      surface height
74    C                      anomaly.
75    C     etaSurfX,      - Holds surface elevation gradient in X and Y.
76    C     etaSurfY
77    C     KappaRT,       - Total diffusion in vertical for T and S.
78    C     KappaRS          (background + spatially varying, isopycnal term).
79    C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations
80    C     jMin, jMax       are applied.
81  C     bi, bj  C     bi, bj
82  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
83  C                          are switched with layer to be the appropriate index  C     kDown, km1       are switched with layer to be the appropriate
84  C                          into fVerTerm  C                      index into fVerTerm.
85        _RS xA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS xA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
86        _RS yA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS yA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
87        _RL uTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL uTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
88        _RL vTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL vTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
89        _RL wTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
90        _RL wVel  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL rVel    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
91        _RS maskC (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS maskC   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
92        _RS maskUp(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS maskUp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
93        _RL aTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerT   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
94        _RL xTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerS   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
95        _RL cTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
96        _RL mTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
97        _RL pTerm (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiHyd  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
98        _RL fZon  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rhokm1  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
99        _RL fMer  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rhokp1  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
100        _RL fVerT (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL rhok    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
101        _RL fVerS (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL buoyKM1 (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
102        _RL fVerU (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL buoyK   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
103        _RL fVerV (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL rhotmp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
104        _RL pH    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)        _RL KappaRT (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
105        _RL rhokm1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL KappaRS (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
106        _RL rhokp1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
107        _RL rhotmp(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL KappaRV (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
108        _RL pSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL sigmaX  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
109        _RL pSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL sigmaY  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
110        _RL K13   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)        _RL sigmaR  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
111        _RL K23   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)  
112        _RL K33   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nz)  C This is currently also used by IVDC and Diagnostics
113        _RL KapGM (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  C #ifdef INCLUDE_CONVECT_CALL
114        _RL KappaZT(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nz)        _RL ConvectCount (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
115    C #endif
116    
117        INTEGER iMin, iMax        INTEGER iMin, iMax
118        INTEGER jMin, jMax        INTEGER jMin, jMax
119        INTEGER bi, bj        INTEGER bi, bj
120        INTEGER i, j        INTEGER i, j
121        INTEGER k, kM1, kUp, kDown        INTEGER k, km1, kup, kDown
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...  C---    The algorithm...
134  C  C
# Line 116  C       "Calculation of Gs" Line 144  C       "Calculation of Gs"
144  C       ===================  C       ===================
145  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.
146  C       physics, parameterizations etc...) are calculated  C       physics, parameterizations etc...) are calculated
147  C         w = sum_z ( div. u[n] )  C         rVel = sum_r ( div. u[n] )
148  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )
149    C         b   = b(rho, theta)
150  C         K31 = K31 ( rho )  C         K31 = K31 ( rho )
151  C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], w, rho, Ph, ... )  C         Gu[n] = Gu( u[n], v[n], rVel, b, ... )
152  C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], w, rho, Ph, ... )  C         Gv[n] = Gv( u[n], v[n], rVel, b, ... )
153  C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], w, K31, ... )  C         Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], rVel, K31, ... )
154  C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], w, K31, ... )  C         Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], rVel, K31, ... )
155  C  C
156  C       "Time-stepping" or "Prediction"  C       "Time-stepping" or "Prediction"
157  C       ================================  C       ================================
# Line 146  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = Line 175  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] =
175  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
176  C---  C---
177    
178    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
179    C--   dummy statement to end declaration part
180          ikey = 1
181    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
182    
183  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values
184  C     These inital values do not alter the numerical results. They  C     These inital values do not alter the numerical results. They
185  C     just ensure that all memory references are to valid floating  C     just ensure that all memory references are to valid floating
# Line 157  C     uninitialised but inert locations. Line 191  C     uninitialised but inert locations.
191          yA(i,j)      = 0. _d 0          yA(i,j)      = 0. _d 0
192          uTrans(i,j)  = 0. _d 0          uTrans(i,j)  = 0. _d 0
193          vTrans(i,j)  = 0. _d 0          vTrans(i,j)  = 0. _d 0
194          aTerm(i,j)   = 0. _d 0          DO k=1,Nr
195          xTerm(i,j)   = 0. _d 0           phiHyd (i,j,k)  = 0. _d 0
196          cTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0
197          mTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0
198          pTerm(i,j)   = 0. _d 0           sigmaX(i,j,k) = 0. _d 0
199          fZon(i,j)    = 0. _d 0           sigmaY(i,j,k) = 0. _d 0
200          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  
201          ENDDO          ENDDO
202          rhokm1(i,j)  = 0. _d 0          rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0
203          rhokp1(i,j)  = 0. _d 0          rhok   (i,j) = 0. _d 0
204          rhotmp(i,j)  = 0. _d 0          rhoKP1 (i,j) = 0. _d 0
205            rhoTMP (i,j) = 0. _d 0
206            buoyKM1(i,j) = 0. _d 0
207            buoyK  (i,j) = 0. _d 0
208            maskC  (i,j) = 0. _d 0
209         ENDDO         ENDDO
210        ENDDO        ENDDO
211    
212    
213    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
214    C--   HPF directive to help TAMC
215    CHPF$ INDEPENDENT
216    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
217    
218        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
219    
220    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
221    C--    HPF directive to help TAMC
222    CHPF$  INDEPENDENT, NEW (rTrans,rVel,fVerT,fVerS,fVerU,fVerV
223    CHPF$&                  ,phiHyd,utrans,vtrans,maskc,xA,yA
224    CHPF$&                  ,KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV
225    CHPF$&                  )
226    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
227    
228         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
229    
230    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
231              act1 = bi - myBxLo(myThid)
232              max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1
233    
234              act2 = bj - myByLo(myThid)
235              max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1
236    
237              act3 = myThid - 1
238              max3 = nTx*nTy
239    
240              act4 = ikey_dynamics - 1
241    
242              ikey = (act1 + 1) + act2*max1
243         &                      + act3*max1*max2
244         &                      + act4*max1*max2*max3
245    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
246    
247  C--     Set up work arrays that need valid initial values  C--     Set up work arrays that need valid initial values
248          DO j=1-OLy,sNy+OLy          DO j=1-OLy,sNy+OLy
249           DO i=1-OLx,sNx+OLx           DO i=1-OLx,sNx+OLx
250            wTrans(i,j)  = 0. _d 0            rTrans(i,j)   = 0. _d 0
251            wVel  (i,j,1) = 0. _d 0            rVel  (i,j,1) = 0. _d 0
252            wVel  (i,j,2) = 0. _d 0            rVel  (i,j,2) = 0. _d 0
253            fVerT(i,j,1) = 0. _d 0            fVerT (i,j,1) = 0. _d 0
254            fVerT(i,j,2) = 0. _d 0            fVerT (i,j,2) = 0. _d 0
255            fVerS(i,j,1) = 0. _d 0            fVerS (i,j,1) = 0. _d 0
256            fVerS(i,j,2) = 0. _d 0            fVerS (i,j,2) = 0. _d 0
257            fVerU(i,j,1) = 0. _d 0            fVerU (i,j,1) = 0. _d 0
258            fVerU(i,j,2) = 0. _d 0            fVerU (i,j,2) = 0. _d 0
259            fVerV(i,j,1) = 0. _d 0            fVerV (i,j,1) = 0. _d 0
260            fVerV(i,j,2) = 0. _d 0            fVerV (i,j,2) = 0. _d 0
261            pH(i,j,1) = 0. _d 0            phiHyd(i,j,1) = 0. _d 0
262            K13(i,j,1) = 0. _d 0           ENDDO
263            K23(i,j,1) = 0. _d 0          ENDDO
264            K33(i,j,1) = 0. _d 0  
265            KapGM(i,j) = 0. _d 0          DO k=1,Nr
266             DO j=1-OLy,sNy+OLy
267              DO i=1-OLx,sNx+OLx
268    #ifdef INCLUDE_CONVECT_CALL
269               ConvectCount(i,j,k) = 0.
270    #endif
271               KappaRT(i,j,k) = 0. _d 0
272               KappaRS(i,j,k) = 0. _d 0
273              ENDDO
274           ENDDO           ENDDO
275          ENDDO          ENDDO
276    
# Line 207  C--     Set up work arrays that need val Line 279  C--     Set up work arrays that need val
279          jMin = 1-OLy+1          jMin = 1-OLy+1
280          jMax = sNy+OLy          jMax = sNy+OLy
281    
 C--     Calculate gradient of surface pressure  
         CALL GRAD_PSURF(  
      I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,  
      O       pSurfX,pSurfY,  
      I       myThid)  
   
 C--     Update fields in top level according to tendency terms  
         CALL CORRECTION_STEP(  
      I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,1,pSurfX,pSurfY,myThid)  
   
 C--     Density of 1st level (below W(1)) reference to level 1  
         CALL FIND_RHO(  
      I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, 1, 1, eosType,  
      O     rhoKm1,  
      I     myThid )  
 C--     Integrate hydrostatic balance for pH with BC of pH(z=0)=0  
         CALL CALC_PH(  
      I      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,1,rhoKm1,rhoKm1,  
      U      pH,  
      I      myThid )  
         DO J=1-Oly,sNy+Oly  
          DO I=1-Olx,sNx+Olx  
           rhoKp1(I,J)=rhoKm1(I,J)  
          ENDDO  
         ENDDO  
282    
283          DO K=2,Nz  C--     Start of diagnostic loop
284  C--     Update fields in Kth level according to tendency terms          DO k=Nr,1,-1
285          CALL CORRECTION_STEP(  
286       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,pSurfX,pSurfY,myThid)  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
287  C--     Density of K-1 level (above W(K)) reference to K-1 level  C? Patrick, is this formula correct now that we change the loop range?
288  copt    CALL FIND_RHO(  C? Do we still need this?
289  copt I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K-1, K-1, eosType,           kkey = (ikey-1)*(Nr-2+1) + (k-2) + 1
290  copt O     rhoKm1,  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
291  copt I     myThid )  
292  C       rhoKm1=rhoKp1  #ifdef ALLOW_OBCS
293          DO J=1-Oly,sNy+Oly  C--       Calculate future values on open boundaries
294           DO I=1-Olx,sNx+Olx            IF (openBoundaries) THEN
295            rhoKm1(I,J)=rhoKp1(I,J)  Caja        CALL CYCLE_OBCS( k, bi, bj, myThid )
296           ENDDO  c new args! CALL SET_OBCS( k, bi, bj, myTime, myThid )
297    c +deltaT?
298              ENDIF
299    #endif
300    
301    C--       Integrate continuity vertically for vertical velocity
302              CALL INTEGRATE_FOR_W(
303         I                         bi, bj, k, uVel, vVel,
304         O                         wVel,
305         I                         myThid )
306    #ifdef ALLOW_OBCS
307              IF (openBoundaries) THEN
308    c new subr  CALL OBCS_APPLY_W( bi, bj, k, wVel, myThid )
309              ENDIF
310    #endif
311    
312    C--       Calculate gradients of potential density for isoneutral
313    C         slope terms (e.g. GM/Redi tensor or IVDC diffusivity)
314              IF ( k.GT.1 .AND. (useGMRedi.OR.ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
315                CALL FIND_RHO(
316         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, k, eosType,
317         O        rhoK,
318         I        myThid )
319                CALL FIND_RHO(
320         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k-1, k, eosType,
321         O        rhoKm1,
322         I        myThid )
323                CALL GRAD_SIGMA(
324         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
325         I             rhoK, rhoKm1, rhoK,
326         O             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
327         I             myThid )
328              ENDIF
329    
330    C--       Implicit Vertical Diffusion for Convection
331              IF (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) THEN
332                CALL CALC_IVDC(
333         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
334         I        rhoKm1, rhoK,
335    c should use sigmaR !!!
336         U        ConvectCount, KappaRT, KappaRS,
337         I        myTime, myIter, myThid)
338              END IF
339    
340    C--     end of diagnostic k loop (Nr:1)
341          ENDDO          ENDDO
342  C--     Density of K level (below W(K)) reference to K level  
343          CALL FIND_RHO(  #ifdef  ALLOW_GMREDI
      I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K, K, eosType,  
      O     rhoKp1,  
      I     myThid )  
 C--     Density of K-1 level (above W(K)) reference to K level  
         CALL FIND_RHO(  
      I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K-1, K, eosType,  
      O     rhotmp,  
      I     myThid )  
344  C--     Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation  C--     Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation
345          CALL CALC_ISOSLOPES(          IF (useGMRedi) THEN
346       I            bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K,            DO k=1,Nr
347       I            rhoKm1, rhoKp1, rhotmp,              CALL GMREDI_CALC_TENSOR(
348       O            K13, K23, K33, KapGM,       I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
349       I            myThid )       I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
350  C--     Calculate static stability and mix where convectively unstable       I             myThid )
351          CALL CONVECT(            ENDDO
352       I      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,rhotmp,rhoKp1,          ENDIF
353       I      myTime,myIter,myThid)  #endif  /* ALLOW_GMREDI */
 C--     Density of K-1 level (above W(K)) reference to K-1 level  
         CALL FIND_RHO(  
      I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K-1, K-1, eosType,  
      O     rhoKm1,  
      I     myThid )  
 C--     Density of K level (below W(K)) referenced to K level  
         CALL FIND_RHO(  
      I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K, K, eosType,  
      O     rhoKp1,  
      I     myThid )  
 C--     Integrate hydrostatic balance for pH with BC of pH(z=0)=0  
         CALL CALC_PH(  
      I      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,rhoKm1,rhoKp1,  
      U      pH,  
      I      myThid )  
354    
355          ENDDO ! K  #ifdef  ALLOW_KPP
356    C--     Compute KPP mixing coefficients
357            IF (useKPP) THEN
358              CALL KPP_CALC(
359         I                  bi, bj, myTime, myThid )
360            ENDIF
361    #endif  /* ALLOW_KPP */
362    
363    C--     Determines forcing terms based on external fields
364    C       relaxation terms, etc.
365            CALL EXTERNAL_FORCING_SURF(
366         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
367         I             myThid )
368    
369    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
370    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
371    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
372    CADJ STORE theta(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
373    CADJ STORE salt (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
374    CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
375    CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
376    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
377    
 C--     Initial boundary condition on barotropic divergence integral  
         DO j=1-OLy,sNy+OLy  
          DO i=1-OLx,sNx+OLx  
           cg2d_b(i,j,bi,bj) = 0. _d 0  
          ENDDO  
         ENDDO  
378    
379          DO K = Nz, 1, -1  
380           kM1  =max(1,k-1)   ! Points to level above k (=k-1)  C--     Start of thermodynamics loop
381           kUp  =1+MOD(k+1,2) ! Cycles through 1,2 to point to layer above          DO k=Nr,1,-1
382           kDown=1+MOD(k,2)   ! Cycles through 2,1 to point to current layer  
383           iMin = 1-OLx+2  C--       km1    Points to level above k (=k-1)
384           iMax = sNx+OLx-1  C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
385           jMin = 1-OLy+2  C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
386           jMax = sNy+OLy-1  
387              km1  = MAX(1,k-1)
388              kup  = 1+MOD(k+1,2)
389              kDown= 1+MOD(k,2)
390    
391              iMin = 1-OLx+2
392              iMax = sNx+OLx-1
393              jMin = 1-OLy+2
394              jMax = sNy+OLy-1
395    
396    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
397    CPatrick Is this formula correct?
398             kkey = (ikey-1)*(Nr-1+1) + (k-1) + 1
399    CADJ STORE rvel  (:,:,kDown) = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
400    CADJ STORE rTrans(:,:)       = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
401    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
402    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
403    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
404    
405  C--      Get temporary terms used by tendency routines  C--      Get temporary terms used by tendency routines
406           CALL CALC_COMMON_FACTORS (           CALL CALC_COMMON_FACTORS (
407       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,km1,kup,kDown,
408       O        xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,wVel,maskC,maskUp,       O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rVel,maskC,maskUp,
409       I        myThid)       I        myThid)
410    
411    #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL
412  C--      Calculate the total vertical diffusivity  C--      Calculate the total vertical diffusivity
413           CALL CALC_DIFFUSIVITY(           CALL CALC_DIFFUSIVITY(
414       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
415       I        maskC,maskUp,KapGM,K33,       I        maskC,maskup,
416       O        KappaZT,       O        KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV,
417       I        myThid)       I        myThid)
418    #endif
419    
420  C--      Calculate accelerations in the momentum equations  C--      Calculate active tracer tendencies (gT,gS,...)
421           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  
422           IF ( tempStepping ) THEN           IF ( tempStepping ) THEN
423            CALL CALC_GT(             CALL CALC_GT(
424       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
425       I         xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskUp,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
426       I         K13,K23,KappaZT,KapGM,       I         KappaRT,
427       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerT,       U         fVerT,
428       I         myThid)       I         myTime, myThid)
429               CALL TIMESTEP_TRACER(
430         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
431         I         theta, gT,
432         U         gTnm1,
433         I         myIter, myThid)
434             ENDIF
435             IF ( saltStepping ) THEN
436               CALL CALC_GS(
437         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
438         I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
439         I         KappaRS,
440         U         fVerS,
441         I         myTime, myThid)
442               CALL TIMESTEP_TRACER(
443         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
444         I         salt, gS,
445         U         gSnm1,
446         I         myIter, myThid)
447           ENDIF           ENDIF
448  Cdbg     CALL CALC_GS(  #ifdef ALLOW_OBCS
449  Cdbg I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,  C--      Apply open boundary conditions
450  Cdbg I        xA,yA,uTrans,vTrans,wTrans,maskUp,           IF (openBoundaries) THEN
451  Cdbg I        K13,K23,K33,KapGM,  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
452  Cdbg U        aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerS,  CADJ STORE gwnm1(:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k
453  Cdbg I        myThid)  CADJ &   , key = kkey, byte = isbyte
454    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
455  C--      Prediction step (step forward all model variables)  c new subr  CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, myThid )
456           CALL TIMESTEP(           END IF
457       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,  #endif
458       I       myThid)  C--      Freeze water
459             IF (allowFreezing) THEN
460  C--      Diagnose barotropic divergence of predicted fields  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
461           CALL DIV_G(  CADJ STORE gTNm1(:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k
462       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,  CADJ &   , key = kkey, byte = isbyte
463       I       xA,yA,  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
464       I       myThid)              CALL FREEZE( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, myThid )
465             END IF
466    
467    C--     end of thermodynamic k loop (Nr:1)
468            ENDDO
469    
470          ENDDO ! K  
471    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
472    CPatrick? What about this one?
473               maximpl = 6
474               iikey = (ikey-1)*maximpl
475    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
476    
477  C--     Implicit diffusion  C--     Implicit diffusion
478          IF (implicitDiffusion) THEN          IF (implicitDiffusion) THEN
479           CALL IMPLDIFF( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  
480       I                  KappaZT,            IF (tempStepping) THEN
481       I                  myThid )  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
482                idkey = iikey + 1
483    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
484                CALL IMPLDIFF(
485         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
486         I         deltaTtracer, KappaRT, recip_HFacC,
487         U         gTNm1,
488         I         myThid )
489             ENDIF
490    
491             IF (saltStepping) THEN
492    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
493             idkey = iikey + 2
494    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
495                CALL IMPLDIFF(
496         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
497         I         deltaTtracer, KappaRS, recip_HFacC,
498         U         gSNm1,
499         I         myThid )
500             ENDIF
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    #ifdef   ALLOW_AUTODIFF_TAMC
560    #ifdef   INCLUDE_CD_CODE
561             ELSE
562               DO j=1-OLy,sNy+OLy
563                 DO i=1-OLx,sNx+OLx
564                   guCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
565                   gvCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
566                 END DO
567               END DO
568    #endif   /* INCLUDE_CD_CODE */
569    #endif   /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
570             ENDIF
571    
572    
573    C--     end of dynamics k loop (1:Nr)
574            ENDDO
575    
576    
577    
578    C--     Implicit viscosity
579            IF (implicitViscosity.AND.momStepping) THEN
580    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
581              idkey = iikey + 3
582    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
583              CALL IMPLDIFF(
584         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
585         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
586         U         gUNm1,
587         I         myThid )
588    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
589              idkey = iikey + 4
590    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
591              CALL IMPLDIFF(
592         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
593         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
594         U         gVNm1,
595         I         myThid )
596    
597    #ifdef    INCLUDE_CD_CODE
598    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
599              idkey = iikey + 5
600    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
601              CALL IMPLDIFF(
602         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
603         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
604         U         vVelD,
605         I         myThid )
606    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
607              idkey = iikey + 6
608    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
609              CALL IMPLDIFF(
610         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
611         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
612         U         uVelD,
613         I         myThid )
614    #endif    /* INCLUDE_CD_CODE */
615    C--     End If implicitViscosity.AND.momStepping
616          ENDIF          ENDIF
617    
618         ENDDO         ENDDO
619        ENDDO        ENDDO
620    
       write(0,*) 'dynamics: pS',minval(cg2d_x),maxval(cg2d_x)  
       write(0,*) 'dynamics: U',minval(uVel(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
      &                         maxval(uVel(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
       write(0,*) 'dynamics: V',minval(vVel(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
      &                         maxval(vVel(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
       write(0,*) 'dynamics: K13',minval(K13(1:sNx,1:sNy,:)),  
      &                         maxval(K13(1:sNx,1:sNy,:))  
       write(0,*) 'dynamics: K23',minval(K23(1:sNx,1:sNy,:)),  
      &                         maxval(K23(1:sNx,1:sNy,:))  
       write(0,*) 'dynamics: K33',minval(K33(1:sNx,1:sNy,:)),  
      &                         maxval(K33(1:sNx,1:sNy,:))  
       write(0,*) 'dynamics: gT',minval(gT(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
      &                         maxval(gT(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
       write(0,*) 'dynamics: T',minval(Theta(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
      &                         maxval(Theta(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
       write(0,*) 'dynamics: pH',minval(pH/(Gravity*Rhonil)),  
      &                          maxval(pH/(Gravity*Rhonil))  
   
621        RETURN        RETURN
622        END        END
623    
624    
625    C--      Cumulative diagnostic calculations (ie. time-averaging)
626    #ifdef INCLUDE_DIAGNOSTICS_INTERFACE_CODE
627    c        IF (taveFreq.GT.0.) THEN
628    c         CALL DO_TIME_AVERAGES(
629    c    I                           myTime, myIter, bi, bj, k, kup, kDown,
630    c    I                           ConvectCount,
631    c    I                           myThid )
632    c        ENDIF
633    #endif
634    
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