/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.35 by cnh, Tue Sep 29 18:50:57 1998 UTC revision 1.54.2.5 by adcroft, Tue Jan 9 16:21:18 2001 UTC
# 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, rTrans - Per block temporaries holding flow transport  C     uTrans, vTrans, rTrans - Per block temporaries holding flow
53    C                              transport
54  C     rVel                     o uTrans: Zonal transport  C     rVel                     o uTrans: Zonal transport
55  C                              o vTrans: Meridional transport  C                              o vTrans: Meridional transport
56  C                              o rTrans: Vertical transport  C                              o rTrans: Vertical transport
57  C                              o rVel:   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     rhoK, rhoKM1   - Density at current level, level above and level below.  C     rhoK, rhoKM1   - Density at current level, level above and level
66    C                      below.
67  C     rhoKP1                                                                    C     rhoKP1                                                                  
68  C     buoyK, buoyKM1 - Buoyancy at current level and level above.  C     buoyK, buoyKM1 - Buoyancy at current level and level above.
69  C     phiHyd         - Hydrostatic part of the potential phiHydi.  C     phiHyd         - Hydrostatic part of the potential phiHydi.
70  C                      In z coords phiHydiHyd is the hydrostatic pressure anomaly  C                      In z coords phiHydiHyd is the hydrostatic
71  C                      In p coords phiHydiHyd is the geopotential surface height  C                      pressure anomaly
72    C                      In p coords phiHydiHyd is the geopotential
73    C                      surface height
74  C                      anomaly.  C                      anomaly.
75  C     etaSurfX,      - Holds surface elevation gradient in X and Y.  C     etaSurfX,      - Holds surface elevation gradient in X and Y.
76  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.  
77  C     KappaRT,       - Total diffusion in vertical for T and S.  C     KappaRT,       - Total diffusion in vertical for T and S.
78  C     KappaRS          ( background + spatially varying, isopycnal term).  C     KappaRS          (background + spatially varying, isopycnal term).
79  C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations  C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations
80  C     jMin, jMax       are applied.  C     jMin, jMax       are applied.
81  C     bi, bj  C     bi, bj
82  C     k, kUp,        - Index for layer above and below. kUp and kDown  C     k, kup,        - Index for layer above and below. kup and kDown
83  C     kDown, kM1       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)
# Line 87  C                      into fVerTerm Line 90  C                      into fVerTerm
90        _RL rVel    (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)
       _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)  
93        _RL fVerT   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerT   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
94        _RL fVerS   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerS   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
95        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
# Line 105  C                      into fVerTerm Line 101  C                      into fVerTerm
101        _RL buoyKM1 (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL buoyKM1 (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
102        _RL buoyK   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL buoyK   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
103        _RL rhotmp  (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)  
104        _RL KappaRT (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)        _RL KappaRT (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
105        _RL KappaRS (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)        _RL KappaRS (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
106          _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
107          _RL KappaRV (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
108          _RL sigmaX  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
109          _RL sigmaY  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
110          _RL sigmaR  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
111    
112    C This is currently also used by IVDC and Diagnostics
113    C #ifdef INCLUDE_CONVECT_CALL
114          _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        LOGICAL BOTTOM_LAYER  
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 134  C Line 143  C
143  C       "Calculation of Gs"  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       phiHydysics, parameterizations etc...) are calculated  C       physics, parameterizations etc...) are calculated
147  C         rVel = sum_r ( 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)  C         b   = b(rho, theta)
# Line 166  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 177  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
         xTerm(i,j)   = 0. _d 0  
         cTerm(i,j)   = 0. _d 0  
         mTerm(i,j)   = 0. _d 0  
         pTerm(i,j)   = 0. _d 0  
         fZon(i,j)    = 0. _d 0  
         fMer(i,j)    = 0. _d 0  
         DO K=1,Nr  
195           phiHyd (i,j,k)  = 0. _d 0           phiHyd (i,j,k)  = 0. _d 0
196           K13(i,j,k)  = 0. _d 0           KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0
197           K23(i,j,k)  = 0. _d 0           KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0
198           K33(i,j,k)  = 0. _d 0           sigmaX(i,j,k) = 0. _d 0
199           KappaRT(i,j,k) = 0. _d 0           sigmaY(i,j,k) = 0. _d 0
200           KappaRS(i,j,k) = 0. _d 0           sigmaR(i,j,k) = 0. _d 0
201          ENDDO          ENDDO
202          rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0          rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0
203          rhok   (i,j) = 0. _d 0          rhok   (i,j) = 0. _d 0
# Line 203  C     uninitialised but inert locations. Line 210  C     uninitialised but inert locations.
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
# Line 221  C--     Set up work arrays that need val Line 259  C--     Set up work arrays that need val
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            phiHyd(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)   = GMkbackground          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 234  C--     Set up work arrays that need val Line 280  C--     Set up work arrays that need val
280          jMax = sNy+OLy          jMax = sNy+OLy
281    
282    
283          K = 1  C--     Start of diagnostic loop
284          BOTTOM_LAYER = K .EQ. Nr          DO k=Nr,1,-1
285    
286  C--     Calculate gradient of surface pressure  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
287          CALL CALC_GRAD_ETA_SURF(  C? Patrick, is this formula correct now that we change the loop range?
288       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,  C? Do we still need this?
289       O       etaSurfX,etaSurfY,           kkey = (ikey-1)*(Nr-2+1) + (k-2) + 1
290       I       myThid)  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
291  C--     Update fields in top level according to tendency terms  
292          CALL CORRECTION_STEP(  #ifdef ALLOW_OBCS
293       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,  C--       Calculate future values on open boundaries
294       I       etaSurfX,etaSurfY,myTime,myThid)            IF (openBoundaries) THEN
295          IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN  Caja        CALL CYCLE_OBCS( k, bi, bj, myThid )
296  C--      Update fields in layer below according to tendency terms  c new args! CALL SET_OBCS( k, bi, bj, myTime, myThid )
297           CALL CORRECTION_STEP(  c +deltaT?
298       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,            ENDIF
299       I        etaSurfX,etaSurfY,myTime,myThid)  #endif
300          ENDIF  
301  C--     Density of 1st level (below W(1)) reference to level 1  C--       Integrate continuity vertically for vertical velocity
302          CALL FIND_RHO(            CALL INTEGRATE_FOR_W(
303       I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,       I                         bi, bj, k, uVel, vVel,
304       O     rhoKm1,       O                         wVel,
305       I     myThid )       I                         myThid )
306    #ifdef ALLOW_OBCS
307          IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN            IF (openBoundaries) THEN
308  C--      Check static stability with layer below  c new subr  CALL OBCS_APPLY_W( bi, bj, k, wVel, myThid )
309  C--      and mix as needed.            ENDIF
310           CALL FIND_RHO(  #endif
311       I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K+1, K, eosType,  
312       O      rhoKp1,  C--       Calculate gradients of potential density for isoneutral
313       I      myThid )  C         slope terms (e.g. GM/Redi tensor or IVDC diffusivity)
314           CALL CONVECT(            IF ( k.GT.1 .AND. (useGMRedi.OR.ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
315       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,rhoKm1,rhoKp1,              CALL FIND_RHO(
316       I       myTime,myIter,myThid)       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, k, eosType,
317  C--      Recompute density after mixing       O        rhoK,
          CALL FIND_RHO(  
      I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,  
      O      rhoKm1,  
      I      myThid )  
         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 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  
          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)  
          ENDIF  
 C--      Density of K level (below W(K)) reference to K level  
          CALL FIND_RHO(  
      I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K, K, eosType,  
      O      rhoK,  
      I      myThid )  
          IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN  
 C--       Check static stability with layer below and mix as needed.  
 C--       Density of K+1 level (below W(K+1)) reference to K level.  
           CALL FIND_RHO(  
      I       bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  K+1, K, eosType,  
      O       rhoKp1,  
      I       myThid )  
           CALL CONVECT(  
      I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,rhoK,rhoKp1,  
      I        myTime,myIter,myThid)  
 C--       Recompute density after mixing  
           CALL FIND_RHO(  
      I       bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,  
      O       rhoK,  
      I       myThid )  
          ENDIF  
 C--      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 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  
          CALL FIND_RHO(  
      I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K-1, K, eosType,  
      O        rhoTmp,  
318       I        myThid )       I        myThid )
319           CALL CALC_ISOSLOPES(              CALL FIND_RHO(
320       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K,       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k-1, k, eosType,
321       I        rhoKm1, rhoK, rhotmp,       O        rhoKm1,
      O        K13, K23, K33, KapGM,  
322       I        myThid )       I        myThid )
323           DO J=jMin,jMax              CALL GRAD_SIGMA(
324            DO I=iMin,iMax       I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
325             rhoKm1 (I,J) = rhoK(I,J)       I             rhoK, rhoKm1, rhoK,
326             buoyKm1(I,J) = buoyK(I,J)       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
342    
343    #ifdef  ALLOW_GMREDI
344    C--     Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation
345            IF (useGMRedi) THEN
346              DO k=1,Nr
347                CALL GMREDI_CALC_TENSOR(
348         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
349         I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
350         I             myThid )
351            ENDDO            ENDDO
352           ENDDO          ENDIF
353          ENDDO ! K  #endif  /* ALLOW_GMREDI */
354    
355    #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    
         DO K = Nr, 1, -1  
378    
379           kM1  =max(1,k-1)   ! Points to level above k (=k-1)  
380           kUp  =1+MOD(k+1,2) ! Cycles through 1,2 to point to layer above  C--     Start of thermodynamics loop
381           kDown=1+MOD(k,2)   ! Cycles through 2,1 to point to current layer          DO k=Nr,1,-1
382           iMin = 1-OLx+2  
383           iMax = sNx+OLx-1  C--       km1    Points to level above k (=k-1)
384           jMin = 1-OLy+2  C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
385           jMax = sNy+OLy-1  C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
386    
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,rTrans,rVel,maskC,maskUp,       O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rVel,maskC,maskUp,
409       I        myThid)       I        myThid)
410  CcnhDebugStarts  
411  C        IF ( K .EQ. 1 ) THEN  #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL
 C          CALL PLOT_FIELD_XYRL( rVel(1,1,1), 'K=1 Current rVel.1 ' , myIter, myThid )  
 C          CALL PLOT_FIELD_XYRL( rVel(1,1,2), 'K=1 Current rVel.2 ' , myIter, myThid )  
 C        ENDIF  
 CcnhDebugEnds  
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        KappaRT,KappaRS,       O        KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV,
417       I        myThid)       I        myThid)
418  C--      Calculate accelerations in the momentum equations  #endif
419           IF ( momStepping ) THEN  
420            CALL CALC_MOM_RHS(  C--      Calculate active tracer tendencies (gT,gS,...)
421       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,  C        and step forward storing result in gTnm1, gSnm1, etc.
      I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rVel,maskC,  
      I         phiHyd,  
      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,rTrans,maskUp,maskC,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
426       I         K13,K23,KappaRT,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           ENDIF
435           IF ( saltStepping ) THEN           IF ( saltStepping ) THEN
436            CALL CALC_GS(             CALL CALC_GS(
437       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
438       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
439       I         K13,K23,KappaRS,KapGM,       I         KappaRS,
440       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerS,       U         fVerS,
441       I         myThid)       I         myTime, myThid)
442           ENDIF             CALL TIMESTEP_TRACER(
443  C--      Prediction step (step forward all model variables)       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
444           CALL TIMESTEP(       I         salt, gS,
445       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,       U         gSnm1,
446       I       myThid)       I         myIter, 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 ALLOW_DIAGNOSTICS  
          IF (taveFreq.GT.0.) THEN  
           CALL DO_TIME_AVERAGES(  
      I                           myTime, myIter, bi, bj, K, kUp, kDown,  
      I                           K13, K23, rVel, KapGM,  
      I                           myThid )  
447           ENDIF           ENDIF
448    #ifdef ALLOW_OBCS
449    C--      Apply open boundary conditions
450             IF (openBoundaries) THEN
451    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
452    CADJ STORE gwnm1(:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k
453    CADJ &   , key = kkey, byte = isbyte
454    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
455    c new subr  CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, myThid )
456             END IF
457  #endif  #endif
458    C--      Freeze water
459             IF (allowFreezing) THEN
460    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
461    CADJ STORE gTNm1(:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k
462    CADJ &   , key = kkey, byte = isbyte
463    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
464                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                  KappaRT,KappaRS,            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    
 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))  
   
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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