/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.37 by cnh, Tue Nov 3 15:28:04 1998 UTC revision 1.54.2.7 by adcroft, Tue Jan 9 21:26:07 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(  C--       Integrate continuity vertically for vertical velocity
293       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,            CALL INTEGRATE_FOR_W(
294       I       etaSurfX,etaSurfY,myTime,myThid)       I                         bi, bj, k, uVel, vVel,
295          IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN       O                         wVel,
296  C--      Update fields in layer below according to tendency terms       I                         myThid )
297           CALL CORRECTION_STEP(  
298       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,  #ifdef    ALLOW_OBCS
299       I        etaSurfX,etaSurfY,myTime,myThid)  C--       Calculate future values on open boundaries
300          ENDIF            IF (openBoundaries) THEN
301  C--     Density of 1st level (below W(1)) reference to level 1  #ifdef      ALLOW_NONHYDROSTATIC
302          CALL FIND_RHO(              IF (nonHydrostatic) THEN
303       I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,                CALL OBCS_APPLY_W( bi, bj, k, wVel, myThid )
304       O     rhoKm1,              ENDIF
305       I     myThid )  #endif      /* ALLOW_NONHYDROSTATIC */
306                CALL OBCS_CALC( bi, bj, k, myTime+deltaT, myThid )
307          IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN            ENDIF
308  C--      Check static stability with layer below  #endif    /* ALLOW_OBCS */
309  C--      and mix as needed.  
310           CALL FIND_RHO(  C--       Calculate gradients of potential density for isoneutral
311       I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K+1, K, eosType,  C         slope terms (e.g. GM/Redi tensor or IVDC diffusivity)
312       O      rhoKp1,            IF ( k.GT.1 .AND. (useGMRedi.OR.ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
313       I      myThid )              CALL FIND_RHO(
314           CALL CONVECT(       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, k, eosType,
315       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,rhoKm1,rhoKp1,       O        rhoK,
      I       myTime,myIter,myThid)  
 C--      Recompute density after mixing  
          CALL FIND_RHO(  
      I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,  
      O      rhoKm1,  
      I      myThid )  
         ENDIF  
 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,  
316       I        myThid )       I        myThid )
317           CALL CALC_ISOSLOPES(              CALL FIND_RHO(
318       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K,       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k-1, k, eosType,
319       I        rhoKm1, rhoK, rhotmp,       O        rhoKm1,
      O        K13, K23, K33, KapGM,  
320       I        myThid )       I        myThid )
321           DO J=jMin,jMax              CALL GRAD_SIGMA(
322            DO I=iMin,iMax       I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
323             rhoKm1 (I,J) = rhoK(I,J)       I             rhoK, rhoKm1, rhoK,
324             buoyKm1(I,J) = buoyK(I,J)       O             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
325         I             myThid )
326              ENDIF
327    
328    C--       Implicit Vertical Diffusion for Convection
329              IF (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) THEN
330                CALL CALC_IVDC(
331         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
332         I        rhoKm1, rhoK,
333    c should use sigmaR !!!
334         U        ConvectCount, KappaRT, KappaRS,
335         I        myTime, myIter, myThid)
336              END IF
337    
338    C--     end of diagnostic k loop (Nr:1)
339            ENDDO
340    
341    C--     Determines forcing terms based on external fields
342    C       relaxation terms, etc.
343            CALL EXTERNAL_FORCING_SURF(
344         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
345         I             myThid )
346    
347    #ifdef  ALLOW_GMREDI
348    C--     Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation
349            IF (useGMRedi) THEN
350              DO k=1,Nr
351                CALL GMREDI_CALC_TENSOR(
352         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
353         I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
354         I             myThid )
355            ENDDO            ENDDO
356           ENDDO          ENDIF
357          ENDDO ! K  #endif  /* ALLOW_GMREDI */
358    
359          DO K = Nr, 1, -1  #ifdef  ALLOW_KPP
360    C--     Compute KPP mixing coefficients
361            IF (useKPP) THEN
362              CALL KPP_CALC(
363         I                  bi, bj, myTime, myThid )
364            ENDIF
365    #endif  /* ALLOW_KPP */
366    
367           kM1  =max(1,k-1)   ! Points to level above k (=k-1)  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
368           kUp  =1+MOD(k+1,2) ! Cycles through 1,2 to point to layer above  CADJ STORE KappaRT(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
369           kDown=1+MOD(k,2)   ! Cycles through 2,1 to point to current layer  CADJ STORE KappaRS(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
370           iMin = 1-OLx+2  CADJ STORE theta(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
371           iMax = sNx+OLx-1  CADJ STORE salt (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
372           jMin = 1-OLy+2  CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
373           jMax = sNy+OLy-1  CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
374    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
375    
376    
377    
378    C--     Start of thermodynamics loop
379            DO k=Nr,1,-1
380    
381    C--       km1    Points to level above k (=k-1)
382    C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
383    C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
384    
385              km1  = MAX(1,k-1)
386              kup  = 1+MOD(k+1,2)
387              kDown= 1+MOD(k,2)
388    
389              iMin = 1-OLx+2
390              iMax = sNx+OLx-1
391              jMin = 1-OLy+2
392              jMax = sNy+OLy-1
393    
394    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
395    CPatrick Is this formula correct?
396             kkey = (ikey-1)*(Nr-1+1) + (k-1) + 1
397    CADJ STORE rvel  (:,:,kDown) = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
398    CADJ STORE rTrans(:,:)       = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
399    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
400    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
401    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
402    
403  C--      Get temporary terms used by tendency routines  C--      Get temporary terms used by tendency routines
404           CALL CALC_COMMON_FACTORS (           CALL CALC_COMMON_FACTORS (
405       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,km1,kup,kDown,
406       O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rVel,maskC,maskUp,       O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rVel,maskC,maskUp,
407       I        myThid)       I        myThid)
408    
409    #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL
410  C--      Calculate the total vertical diffusivity  C--      Calculate the total vertical diffusivity
411           CALL CALC_DIFFUSIVITY(           CALL CALC_DIFFUSIVITY(
412       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
413       I        maskC,maskUp,KapGM,K33,       I        maskC,maskup,
414       O        KappaRT,KappaRS,       O        KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV,
415       I        myThid)       I        myThid)
416  C--      Calculate accelerations in the momentum equations  #endif
417           IF ( momStepping ) THEN  
418            CALL CALC_MOM_RHS(  C--      Calculate active tracer tendencies (gT,gS,...)
419       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  
420           IF ( tempStepping ) THEN           IF ( tempStepping ) THEN
421            CALL CALC_GT(             CALL CALC_GT(
422       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
423       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
424       I         K13,K23,KappaRT,KapGM,       I         KappaRT,
425       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerT,       U         fVerT,
426       I         myTime, myThid)       I         myTime, myThid)
427               CALL TIMESTEP_TRACER(
428         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
429         I         theta, gT,
430         U         gTnm1,
431         I         myIter, myThid)
432           ENDIF           ENDIF
433           IF ( saltStepping ) THEN           IF ( saltStepping ) THEN
434            CALL CALC_GS(             CALL CALC_GS(
435       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
436       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
437       I         K13,K23,KappaRS,KapGM,       I         KappaRS,
438       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerS,       U         fVerS,
439       I         myTime, myThid)       I         myTime, myThid)
440               CALL TIMESTEP_TRACER(
441         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
442         I         salt, gS,
443         U         gSnm1,
444         I         myIter, myThid)
445           ENDIF           ENDIF
 C--      Prediction step (step forward all model variables)  
          CALL TIMESTEP(  
      I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,  
      I       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)  
446    
447  C--      Cumulative diagnostic calculations (ie. time-averaging)  #ifdef   ALLOW_OBCS
448  #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS  C--      Apply open boundary conditions
449           IF (taveFreq.GT.0.) THEN           IF (openBoundaries) THEN
450            CALL DO_TIME_AVERAGES(             CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
451       I                           myTime, myIter, bi, bj, K, kUp, kDown,           END IF
452       I                           K13, K23, rVel, KapGM,  #endif   /* ALLOW_OBCS */
453       I                           myThid )  
454           ENDIF  C--      Freeze water
455  #endif           IF (allowFreezing) THEN
456    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
457    CADJ STORE gTNm1(:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k
458    CADJ &   , key = kkey, byte = isbyte
459    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
460                CALL FREEZE( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, myThid )
461             END IF
462    
463          ENDDO ! K  C--     end of thermodynamic k loop (Nr:1)
464            ENDDO
465    
466    
467    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
468    CPatrick? What about this one?
469               maximpl = 6
470               iikey = (ikey-1)*maximpl
471    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
472    
473  C--     Implicit diffusion  C--     Implicit diffusion
474          IF (implicitDiffusion) THEN          IF (implicitDiffusion) THEN
475           CALL IMPLDIFF( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  
476       I                  KappaRT,KappaRS,            IF (tempStepping) THEN
477       I                  myThid )  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
478                idkey = iikey + 1
479    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
480                CALL IMPLDIFF(
481         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
482         I         deltaTtracer, KappaRT, recip_HFacC,
483         U         gTNm1,
484         I         myThid )
485             ENDIF
486    
487             IF (saltStepping) THEN
488    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
489             idkey = iikey + 2
490    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
491                CALL IMPLDIFF(
492         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
493         I         deltaTtracer, KappaRS, recip_HFacC,
494         U         gSNm1,
495         I         myThid )
496             ENDIF
497    
498    #ifdef   ALLOW_OBCS
499    C--      Apply open boundary conditions
500             IF (openBoundaries) THEN
501               DO K=1,Nr
502                 CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
503               ENDDO
504             END IF
505    #endif   /* ALLOW_OBCS */
506    
507    C--     End If implicitDiffusion
508            ENDIF
509    
510    
511    
512    C--     Start of dynamics loop
513            DO k=1,Nr
514    
515    C--       km1    Points to level above k (=k-1)
516    C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
517    C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
518    
519              km1  = MAX(1,k-1)
520              kup  = 1+MOD(k+1,2)
521              kDown= 1+MOD(k,2)
522    
523              iMin = 1-OLx+2
524              iMax = sNx+OLx-1
525              jMin = 1-OLy+2
526              jMax = sNy+OLy-1
527    
528    C--      Calculate buoyancy
529             CALL FIND_RHO(
530         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, km1, km1, eosType,
531         O        rhoKm1,
532         I        myThid )
533             CALL CALC_BUOYANCY(
534         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,rhoKm1,
535         O        buoyKm1,
536         I        myThid )
537             CALL FIND_RHO(
538         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, k, eosType,
539         O        rhoK,
540         I        myThid )
541             CALL CALC_BUOYANCY(
542         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,rhoK,
543         O        buoyK,
544         I        myThid )
545    
546    C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of
547    C--      phiHyd(z=0)=0
548             CALL CALC_PHI_HYD(
549         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,buoyKm1,buoyK,
550         U        phiHyd,
551         I        myThid )
552    
553    C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)
554    C        and step forward storing the result in gUnm1, gVnm1, etc...
555             IF ( momStepping ) THEN
556               CALL CALC_MOM_RHS(
557         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
558         I         phiHyd,KappaRU,KappaRV,
559         U         fVerU, fVerV,
560         I         myTime, myThid)
561               CALL TIMESTEP(
562         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
563         I         myIter, myThid)
564    
565    #ifdef   ALLOW_OBCS
566    C--      Apply open boundary conditions
567             IF (openBoundaries) THEN
568               CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
569             END IF
570    #endif   /* ALLOW_OBCS */
571    
572    #ifdef   ALLOW_AUTODIFF_TAMC
573    #ifdef   INCLUDE_CD_CODE
574             ELSE
575               DO j=1-OLy,sNy+OLy
576                 DO i=1-OLx,sNx+OLx
577                   guCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
578                   gvCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
579                 END DO
580               END DO
581    #endif   /* INCLUDE_CD_CODE */
582    #endif   /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
583             ENDIF
584    
585    
586    C--     end of dynamics k loop (1:Nr)
587            ENDDO
588    
589    
590    
591    C--     Implicit viscosity
592            IF (implicitViscosity.AND.momStepping) THEN
593    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
594              idkey = iikey + 3
595    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
596              CALL IMPLDIFF(
597         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
598         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
599         U         gUNm1,
600         I         myThid )
601    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
602              idkey = iikey + 4
603    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
604              CALL IMPLDIFF(
605         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
606         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
607         U         gVNm1,
608         I         myThid )
609    
610    #ifdef   ALLOW_OBCS
611    C--      Apply open boundary conditions
612             IF (openBoundaries) THEN
613               DO K=1,Nr
614                 CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
615               ENDDO
616             END IF
617    #endif   /* ALLOW_OBCS */
618    
619    #ifdef    INCLUDE_CD_CODE
620    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
621              idkey = iikey + 5
622    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
623              CALL IMPLDIFF(
624         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
625         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
626         U         vVelD,
627         I         myThid )
628    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
629              idkey = iikey + 6
630    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
631              CALL IMPLDIFF(
632         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
633         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
634         U         uVelD,
635         I         myThid )
636    #endif    /* INCLUDE_CD_CODE */
637    C--     End If implicitViscosity.AND.momStepping
638          ENDIF          ENDIF
639    
640         ENDDO         ENDDO
641        ENDDO        ENDDO
642    
 C     write(0,*) 'dynamics: pS ',minval(cg2d_x(1:sNx,1:sNy,:,:)),  
 C    &                           maxval(cg2d_x(1:sNx,1:sNy,:,:))  
 C     write(0,*) 'dynamics: U  ',minval(uVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:),mask=uVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:).NE.0.),  
 C    &                           maxval(uVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:),mask=uVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:).NE.0.)  
 C     write(0,*) 'dynamics: V  ',minval(vVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:),mask=vVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:).NE.0.),  
 C    &                           maxval(vVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:),mask=vVel(1:sNx,1:sNy,1,:,:).NE.0.)  
 C     write(0,*) 'dynamics: rVel(1) ',  
 C    &            minval(rVel(1:sNx,1:sNy,1),mask=rVel(1:sNx,1:sNy,1).NE.0.),  
 C    &            maxval(rVel(1:sNx,1:sNy,1),mask=rVel(1:sNx,1:sNy,1).NE.0.)  
 C     write(0,*) 'dynamics: rVel(2) ',  
 C    &            minval(rVel(1:sNx,1:sNy,2),mask=rVel(1:sNx,1:sNy,2).NE.0.),  
 C    &            maxval(rVel(1:sNx,1:sNy,2),mask=rVel(1:sNx,1:sNy,2).NE.0.)  
 cblk  write(0,*) 'dynamics: K13',minval(K13(1:sNx,1:sNy,:)),  
 cblk &                           maxval(K13(1:sNx,1:sNy,:))  
 cblk  write(0,*) 'dynamics: K23',minval(K23(1:sNx,1:sNy,:)),  
 cblk &                           maxval(K23(1:sNx,1:sNy,:))  
 cblk  write(0,*) 'dynamics: K33',minval(K33(1:sNx,1:sNy,:)),  
 cblk &                           maxval(K33(1:sNx,1:sNy,:))  
 C     write(0,*) 'dynamics: gT ',minval(gT(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
 C    &                           maxval(gT(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
 C     write(0,*) 'dynamics: T  ',minval(Theta(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
 C    &                           maxval(Theta(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
 C     write(0,*) 'dynamics: gS ',minval(gS(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
 C    &                           maxval(gS(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
 C     write(0,*) 'dynamics: S  ',minval(salt(1:sNx,1:sNy,:,:,:)),  
 C    &                           maxval(salt(1:sNx,1:sNy,:,:,:))  
 C     write(0,*) 'dynamics: phiHyd ',minval(phiHyd/(Gravity*Rhonil),mask=phiHyd.NE.0.),  
 C    &                           maxval(phiHyd/(Gravity*Rhonil))  
 C     CALL PLOT_FIELD_XYZRL( gU, ' GU exiting dyanmics ' ,  
 C    &Nr, 1, myThid )  
 C     CALL PLOT_FIELD_XYZRL( gV, ' GV exiting dyanmics ' ,  
 C    &Nr, 1, myThid )  
 C     CALL PLOT_FIELD_XYZRL( gS, ' GS exiting dyanmics ' ,  
 C    &Nr, 1, myThid )  
 C     CALL PLOT_FIELD_XYZRL( gT, ' GT exiting dyanmics ' ,  
 C    &Nr, 1, myThid )  
   
   
643        RETURN        RETURN
644        END        END
645    
646    
647    C--      Cumulative diagnostic calculations (ie. time-averaging)
648    #ifdef INCLUDE_DIAGNOSTICS_INTERFACE_CODE
649    c        IF (taveFreq.GT.0.) THEN
650    c         CALL DO_TIME_AVERAGES(
651    c    I                           myTime, myIter, bi, bj, k, kup, kDown,
652    c    I                           ConvectCount,
653    c    I                           myThid )
654    c        ENDIF
655    #endif
656    
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