/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.34 by cnh, Mon Sep 7 16:23:11 1998 UTC revision 1.59 by cnh, Sun Feb 4 14:38:47 2001 UTC
# Line 1  Line 1 
1  C $Header$  C $Header$
2    C $Name$
3    
4  #include "CPP_OPTIONS.h"  #include "CPP_OPTIONS.h"
5    
# Line 20  C     | ===== Line 21  C     | =====
21  C     | C*P* comments indicating place holders for which code is |  C     | C*P* comments indicating place holders for which code is |
22  C     |      presently being developed.                          |  C     |      presently being developed.                          |
23  C     \==========================================================/  C     \==========================================================/
24          IMPLICIT NONE
25    
26  C     == Global variables ===  C     == Global variables ===
27  #include "SIZE.h"  #include "SIZE.h"
# Line 27  C     == Global variables === Line 29  C     == Global variables ===
29  #include "CG2D.h"  #include "CG2D.h"
30  #include "PARAMS.h"  #include "PARAMS.h"
31  #include "DYNVARS.h"  #include "DYNVARS.h"
32    #include "GRID.h"
33    
34    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
35    # include "tamc.h"
36    # include "tamc_keys.h"
37    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
38    
39    #ifdef ALLOW_KPP
40    # include "KPP.h"
41    #endif
42    
43  C     == Routine arguments ==  C     == Routine arguments ==
44  C     myTime - Current time in simulation  C     myTime - Current time in simulation
45  C     myIter - Current iteration number in simulation  C     myIter - Current iteration number in simulation
46  C     myThid - Thread number for this instance of the routine.  C     myThid - Thread number for this instance of the routine.
       INTEGER myThid  
47        _RL myTime        _RL myTime
48        INTEGER myIter        INTEGER myIter
49          INTEGER myThid
50    
51  C     == Local variables  C     == Local variables
52  C     xA, yA                 - Per block temporaries holding face areas  C     xA, yA                 - Per block temporaries holding face areas
53  C     uTrans, vTrans, rTrans - Per block temporaries holding flow transport  C     uTrans, vTrans, rTrans - Per block temporaries holding flow
54    C                              transport
55  C     rVel                     o uTrans: Zonal transport  C     rVel                     o uTrans: Zonal transport
56  C                              o vTrans: Meridional transport  C                              o vTrans: Meridional transport
57  C                              o rTrans: Vertical transport  C                              o rTrans: Vertical transport
58  C                              o rVel:   Vertical velocity at upper and lower  C                              o rVel:   Vertical velocity at upper and
59  C                                        cell faces.  C                                        lower cell faces.
60  C     maskC,maskUp             o maskC: land/water mask for tracer cells  C     maskC,maskUp             o maskC: land/water mask for tracer cells
61  C                              o maskUp: land/water mask for W points  C                              o maskUp: land/water mask for W points
62  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  
63  C                                      is "pipelined" in the vertical  C                                      is "pipelined" in the vertical
64  C                                      so we need an fVer for each  C                                      so we need an fVer for each
65  C                                      variable.  C                                      variable.
66  C     rhoK, rhoKM1   - Density at current level, level above and level below.  C     rhoK, rhoKM1   - Density at current level, and level above
 C     rhoKP1                                                                    
 C     buoyK, buoyKM1 - Buoyancy at current level and level above.  
67  C     phiHyd         - Hydrostatic part of the potential phiHydi.  C     phiHyd         - Hydrostatic part of the potential phiHydi.
68  C                      In z coords phiHydiHyd is the hydrostatic pressure anomaly  C                      In z coords phiHydiHyd is the hydrostatic
69  C                      In p coords phiHydiHyd is the geopotential surface height  C                      pressure anomaly
70    C                      In p coords phiHydiHyd is the geopotential
71    C                      surface height
72  C                      anomaly.  C                      anomaly.
73  C     etaSurfX,      - Holds surface elevation gradient in X and Y.  C     etaSurfX,      - Holds surface elevation gradient in X and Y.
74  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.  
75  C     KappaRT,       - Total diffusion in vertical for T and S.  C     KappaRT,       - Total diffusion in vertical for T and S.
76  C     KappaRS          ( background + spatially varying, isopycnal term).  C     KappaRS          (background + spatially varying, isopycnal term).
77  C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations  C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations
78  C     jMin, jMax       are applied.  C     jMin, jMax       are applied.
79  C     bi, bj  C     bi, bj
80  C     k, kUp,        - Index for layer above and below. kUp and kDown  C     k, kup,        - Index for layer above and below. kup and kDown
81  C     kDown, kM1       are switched with layer to be the appropriate index  C     kDown, km1       are switched with layer to be the appropriate
82  C                      into fVerTerm  C                      index into fVerTerm.
83        _RS xA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS xA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
84        _RS yA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS yA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
85        _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 88  C                      into fVerTerm
88        _RL rVel    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL rVel    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
89        _RS maskC   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS maskC   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
90        _RS maskUp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS maskUp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
       _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)  
91        _RL fVerT   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerT   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
92        _RL fVerS   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerS   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
93        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
94        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
95        _RL phiHyd  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)        _RL phiHyd  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
96        _RL rhokm1  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rhokm1  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
       _RL rhokp1  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
97        _RL rhok    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rhok    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
       _RL buoyKM1 (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL buoyK   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL rhotmp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL etaSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL etaSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL K13     (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)  
       _RL K23     (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)  
       _RL K33     (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)  
       _RL KapGM   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
98        _RL KappaRT (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)        _RL KappaRT (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
99        _RL KappaRS (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)        _RL KappaRS (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
100          _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
101          _RL KappaRV (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
102          _RL sigmaX  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
103          _RL sigmaY  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
104          _RL sigmaR  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
105    
106    C This is currently also used by IVDC and Diagnostics
107    C #ifdef INCLUDE_CONVECT_CALL
108          _RL ConvectCount (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
109    C #endif
110    
111        INTEGER iMin, iMax        INTEGER iMin, iMax
112        INTEGER jMin, jMax        INTEGER jMin, jMax
113        INTEGER bi, bj        INTEGER bi, bj
114        INTEGER i, j        INTEGER i, j
115        INTEGER k, kM1, kUp, kDown        INTEGER k, km1, kup, kDown
116        LOGICAL BOTTOM_LAYER  
117    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
118          INTEGER    isbyte
119          PARAMETER( isbyte = 4 )
120    
121          INTEGER act1, act2, act3, act4
122          INTEGER max1, max2, max3
123          INTEGER iikey, kkey
124          INTEGER maximpl
125    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
126    
127  C---    The algorithm...  C---    The algorithm...
128  C  C
# Line 134  C Line 137  C
137  C       "Calculation of Gs"  C       "Calculation of Gs"
138  C       ===================  C       ===================
139  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.  C       This is where all the accelerations and tendencies (ie.
140  C       phiHydysics, parameterizations etc...) are calculated  C       physics, parameterizations etc...) are calculated
141  C         rVel = sum_r ( div. u[n] )  C         rVel = sum_r ( div. u[n] )
142  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )  C         rho = rho ( theta[n], salt[n] )
143  C         b   = b(rho, theta)  C         b   = b(rho, theta)
# Line 166  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = Line 169  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] =
169  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
170  C---  C---
171    
172    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
173    C--   dummy statement to end declaration part
174          ikey = 1
175    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
176    
177  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values
178  C     These inital values do not alter the numerical results. They  C     These inital values do not alter the numerical results. They
179  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 185  C     uninitialised but inert locations.
185          yA(i,j)      = 0. _d 0          yA(i,j)      = 0. _d 0
186          uTrans(i,j)  = 0. _d 0          uTrans(i,j)  = 0. _d 0
187          vTrans(i,j)  = 0. _d 0          vTrans(i,j)  = 0. _d 0
188          aTerm(i,j)   = 0. _d 0          DO k=1,Nr
189          xTerm(i,j)   = 0. _d 0           phiHyd(i,j,k)  = 0. _d 0
190          cTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0
191          mTerm(i,j)   = 0. _d 0           KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0
192          pTerm(i,j)   = 0. _d 0           sigmaX(i,j,k) = 0. _d 0
193          fZon(i,j)    = 0. _d 0           sigmaY(i,j,k) = 0. _d 0
194          fMer(i,j)    = 0. _d 0           sigmaR(i,j,k) = 0. _d 0
         DO K=1,Nr  
          phiHyd (i,j,k)  = 0. _d 0  
          K13(i,j,k)  = 0. _d 0  
          K23(i,j,k)  = 0. _d 0  
          K33(i,j,k)  = 0. _d 0  
          KappaRT(i,j,k) = 0. _d 0  
          KappaRS(i,j,k) = 0. _d 0  
195          ENDDO          ENDDO
196          rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0          rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0
197          rhok   (i,j) = 0. _d 0          rhok   (i,j) = 0. _d 0
         rhoKP1 (i,j) = 0. _d 0  
         rhoTMP (i,j) = 0. _d 0  
         buoyKM1(i,j) = 0. _d 0  
         buoyK  (i,j) = 0. _d 0  
198          maskC  (i,j) = 0. _d 0          maskC  (i,j) = 0. _d 0
199         ENDDO         ENDDO
200        ENDDO        ENDDO
201    
202    
203    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
204    C--   HPF directive to help TAMC
205    CHPF$ INDEPENDENT
206    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
207    
208        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)        DO bj=myByLo(myThid),myByHi(myThid)
209    
210    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
211    C--    HPF directive to help TAMC
212    CHPF$  INDEPENDENT, NEW (rTrans,rVel,fVerT,fVerS,fVerU,fVerV
213    CHPF$&                  ,phiHyd,utrans,vtrans,maskc,xA,yA
214    CHPF$&                  ,KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV
215    CHPF$&                  )
216    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
217    
218         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)         DO bi=myBxLo(myThid),myBxHi(myThid)
219    
220    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
221              act1 = bi - myBxLo(myThid)
222              max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1
223    
224              act2 = bj - myByLo(myThid)
225              max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1
226    
227              act3 = myThid - 1
228              max3 = nTx*nTy
229    
230              act4 = ikey_dynamics - 1
231    
232              ikey = (act1 + 1) + act2*max1
233         &                      + act3*max1*max2
234         &                      + act4*max1*max2*max3
235    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
236    
237  C--     Set up work arrays that need valid initial values  C--     Set up work arrays that need valid initial values
238          DO j=1-OLy,sNy+OLy          DO j=1-OLy,sNy+OLy
239           DO i=1-OLx,sNx+OLx           DO i=1-OLx,sNx+OLx
# Line 219  C--     Set up work arrays that need val Line 248  C--     Set up work arrays that need val
248            fVerU (i,j,2) = 0. _d 0            fVerU (i,j,2) = 0. _d 0
249            fVerV (i,j,1) = 0. _d 0            fVerV (i,j,1) = 0. _d 0
250            fVerV (i,j,2) = 0. _d 0            fVerV (i,j,2) = 0. _d 0
251            phiHyd(i,j,1) = 0. _d 0           ENDDO
252            K13   (i,j,1) = 0. _d 0          ENDDO
253            K23   (i,j,1) = 0. _d 0  
254            K33   (i,j,1) = 0. _d 0          DO k=1,Nr
255            KapGM (i,j)   = GMkbackground           DO j=1-OLy,sNy+OLy
256              DO i=1-OLx,sNx+OLx
257    #ifdef INCLUDE_CONVECT_CALL
258               ConvectCount(i,j,k) = 0.
259    #endif
260               KappaRT(i,j,k) = 0. _d 0
261               KappaRS(i,j,k) = 0. _d 0
262              ENDDO
263           ENDDO           ENDDO
264          ENDDO          ENDDO
265    
# Line 232  C--     Set up work arrays that need val Line 268  C--     Set up work arrays that need val
268          jMin = 1-OLy+1          jMin = 1-OLy+1
269          jMax = sNy+OLy          jMax = sNy+OLy
270    
         K = 1  
         BOTTOM_LAYER = K .EQ. Nr  
271    
272  C--     Calculate gradient of surface pressure  C--     Start of diagnostic loop
273          CALL CALC_GRAD_ETA_SURF(          DO k=Nr,1,-1
274       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,  
275       O       etaSurfX,etaSurfY,  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
276       I       myThid)  C? Patrick, is this formula correct now that we change the loop range?
277  C--     Update fields in top level according to tendency terms  C? Do we still need this?
278          CALL CORRECTION_STEP(           kkey = (ikey-1)*(Nr-2+1) + (k-2) + 1
279       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
280       I       etaSurfX,etaSurfY,myTime,myThid)  
281          IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN  C--       Integrate continuity vertically for vertical velocity
282  C--      Update fields in layer below according to tendency terms            CALL INTEGRATE_FOR_W(
283           CALL CORRECTION_STEP(       I                         bi, bj, k, uVel, vVel,
284       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,       O                         wVel,
285       I        etaSurfX,etaSurfY,myTime,myThid)       I                         myThid )
286          ENDIF  
287  C--     Density of 1st level (below W(1)) reference to level 1  #ifdef    ALLOW_OBCS
288          CALL FIND_RHO(  #ifdef    ALLOW_NONHYDROSTATIC
289       I     bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K, K, eosType,  C--       Calculate future values on open boundaries
290       O     rhoKm1,            IF (useOBCS.AND.nonHydrostatic) THEN
291       I     myThid )              CALL OBCS_APPLY_W( bi, bj, k, wVel, myThid )
292              ENDIF
293          IF ( .NOT. BOTTOM_LAYER ) THEN  #endif    /* ALLOW_NONHYDROSTATIC */
294  C--      Check static stability with layer below  #endif    /* ALLOW_OBCS */
295  C--      and mix as needed.  
296           CALL FIND_RHO(  C--       Calculate gradients of potential density for isoneutral
297       I      bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K+1, K, eosType,  C         slope terms (e.g. GM/Redi tensor or IVDC diffusivity)
298       O      rhoKp1,  c         IF ( k.GT.1 .AND. (useGMRedi.OR.ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
299       I      myThid )            IF ( useGMRedi .OR. (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN
300           CALL CONVECT(              CALL FIND_RHO(
301       I       bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K+1,rhoKm1,rhoKp1,       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, k, eosType,
302       I       myTime,myIter,myThid)       I        theta, salt,
303  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,  
304       I        myThid )       I        myThid )
305           CALL CALC_ISOSLOPES(              IF (k.GT.1) CALL FIND_RHO(
306       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, K,       I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k-1, k, eosType,
307       I        rhoKm1, rhoK, rhotmp,       I        theta, salt,
308       O        K13, K23, K33, KapGM,       O        rhoKm1,
309       I        myThid )       I        myThid )
310           DO J=jMin,jMax              CALL GRAD_SIGMA(
311            DO I=iMin,iMax       I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
312             rhoKm1 (I,J) = rhoK(I,J)       I             rhoK, rhoKm1, rhoK,
313             buoyKm1(I,J) = buoyK(I,J)       O             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
314         I             myThid )
315              ENDIF
316    
317    C--       Implicit Vertical Diffusion for Convection
318    c ==> should use sigmaR !!!
319              IF (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) THEN
320                CALL CALC_IVDC(
321         I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
322         I        rhoKm1, rhoK,
323         U        ConvectCount, KappaRT, KappaRS,
324         I        myTime, myIter, myThid)
325              END IF
326    
327    C--     end of diagnostic k loop (Nr:1)
328            ENDDO
329    
330    #ifdef  ALLOW_OBCS
331    C--     Calculate future values on open boundaries
332            IF (useOBCS) THEN
333              CALL OBCS_CALC( bi, bj, myTime+deltaT,
334         I            uVel, vVel, wVel, theta, salt,
335         I            myThid )
336            ENDIF
337    #endif  /* ALLOW_OBCS */
338    
339    C--     Determines forcing terms based on external fields
340    C       relaxation terms, etc.
341            CALL EXTERNAL_FORCING_SURF(
342         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
343         I             myThid )
344    
345    #ifdef  ALLOW_GMREDI
346    C--     Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation
347            IF (useGMRedi) THEN
348              DO k=1,Nr
349                CALL GMREDI_CALC_TENSOR(
350         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
351         I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
352         I             myThid )
353            ENDDO            ENDDO
354           ENDDO  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
355          ENDDO ! K          ELSE
356              DO k=1, Nr
357                CALL GMREDI_CALC_TENSOR_DUMMY(
358         I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,
359         I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,
360         I             myThid )
361              ENDDO
362    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
363            ENDIF
364    #endif  /* ALLOW_GMREDI */
365    
366    #ifdef  ALLOW_KPP
367    C--     Compute KPP mixing coefficients
368            IF (useKPP) THEN
369              CALL KPP_CALC(
370         I                  bi, bj, myTime, myThid )
371            ENDIF
372    #endif  /* ALLOW_KPP */
373    
374    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
375    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
376    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
377    CADJ STORE theta(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
378    CADJ STORE salt (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
379    CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
380    CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
381    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
382    
383    #ifdef ALLOW_AIM
384    C       AIM - atmospheric intermediate model, physics package code.
385    C note(jmc) : phiHyd=0 at this point but is not really used in Molteni Physics
386            IF ( useAIM ) THEN
387             CALL TIMER_START('AIM_DO_ATMOS_PHYS      [DYNAMICS]', myThid)
388             CALL AIM_DO_ATMOS_PHYSICS( phiHyd, myTime, myThid )
389             CALL TIMER_STOP ('AIM_DO_ATMOS_PHYS      [DYNAMICS]', myThid)
390            ENDIF
391    #endif /* ALLOW_AIM */
392    
393    
394          DO K = Nr, 1, -1  C--     Start of thermodynamics loop
395            DO k=Nr,1,-1
396    
397           kM1  =max(1,k-1)   ! Points to level above k (=k-1)  C--       km1    Points to level above k (=k-1)
398           kUp  =1+MOD(k+1,2) ! Cycles through 1,2 to point to layer above  C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
399           kDown=1+MOD(k,2)   ! Cycles through 2,1 to point to current layer  C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
400           iMin = 1-OLx+2  
401           iMax = sNx+OLx-1            km1  = MAX(1,k-1)
402           jMin = 1-OLy+2            kup  = 1+MOD(k+1,2)
403           jMax = sNy+OLy-1            kDown= 1+MOD(k,2)
404    
405              iMin = 1-OLx+2
406              iMax = sNx+OLx-1
407              jMin = 1-OLy+2
408              jMax = sNy+OLy-1
409    
410    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
411    CPatrick Is this formula correct?
412             kkey = (ikey-1)*(Nr-1+1) + (k-1) + 1
413    CADJ STORE rvel  (:,:,kDown) = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
414    CADJ STORE rTrans(:,:)       = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
415    CADJ STORE KappaRT(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
416    CADJ STORE KappaRS(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte
417    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
418    
419  C--      Get temporary terms used by tendency routines  C--      Get temporary terms used by tendency routines
420           CALL CALC_COMMON_FACTORS (           CALL CALC_COMMON_FACTORS (
421       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,km1,kup,kDown,
422       O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rVel,maskC,maskUp,       O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rVel,maskC,maskUp,
423       I        myThid)       I        myThid)
424  CcnhDebugStarts  
425  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  
426  C--      Calculate the total vertical diffusivity  C--      Calculate the total vertical diffusivity
427           CALL CALC_DIFFUSIVITY(           CALL CALC_DIFFUSIVITY(
428       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,K,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
429       I        maskC,maskUp,KapGM,K33,       I        maskC,maskup,
430       O        KappaRT,KappaRS,       O        KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV,
431       I        myThid)       I        myThid)
432  C--      Calculate accelerations in the momentum equations  #endif
433           IF ( momStepping ) THEN  
434            CALL CALC_MOM_RHS(  C--      Calculate active tracer tendencies (gT,gS,...)
435       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  
436           IF ( tempStepping ) THEN           IF ( tempStepping ) THEN
437            CALL CALC_GT(             CALL CALC_GT(
438       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
439       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
440       I         K13,K23,KappaRT,KapGM,       I         KappaRT,
441       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerT,       U         fVerT,
442       I         myThid)       I         myTime, myThid)
443               CALL TIMESTEP_TRACER(
444         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
445         I         theta, gT,
446         U         gTnm1,
447         I         myIter, myThid)
448           ENDIF           ENDIF
449           IF ( saltStepping ) THEN           IF ( saltStepping ) THEN
450            CALL CALC_GS(             CALL CALC_GS(
451       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,kM1,kUp,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,
452       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,       I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,maskC,
453       I         K13,K23,KappaRS,KapGM,       I         KappaRS,
454       U         aTerm,xTerm,fZon,fMer,fVerS,       U         fVerS,
455       I         myThid)       I         myTime, myThid)
456               CALL TIMESTEP_TRACER(
457         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
458         I         salt, gS,
459         U         gSnm1,
460         I         myIter, myThid)
461           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)  
   
 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 )  
          ENDIF  
 #endif  
462    
463          ENDDO ! K  #ifdef   ALLOW_OBCS
464    C--      Apply open boundary conditions
465             IF (useOBCS) THEN
466               CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
467             END IF
468    #endif   /* ALLOW_OBCS */
469    
470    C--      Freeze water
471             IF (allowFreezing) THEN
472    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
473    CADJ STORE gTNm1(:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k
474    CADJ &   , key = kkey, byte = isbyte
475    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
476                CALL FREEZE( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, myThid )
477             END IF
478    
479    C--     end of thermodynamic k loop (Nr:1)
480            ENDDO
481    
482    
483    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
484    CPatrick? What about this one?
485               maximpl = 6
486               iikey = (ikey-1)*maximpl
487    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
488    
489  C--     Implicit diffusion  C--     Implicit diffusion
490          IF (implicitDiffusion) THEN          IF (implicitDiffusion) THEN
491           CALL IMPLDIFF( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  
492       I                  KappaRT,KappaRS,            IF (tempStepping) THEN
493       I                  myThid )  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
494                idkey = iikey + 1
495    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
496                CALL IMPLDIFF(
497         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
498         I         deltaTtracer, KappaRT, recip_HFacC,
499         U         gTNm1,
500         I         myThid )
501             ENDIF
502    
503             IF (saltStepping) THEN
504    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
505             idkey = iikey + 2
506    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
507                CALL IMPLDIFF(
508         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
509         I         deltaTtracer, KappaRS, recip_HFacC,
510         U         gSNm1,
511         I         myThid )
512             ENDIF
513    
514    #ifdef   ALLOW_OBCS
515    C--      Apply open boundary conditions
516             IF (useOBCS) THEN
517               DO K=1,Nr
518                 CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )
519               ENDDO
520             END IF
521    #endif   /* ALLOW_OBCS */
522    
523    C--     End If implicitDiffusion
524            ENDIF
525    
526    
527    
528    C--     Start of dynamics loop
529            DO k=1,Nr
530    
531    C--       km1    Points to level above k (=k-1)
532    C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above
533    C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
534    
535              km1  = MAX(1,k-1)
536              kup  = 1+MOD(k+1,2)
537              kDown= 1+MOD(k,2)
538    
539              iMin = 1-OLx+2
540              iMax = sNx+OLx-1
541              jMin = 1-OLy+2
542              jMax = sNy+OLy-1
543    
544    C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of
545    C        phiHyd(z=0)=0
546    C        distinguishe between Stagger and Non Stagger time stepping
547             IF (staggerTimeStep) THEN
548               CALL CALC_PHI_HYD(
549         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
550         I        gTnm1, gSnm1,
551         U        phiHyd,
552         I        myThid )
553             ELSE
554               CALL CALC_PHI_HYD(
555         I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
556         I        theta, salt,
557         U        phiHyd,
558         I        myThid )
559             ENDIF
560    
561    C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)
562    C        and step forward storing the result in gUnm1, gVnm1, etc...
563             IF ( momStepping ) THEN
564               CALL CALC_MOM_RHS(
565         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
566         I         phiHyd,KappaRU,KappaRV,
567         U         fVerU, fVerV,
568         I         myTime, myThid)
569               CALL TIMESTEP(
570         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,phiHyd,
571         I         myIter, myThid)
572    
573    #ifdef   ALLOW_OBCS
574    C--      Apply open boundary conditions
575             IF (useOBCS) THEN
576               CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
577             END IF
578    #endif   /* ALLOW_OBCS */
579    
580    #ifdef   ALLOW_AUTODIFF_TAMC
581    #ifdef   INCLUDE_CD_CODE
582             ELSE
583               DO j=1-OLy,sNy+OLy
584                 DO i=1-OLx,sNx+OLx
585                   guCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
586                   gvCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0
587                 END DO
588               END DO
589    #endif   /* INCLUDE_CD_CODE */
590    #endif   /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
591             ENDIF
592    
593    
594    C--     end of dynamics k loop (1:Nr)
595            ENDDO
596    
597    
598    
599    C--     Implicit viscosity
600            IF (implicitViscosity.AND.momStepping) THEN
601    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
602              idkey = iikey + 3
603    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
604              CALL IMPLDIFF(
605         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
606         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
607         U         gUNm1,
608         I         myThid )
609    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
610              idkey = iikey + 4
611    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
612              CALL IMPLDIFF(
613         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
614         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
615         U         gVNm1,
616         I         myThid )
617    
618    #ifdef   ALLOW_OBCS
619    C--      Apply open boundary conditions
620             IF (useOBCS) THEN
621               DO K=1,Nr
622                 CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )
623               ENDDO
624             END IF
625    #endif   /* ALLOW_OBCS */
626    
627    #ifdef    INCLUDE_CD_CODE
628    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
629              idkey = iikey + 5
630    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
631              CALL IMPLDIFF(
632         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
633         I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
634         U         vVelD,
635         I         myThid )
636    #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
637              idkey = iikey + 6
638    #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
639              CALL IMPLDIFF(
640         I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
641         I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
642         U         uVelD,
643         I         myThid )
644    #endif    /* INCLUDE_CD_CODE */
645    C--     End If implicitViscosity.AND.momStepping
646          ENDIF          ENDIF
647    
648         ENDDO         ENDDO
649        ENDDO        ENDDO
650    
 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))  
   
651        RETURN        RETURN
652        END        END
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