/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.65.2.2 by jmc, Mon Apr 9 16:08:34 2001 UTC revision 1.96 by jmc, Thu Apr 17 13:41:34 2003 UTC
# Line 3  C $Name$ Line 3  C $Name$
3    
4  #include "CPP_OPTIONS.h"  #include "CPP_OPTIONS.h"
5    
6    CBOP
7    C     !ROUTINE: DYNAMICS
8    C     !INTERFACE:
9        SUBROUTINE DYNAMICS(myTime, myIter, myThid)        SUBROUTINE DYNAMICS(myTime, myIter, myThid)
10  C     /==========================================================\  C     !DESCRIPTION: \bv
11  C     | SUBROUTINE DYNAMICS                                      |  C     *==========================================================*
12  C     | o Controlling routine for the explicit part of the model |  C     | SUBROUTINE DYNAMICS                                      
13  C     |   dynamics.                                              |  C     | o Controlling routine for the explicit part of the model  
14  C     |==========================================================|  C     |   dynamics.                                              
15  C     | This routine evaluates the "dynamics" terms for each     |  C     *==========================================================*
16  C     | block of ocean in turn. Because the blocks of ocean have |  C     | This routine evaluates the "dynamics" terms for each      
17  C     | overlap regions they are independent of one another.     |  C     | block of ocean in turn. Because the blocks of ocean have  
18  C     | If terms involving lateral integrals are needed in this  |  C     | overlap regions they are independent of one another.      
19  C     | routine care will be needed. Similarly finite-difference |  C     | If terms involving lateral integrals are needed in this  
20  C     | operations with stencils wider than the overlap region   |  C     | routine care will be needed. Similarly finite-difference  
21  C     | require special consideration.                           |  C     | operations with stencils wider than the overlap region    
22  C     | Notes                                                    |  C     | require special consideration.                            
23  C     | =====                                                    |  C     | The algorithm...
24  C     | C*P* comments indicating place holders for which code is |  C     |
25  C     |      presently being developed.                          |  C     | "Correction Step"
26  C     \==========================================================/  C     | =================
27    C     | Here we update the horizontal velocities with the surface
28    C     | pressure such that the resulting flow is either consistent
29    C     | with the free-surface evolution or the rigid-lid:
30    C     |   U[n] = U* + dt x d/dx P
31    C     |   V[n] = V* + dt x d/dy P
32    C     |
33    C     | "Calculation of Gs"
34    C     | ===================
35    C     | This is where all the accelerations and tendencies (ie.
36    C     | physics, parameterizations etc...) are calculated
37    C     |   rho = rho ( theta[n], salt[n] )
38    C     |   b   = b(rho, theta)
39    C     |   K31 = K31 ( rho )
40    C     |   Gu[n] = Gu( u[n], v[n], wVel, b, ... )
41    C     |   Gv[n] = Gv( u[n], v[n], wVel, b, ... )
42    C     |   Gt[n] = Gt( theta[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
43    C     |   Gs[n] = Gs( salt[n], u[n], v[n], wVel, K31, ... )
44    C     |
45    C     | "Time-stepping" or "Prediction"
46    C     | ================================
47    C     | The models variables are stepped forward with the appropriate
48    C     | time-stepping scheme (currently we use Adams-Bashforth II)
49    C     | - For momentum, the result is always *only* a "prediction"
50    C     | in that the flow may be divergent and will be "corrected"
51    C     | later with a surface pressure gradient.
52    C     | - Normally for tracers the result is the new field at time
53    C     | level [n+1} *BUT* in the case of implicit diffusion the result
54    C     | is also *only* a prediction.
55    C     | - We denote "predictors" with an asterisk (*).
56    C     |   U* = U[n] + dt x ( 3/2 Gu[n] - 1/2 Gu[n-1] )
57    C     |   V* = V[n] + dt x ( 3/2 Gv[n] - 1/2 Gv[n-1] )
58    C     |   theta[n+1] = theta[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
59    C     |   salt[n+1] = salt[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
60    C     | With implicit diffusion:
61    C     |   theta* = theta[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
62    C     |   salt* = salt[n] + dt x ( 3/2 Gt[n] - 1/2 atG[n-1] )
63    C     |   (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = theta*
64    C     |   (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
65    C     |
66    C     *==========================================================*
67    C     \ev
68    C     !USES:
69        IMPLICIT NONE        IMPLICIT NONE
   
70  C     == Global variables ===  C     == Global variables ===
71  #include "SIZE.h"  #include "SIZE.h"
72  #include "EEPARAMS.h"  #include "EEPARAMS.h"
73  #include "PARAMS.h"  #include "PARAMS.h"
74  #include "DYNVARS.h"  #include "DYNVARS.h"
75  #include "GRID.h"  #include "GRID.h"
76    #ifdef ALLOW_PASSIVE_TRACER
77    #include "TR1.h"
78    #endif
79  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
80  # include "tamc.h"  # include "tamc.h"
81  # include "tamc_keys.h"  # include "tamc_keys.h"
82  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  # include "FFIELDS.h"
83    # include "EOS.h"
84  #ifdef ALLOW_KPP  # ifdef ALLOW_KPP
85  # include "KPP.h"  #  include "KPP.h"
86  #endif  # endif
87    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
88  #ifdef ALLOW_TIMEAVE  
89  #include "TIMEAVE_STATV.h"  C     !CALLING SEQUENCE:
90  #endif  C     DYNAMICS()
91    C      |
92    C      |-- CALC_GRAD_PHI_SURF
93    C      |
94    C      |-- CALC_VISCOSITY
95    C      |
96    C      |-- CALC_PHI_HYD  
97    C      |
98    C      |-- MOM_FLUXFORM  
99    C      |
100    C      |-- MOM_VECINV    
101    C      |
102    C      |-- TIMESTEP      
103    C      |
104    C      |-- OBCS_APPLY_UV
105    C      |
106    C      |-- IMPLDIFF      
107    C      |
108    C      |-- OBCS_APPLY_UV
109    C      |
110    C      |-- CALL TIMEAVE_CUMUL_1T
111    C      |-- CALL DEBUG_STATS_RL
112    
113    C     !INPUT/OUTPUT PARAMETERS:
114  C     == Routine arguments ==  C     == Routine arguments ==
115  C     myTime - Current time in simulation  C     myTime - Current time in simulation
116  C     myIter - Current iteration number in simulation  C     myIter - Current iteration number in simulation
# Line 51  C     myThid - Thread number for this in Line 119  C     myThid - Thread number for this in
119        INTEGER myIter        INTEGER myIter
120        INTEGER myThid        INTEGER myThid
121    
122    C     !LOCAL VARIABLES:
123  C     == Local variables  C     == Local variables
 C     xA, yA                 - Per block temporaries holding face areas  
 C     uTrans, vTrans, rTrans - Per block temporaries holding flow  
 C                              transport  
 C                              o uTrans: Zonal transport  
 C                              o vTrans: Meridional transport  
 C                              o rTrans: Vertical transport  
 C     maskUp                   o maskUp: land/water mask for W points  
124  C     fVer[STUV]               o fVer: Vertical flux term - note fVer  C     fVer[STUV]               o fVer: Vertical flux term - note fVer
125  C                                      is "pipelined" in the vertical  C                                      is "pipelined" in the vertical
126  C                                      so we need an fVer for each  C                                      so we need an fVer for each
127  C                                      variable.  C                                      variable.
128  C     rhoK, rhoKM1   - Density at current level, and level above  C     phiHydC    :: hydrostatic potential anomaly at cell center
129  C     phiHyd         - Hydrostatic part of the potential phiHydi.  C                   In z coords phiHyd is the hydrostatic potential
130  C                      In z coords phiHydiHyd is the hydrostatic  C                      (=pressure/rho0) anomaly
131  C                      Potential (=pressure/rho0) anomaly  C                   In p coords phiHyd is the geopotential height anomaly.
132  C                      In p coords phiHydiHyd is the geopotential  C     phiHydF    :: hydrostatic potential anomaly at middle between 2 centers
133  C                      surface height anomaly.  C     dPhiHydX,Y :: Gradient (X & Y directions) of hydrostatic potential anom.
134  C     phiSurfX, - gradient of Surface potentiel (Pressure/rho, ocean)  C     phiSurfX,  ::  gradient of Surface potential (Pressure/rho, ocean)
135  C     phiSurfY             or geopotentiel (atmos) in X and Y direction  C     phiSurfY             or geopotential (atmos) in X and Y direction
 C     KappaRT,       - Total diffusion in vertical for T and S.  
 C     KappaRS          (background + spatially varying, isopycnal term).  
136  C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations  C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations
137  C     jMin, jMax       are applied.  C     jMin, jMax       are applied.
138  C     bi, bj  C     bi, bj
139  C     k, kup,        - Index for layer above and below. kup and kDown  C     k, kup,        - Index for layer above and below. kup and kDown
140  C     kDown, km1       are switched with layer to be the appropriate  C     kDown, km1       are switched with layer to be the appropriate
141  C                      index into fVerTerm.  C                      index into fVerTerm.
 C     tauAB - Adams-Bashforth timestepping weight: 0=forward ; 1/2=Adams-Bashf.  
       _RS xA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RS yA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL uTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL vTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL rTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RS maskUp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)  
       _RL fVerT   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)  
       _RL fVerS   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)  
142        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
143        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
144        _RL phiHyd  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)        _RL phiHydF (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
145        _RL rhokm1  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiHydC (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
146        _RL rhok    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL dPhiHydX(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
147          _RL dPhiHydY(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly)
148        _RL phiSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
149        _RL phiSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiSurfY(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
       _RL KappaRT (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)  
       _RL KappaRS (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)  
150        _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)        _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
151        _RL KappaRV (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)        _RL KappaRV (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
       _RL sigmaX  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)  
       _RL sigmaY  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)  
       _RL sigmaR  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)  
       _RL tauAB  
   
 C This is currently used by IVDC and Diagnostics  
       _RL ConvectCount (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)  
152    
153        INTEGER iMin, iMax        INTEGER iMin, iMax
154        INTEGER jMin, jMax        INTEGER jMin, jMax
155        INTEGER bi, bj        INTEGER bi, bj
156        INTEGER i, j        INTEGER i, j
157        INTEGER k, km1, kup, kDown        INTEGER k, km1, kp1, kup, kDown
158    
159  Cjmc : add for phiHyd output <- but not working if multi tile per CPU        LOGICAL  DIFFERENT_MULTIPLE
160  c     CHARACTER*(MAX_LEN_MBUF) suff        EXTERNAL DIFFERENT_MULTIPLE
 c     LOGICAL  DIFFERENT_MULTIPLE  
 c     EXTERNAL DIFFERENT_MULTIPLE  
 Cjmc(end)  
161    
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
       INTEGER    isbyte  
       PARAMETER( isbyte = 4 )  
   
       INTEGER act1, act2, act3, act4  
       INTEGER max1, max2, max3  
       INTEGER iikey, kkey  
       INTEGER maximpl  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
   
162  C---    The algorithm...  C---    The algorithm...
163  C  C
164  C       "Correction Step"  C       "Correction Step"
# Line 172  C         salt* = salt[n] + dt x ( 3/2 G Line 202  C         salt* = salt[n] + dt x ( 3/2 G
202  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = theta*  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = theta*
203  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
204  C---  C---
205    CEOP
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 C--   dummy statement to end declaration part  
       ikey = 1  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
206    
207  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values
208  C     These inital values do not alter the numerical results. They  C     These inital values do not alter the numerical results. They
# Line 185  C     point numbers. This prevents spuri Line 211  C     point numbers. This prevents spuri
211  C     uninitialised but inert locations.  C     uninitialised but inert locations.
212        DO j=1-OLy,sNy+OLy        DO j=1-OLy,sNy+OLy
213         DO i=1-OLx,sNx+OLx         DO i=1-OLx,sNx+OLx
         xA(i,j)      = 0. _d 0  
         yA(i,j)      = 0. _d 0  
         uTrans(i,j)  = 0. _d 0  
         vTrans(i,j)  = 0. _d 0  
         DO k=1,Nr  
          phiHyd(i,j,k)  = 0. _d 0  
          KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0  
          KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0  
          sigmaX(i,j,k) = 0. _d 0  
          sigmaY(i,j,k) = 0. _d 0  
          sigmaR(i,j,k) = 0. _d 0  
         ENDDO  
         rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0  
         rhok   (i,j) = 0. _d 0  
214          phiSurfX(i,j) = 0. _d 0          phiSurfX(i,j) = 0. _d 0
215          phiSurfY(i,j) = 0. _d 0          phiSurfY(i,j) = 0. _d 0
216         ENDDO         ENDDO
217        ENDDO        ENDDO
218    
219    C-- Call to routine for calculation of
220    C   Eliassen-Palm-flux-forced U-tendency,
221    C   if desired:
222    #ifdef INCLUDE_EP_FORCING_CODE
223          CALL CALC_EP_FORCING(myThid)
224    #endif
225    
226  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
227  C--   HPF directive to help TAMC  C--   HPF directive to help TAMC
# Line 214  CHPF$ INDEPENDENT Line 232  CHPF$ INDEPENDENT
232    
233  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
234  C--    HPF directive to help TAMC  C--    HPF directive to help TAMC
235  CHPF$  INDEPENDENT, NEW (rTrans,fVerT,fVerS,fVerU,fVerV  CHPF$  INDEPENDENT, NEW (fVerU,fVerV
236  CHPF$&                  ,phiHyd,utrans,vtrans,xA,yA  CHPF$&                  ,phiHydF
237  CHPF$&                  ,KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV  CHPF$&                  ,KappaRU,KappaRV
238  CHPF$&                  )  CHPF$&                  )
239  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
240    
# Line 225  CHPF$&                  ) Line 243  CHPF$&                  )
243  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
244            act1 = bi - myBxLo(myThid)            act1 = bi - myBxLo(myThid)
245            max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1            max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1
   
246            act2 = bj - myByLo(myThid)            act2 = bj - myByLo(myThid)
247            max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1            max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1
   
248            act3 = myThid - 1            act3 = myThid - 1
249            max3 = nTx*nTy            max3 = nTx*nTy
   
250            act4 = ikey_dynamics - 1            act4 = ikey_dynamics - 1
251              idynkey = (act1 + 1) + act2*max1
           ikey = (act1 + 1) + act2*max1  
252       &                      + act3*max1*max2       &                      + act3*max1*max2
253       &                      + act4*max1*max2*max3       &                      + act4*max1*max2*max3
254  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
255    
256  C--     Set up work arrays that need valid initial values  C--     Set up work arrays that need valid initial values
         DO j=1-OLy,sNy+OLy  
          DO i=1-OLx,sNx+OLx  
           rTrans(i,j)   = 0. _d 0  
           fVerT (i,j,1) = 0. _d 0  
           fVerT (i,j,2) = 0. _d 0  
           fVerS (i,j,1) = 0. _d 0  
           fVerS (i,j,2) = 0. _d 0  
           fVerU (i,j,1) = 0. _d 0  
           fVerU (i,j,2) = 0. _d 0  
           fVerV (i,j,1) = 0. _d 0  
           fVerV (i,j,2) = 0. _d 0  
          ENDDO  
         ENDDO  
   
257          DO k=1,Nr          DO k=1,Nr
258           DO j=1-OLy,sNy+OLy           DO j=1-OLy,sNy+OLy
259            DO i=1-OLx,sNx+OLx            DO i=1-OLx,sNx+OLx
260  C This is currently also used by IVDC and Diagnostics             KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0
261             ConvectCount(i,j,k) = 0.             KappaRV(i,j,k) = 0. _d 0
            KappaRT(i,j,k) = 0. _d 0  
            KappaRS(i,j,k) = 0. _d 0  
262            ENDDO            ENDDO
263           ENDDO           ENDDO
264          ENDDO          ENDDO
265            DO j=1-OLy,sNy+OLy
266          iMin = 1-OLx+1           DO i=1-OLx,sNx+OLx
267          iMax = sNx+OLx            fVerU  (i,j,1) = 0. _d 0
268          jMin = 1-OLy+1            fVerU  (i,j,2) = 0. _d 0
269          jMax = sNy+OLy            fVerV  (i,j,1) = 0. _d 0
270              fVerV  (i,j,2) = 0. _d 0
271              phiHydF (i,j)  = 0. _d 0
272  C--     Start of diagnostic loop            phiHydC (i,j)  = 0. _d 0
273          DO k=Nr,1,-1            dPhiHydX(i,j)  = 0. _d 0
274              dPhiHydY(i,j)  = 0. _d 0
275  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC           ENDDO
 C? Patrick, is this formula correct now that we change the loop range?  
 C? Do we still need this?  
          kkey = (ikey-1)*(Nr-2+1) + (k-2) + 1  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
   
 C--       Integrate continuity vertically for vertical velocity  
           CALL INTEGRATE_FOR_W(  
      I                         bi, bj, k, uVel, vVel,  
      O                         wVel,  
      I                         myThid )  
   
 #ifdef    ALLOW_OBCS  
 #ifdef    ALLOW_NONHYDROSTATIC  
 C--       Apply OBC to W if in N-H mode  
           IF (useOBCS.AND.nonHydrostatic) THEN  
             CALL OBCS_APPLY_W( bi, bj, k, wVel, myThid )  
           ENDIF  
 #endif    /* ALLOW_NONHYDROSTATIC */  
 #endif    /* ALLOW_OBCS */  
   
 C--       Calculate gradients of potential density for isoneutral  
 C         slope terms (e.g. GM/Redi tensor or IVDC diffusivity)  
 c         IF ( k.GT.1 .AND. (useGMRedi.OR.ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN  
           IF ( useGMRedi .OR. (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) ) THEN  
             CALL FIND_RHO(  
      I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, k, eosType,  
      I        theta, salt,  
      O        rhoK,  
      I        myThid )  
             IF (k.GT.1) CALL FIND_RHO(  
      I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k-1, k, eosType,  
      I        theta, salt,  
      O        rhoKm1,  
      I        myThid )  
             CALL GRAD_SIGMA(  
      I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,  
      I             rhoK, rhoKm1, rhoK,  
      O             sigmaX, sigmaY, sigmaR,  
      I             myThid )  
           ENDIF  
   
 C--       Implicit Vertical Diffusion for Convection  
 c ==> should use sigmaR !!!  
           IF (k.GT.1 .AND. ivdc_kappa.NE.0.) THEN  
             CALL CALC_IVDC(  
      I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,  
      I        rhoKm1, rhoK,  
      U        ConvectCount, KappaRT, KappaRS,  
      I        myTime, myIter, myThid)  
           ENDIF  
   
 C--     end of diagnostic k loop (Nr:1)  
276          ENDDO          ENDDO
277    
278  #ifdef  ALLOW_OBCS  C--     Start computation of dynamics
279  C--     Calculate future values on open boundaries          iMin = 0
280          IF (useOBCS) THEN          iMax = sNx+1
281            CALL OBCS_CALC( bi, bj, myTime+deltaT,          jMin = 0
282       I            uVel, vVel, wVel, theta, salt,          jMax = sNy+1
      I            myThid )  
         ENDIF  
 #endif  /* ALLOW_OBCS */  
283    
 C--     Determines forcing terms based on external fields  
 C       relaxation terms, etc.  
         CALL EXTERNAL_FORCING_SURF(  
      I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  
      I             myThid )  
   
 #ifdef  ALLOW_GMREDI  
 C--     Calculate iso-neutral slopes for the GM/Redi parameterisation  
         IF (useGMRedi) THEN  
           DO k=1,Nr  
             CALL GMREDI_CALC_TENSOR(  
      I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,  
      I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,  
      I             myThid )  
           ENDDO  
284  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
285          ELSE  CADJ STORE wvel (:,:,:,bi,bj) =
286            DO k=1, Nr  CADJ &     comlev1_bibj, key = idynkey, byte = isbyte
             CALL GMREDI_CALC_TENSOR_DUMMY(  
      I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,  
      I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,  
      I             myThid )  
           ENDDO  
287  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
         ENDIF  
 #endif  /* ALLOW_GMREDI */  
288    
289  #ifdef  ALLOW_KPP  C--     Explicit part of the Surface Potentiel Gradient (add in TIMESTEP)
290  C--     Compute KPP mixing coefficients  C       (note: this loop will be replaced by CALL CALC_GRAD_ETA)
291          IF (useKPP) THEN          IF (implicSurfPress.NE.1.) THEN
292            CALL KPP_CALC(            CALL CALC_GRAD_PHI_SURF(
293       I                  bi, bj, myTime, myThid )       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,
294         I         etaN,
295         O         phiSurfX,phiSurfY,
296         I         myThid )                        
297          ENDIF          ENDIF
 #endif  /* ALLOW_KPP */  
298    
299  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
300  CADJ STORE KappaRT(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
301  CADJ STORE KappaRS(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
302  CADJ STORE theta(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  #ifdef ALLOW_KPP
303  CADJ STORE salt (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  CADJ STORE KPPviscAz (:,:,:,bi,bj)
304  CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  CADJ &                 = comlev1_bibj, key=idynkey, byte=isbyte
305  CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  #endif /* ALLOW_KPP */
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
   
 #ifdef ALLOW_AIM  
 C       AIM - atmospheric intermediate model, physics package code.  
 C note(jmc) : phiHyd=0 at this point but is not really used in Molteni Physics  
         IF ( useAIM ) THEN  
          CALL TIMER_START('AIM_DO_ATMOS_PHYS      [DYNAMICS]', myThid)  
          CALL AIM_DO_ATMOS_PHYSICS( phiHyd, myTime, myThid )  
          CALL TIMER_STOP ('AIM_DO_ATMOS_PHYS      [DYNAMICS]', myThid)  
         ENDIF  
 #endif /* ALLOW_AIM */  
   
   
 C--     Start of thermodynamics loop  
         DO k=Nr,1,-1  
   
 C--       km1    Points to level above k (=k-1)  
 C--       kup    Cycles through 1,2 to point to layer above  
 C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer  
   
           km1  = MAX(1,k-1)  
           kup  = 1+MOD(k+1,2)  
           kDown= 1+MOD(k,2)  
   
           iMin = 1-OLx+2  
           iMax = sNx+OLx-1  
           jMin = 1-OLy+2  
           jMax = sNy+OLy-1  
   
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 CPatrick Is this formula correct?  
          kkey = (ikey-1)*(Nr-1+1) + (k-1) + 1  
 CADJ STORE rTrans(:,:)       = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte  
 CADJ STORE KappaRT(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte  
 CADJ STORE KappaRS(:,:,:)    = comlev1_bibj_k, key = kkey, byte = isbyte  
306  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
307    
 C--      Get temporary terms used by tendency routines  
          CALL CALC_COMMON_FACTORS (  
      I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,  
      O        xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,  
      I        myThid)  
   
308  #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL  #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL
309  C--      Calculate the total vertical diffusivity  C--      Calculate the total vertical diffusivity
310           CALL CALC_DIFFUSIVITY(          DO k=1,Nr
311             CALL CALC_VISCOSITY(
312       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
313       I        maskUp,       O        KappaRU,KappaRV,
      O        KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV,  
314       I        myThid)       I        myThid)
315           ENDDO
316  #endif  #endif
317    
 C--      Calculate active tracer tendencies (gT,gS,...)  
 C        and step forward storing result in gTnm1, gSnm1, etc.  
          IF ( tempStepping ) THEN  
            CALL CALC_GT(  
      I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,  
      I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,  
      I         KappaRT,  
      U         fVerT,  
      I         myTime, myThid)  
            tauAB = 0.5d0 + abEps  
            CALL TIMESTEP_TRACER(  
      I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,tauAB,  
      I         theta, gT,  
      U         gTnm1,  
      I         myIter, myThid)  
          ENDIF  
          IF ( saltStepping ) THEN  
            CALL CALC_GS(  
      I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax, k,km1,kup,kDown,  
      I         xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,  
      I         KappaRS,  
      U         fVerS,  
      I         myTime, myThid)  
            tauAB = 0.5d0 + abEps  
            CALL TIMESTEP_TRACER(  
      I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,tauAB,  
      I         salt, gS,  
      U         gSnm1,  
      I         myIter, myThid)  
          ENDIF  
   
 #ifdef   ALLOW_OBCS  
 C--      Apply open boundary conditions  
          IF (useOBCS) THEN  
            CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )  
          END IF  
 #endif   /* ALLOW_OBCS */  
   
 C--      Freeze water  
          IF (allowFreezing) THEN  
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 CADJ STORE gTNm1(:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k  
 CADJ &   , key = kkey, byte = isbyte  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
             CALL FREEZE( bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, myThid )  
          END IF  
   
 C--     end of thermodynamic k loop (Nr:1)  
         ENDDO  
   
   
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 CPatrick? What about this one?  
            maximpl = 6  
            iikey = (ikey-1)*maximpl  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
   
 C--     Implicit diffusion  
         IF (implicitDiffusion) THEN  
   
          IF (tempStepping) THEN  
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
             idkey = iikey + 1  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
             CALL IMPLDIFF(  
      I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  
      I         deltaTtracer, KappaRT, recip_HFacC,  
      U         gTNm1,  
      I         myThid )  
          ENDIF  
   
          IF (saltStepping) THEN  
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
          idkey = iikey + 2  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
             CALL IMPLDIFF(  
      I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,  
      I         deltaTtracer, KappaRS, recip_HFacC,  
      U         gSNm1,  
      I         myThid )  
          ENDIF  
   
 #ifdef   ALLOW_OBCS  
 C--      Apply open boundary conditions  
          IF (useOBCS) THEN  
            DO K=1,Nr  
              CALL OBCS_APPLY_TS( bi, bj, k, gTnm1, gSnm1, myThid )  
            ENDDO  
          END IF  
 #endif   /* ALLOW_OBCS */  
   
 C--     End If implicitDiffusion  
         ENDIF  
   
 C--     Start computation of dynamics  
         iMin = 1-OLx+2  
         iMax = sNx+OLx-1  
         jMin = 1-OLy+2  
         jMax = sNy+OLy-1  
   
 C--     Explicit part of the Surface Potentiel Gradient (add in TIMESTEP)  
 C       (note: this loop will be replaced by CALL CALC_GRAD_ETA)  
         IF (implicSurfPress.NE.1.) THEN  
           CALL CALC_GRAD_PHI_SURF(  
      I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,  
      I         etaN,  
      O         phiSurfX,phiSurfY,  
      I         myThid )                          
         ENDIF  
   
318  C--     Start of dynamics loop  C--     Start of dynamics loop
319          DO k=1,Nr          DO k=1,Nr
320    
# Line 550  C--       kup    Cycles through 1,2 to p Line 323  C--       kup    Cycles through 1,2 to p
323  C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer  C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
324    
325            km1  = MAX(1,k-1)            km1  = MAX(1,k-1)
326              kp1  = MIN(k+1,Nr)
327            kup  = 1+MOD(k+1,2)            kup  = 1+MOD(k+1,2)
328            kDown= 1+MOD(k,2)            kDown= 1+MOD(k,2)
329    
330    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
331             kkey = (idynkey-1)*Nr + k
332    CADJ STORE totphihyd (:,:,k,bi,bj)
333    CADJ &     = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte
334    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
335    
336  C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of  C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of
337  C        phiHyd(z=0)=0  C        phiHyd(z=0)=0
338  C        distinguishe between Stagger and Non Stagger time stepping  C        distinguishe between Stagger and Non Stagger time stepping
339           IF (staggerTimeStep) THEN           IF (staggerTimeStep) THEN
340             CALL CALC_PHI_HYD(             CALL CALC_PHI_HYD(
341       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
342       I        gTnm1, gSnm1,       I        gT, gS,
343       U        phiHyd,       U        phiHydF,
344       I        myThid )       O        phiHydC, dPhiHydX, dPhiHydY,
345         I        myTime, myIter, myThid )
346           ELSE           ELSE
347             CALL CALC_PHI_HYD(             CALL CALC_PHI_HYD(
348       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
349       I        theta, salt,       I        theta, salt,
350       U        phiHyd,       U        phiHydF,
351       I        myThid )       O        phiHydC, dPhiHydX, dPhiHydY,
352         I        myTime, myIter, myThid )
353           ENDIF           ENDIF
354    
355  C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)  C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)
356  C        and step forward storing the result in gUnm1, gVnm1, etc...  C        and step forward storing the result in gU, gV, etc...
357           IF ( momStepping ) THEN           IF ( momStepping ) THEN
358             CALL CALC_MOM_RHS(  #ifndef DISABLE_MOM_FLUXFORM
359               IF (.NOT. vectorInvariantMomentum) CALL MOM_FLUXFORM(
360       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
361       I         phiHyd,KappaRU,KappaRV,       I         dPhiHydX,dPhiHydY,KappaRU,KappaRV,
362       U         fVerU, fVerV,       U         fVerU, fVerV,
363       I         myTime, myThid)       I         myTime, myIter, myThid)
364    #endif
365    #ifndef DISABLE_MOM_VECINV
366               IF (vectorInvariantMomentum) CALL MOM_VECINV(
367         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
368         I         dPhiHydX,dPhiHydY,KappaRU,KappaRV,
369         U         fVerU, fVerV,
370         I         myTime, myIter, myThid)
371    #endif
372             CALL TIMESTEP(             CALL TIMESTEP(
373       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
374       I         phiHyd, phiSurfX, phiSurfY,       I         dPhiHydX,dPhiHydY, phiSurfX, phiSurfY,
375       I         myIter, myThid)       I         myTime, myIter, myThid)
376    
377  #ifdef   ALLOW_OBCS  #ifdef   ALLOW_OBCS
378  C--      Apply open boundary conditions  C--      Apply open boundary conditions
379           IF (useOBCS) THEN             IF (useOBCS) THEN
380             CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )               CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gU, gV, myThid )
381           END IF             ENDIF
382  #endif   /* ALLOW_OBCS */  #endif   /* ALLOW_OBCS */
383    
 #ifdef   ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 #ifdef   INCLUDE_CD_CODE  
          ELSE  
            DO j=1-OLy,sNy+OLy  
              DO i=1-OLx,sNx+OLx  
                guCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0  
                gvCD(i,j,k,bi,bj) = 0.0  
              END DO  
            END DO  
 #endif   /* INCLUDE_CD_CODE */  
 #endif   /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
384           ENDIF           ENDIF
385    
386    
387  C--     end of dynamics k loop (1:Nr)  C--     end of dynamics k loop (1:Nr)
388          ENDDO          ENDDO
389    
   
   
390  C--     Implicit viscosity  C--     Implicit viscosity
391          IF (implicitViscosity.AND.momStepping) THEN          IF (implicitViscosity.AND.momStepping) THEN
392  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
393            idkey = iikey + 3  CADJ STORE gU(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
394  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
395            CALL IMPLDIFF(            CALL IMPLDIFF(
396       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
397       I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,       I         deltaTmom, KappaRU,recip_HFacW,
398       U         gUNm1,       U         gU,
399       I         myThid )       I         myThid )
400  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
401            idkey = iikey + 4  CADJ STORE gVNm1(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
402  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
403            CALL IMPLDIFF(            CALL IMPLDIFF(
404       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
405       I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,       I         deltaTmom, KappaRV,recip_HFacS,
406       U         gVNm1,       U         gV,
407       I         myThid )       I         myThid )
408    
409  #ifdef   ALLOW_OBCS  #ifdef   ALLOW_OBCS
410  C--      Apply open boundary conditions  C--      Apply open boundary conditions
411           IF (useOBCS) THEN           IF (useOBCS) THEN
412             DO K=1,Nr             DO K=1,Nr
413               CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gUnm1, gVnm1, myThid )               CALL OBCS_APPLY_UV( bi, bj, k, gU, gV, myThid )
414             ENDDO             ENDDO
415           END IF           END IF
416  #endif   /* ALLOW_OBCS */  #endif   /* ALLOW_OBCS */
417    
418  #ifdef    INCLUDE_CD_CODE  #ifdef    INCLUDE_CD_CODE
419  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
420            idkey = iikey + 5  CADJ STORE vVelD(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
421  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
422            CALL IMPLDIFF(            CALL IMPLDIFF(
423       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
# Line 647  C--      Apply open boundary conditions Line 425  C--      Apply open boundary conditions
425       U         vVelD,       U         vVelD,
426       I         myThid )       I         myThid )
427  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef    ALLOW_AUTODIFF_TAMC
428            idkey = iikey + 6  CADJ STORE uVelD(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=idynkey, byte=isbyte
429  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif    /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
430            CALL IMPLDIFF(            CALL IMPLDIFF(
431       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,       I         bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax,
# Line 658  C--      Apply open boundary conditions Line 436  C--      Apply open boundary conditions
436  C--     End If implicitViscosity.AND.momStepping  C--     End If implicitViscosity.AND.momStepping
437          ENDIF          ENDIF
438    
 Cjmc : add for phiHyd output <- but not working if multi tile per CPU  
 c       IF ( DIFFERENT_MULTIPLE(dumpFreq,myTime+deltaTClock,myTime)  
 c    &  .AND. buoyancyRelation .eq. 'ATMOSPHERIC' ) THEN  
 c         WRITE(suff,'(I10.10)') myIter+1  
 c         CALL WRITE_FLD_XYZ_RL('PH.',suff,phiHyd,myIter+1,myThid)  
 c       ENDIF  
 Cjmc(end)  
   
 #ifdef ALLOW_TIMEAVE  
         IF (taveFreq.GT.0.) THEN  
           CALL TIMEAVE_CUMULATE(phiHydtave, phiHyd, Nr,  
      I                              deltaTclock, bi, bj, myThid)  
           IF (ivdc_kappa.NE.0.) THEN  
             CALL TIMEAVE_CUMULATE(ConvectCountTave, ConvectCount, Nr,  
      I                              deltaTclock, bi, bj, myThid)  
           ENDIF  
         ENDIF  
 #endif /* ALLOW_TIMEAVE */  
   
439         ENDDO         ENDDO
440        ENDDO        ENDDO
441    
442    Cml(
443    C     In order to compare the variance of phiHydLow of a p/z-coordinate
444    C     run with etaH of a z/p-coordinate run the drift of phiHydLow
445    C     has to be removed by something like the following subroutine:
446    C      CALL REMOVE_MEAN_RL( 1, phiHydLow, maskH, maskH, rA, drF,
447    C     &                'phiHydLow', myThid )
448    Cml)
449    
450    #ifndef DISABLE_DEBUGMODE
451          If (debugMode) THEN
452           CALL DEBUG_STATS_RL(1,EtaN,'EtaN (DYNAMICS)',myThid)
453           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,uVel,'Uvel (DYNAMICS)',myThid)
454           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,vVel,'Vvel (DYNAMICS)',myThid)
455           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,wVel,'Wvel (DYNAMICS)',myThid)
456           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,theta,'Theta (DYNAMICS)',myThid)
457           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,salt,'Salt (DYNAMICS)',myThid)
458           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gu,'Gu (DYNAMICS)',myThid)
459           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gv,'Gv (DYNAMICS)',myThid)
460           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gt,'Gt (DYNAMICS)',myThid)
461           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gs,'Gs (DYNAMICS)',myThid)
462           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GuNm1,'GuNm1 (DYNAMICS)',myThid)
463           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GvNm1,'GvNm1 (DYNAMICS)',myThid)
464           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GtNm1,'GtNm1 (DYNAMICS)',myThid)
465           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GsNm1,'GsNm1 (DYNAMICS)',myThid)
466          ENDIF
467    #endif
468    
469        RETURN        RETURN
470        END        END
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