/[MITgcm]/MITgcm/model/src/dynamics.F
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revision 1.68 by adcroft, Tue May 29 14:01:37 2001 UTC revision 1.85 by heimbach, Fri Feb 15 21:29:04 2002 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"
# Line 41  C     == Global variables === Line 87  C     == Global variables ===
87  #  include "GMREDI.h"  #  include "GMREDI.h"
88  # endif  # endif
89  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
   
90  #ifdef ALLOW_TIMEAVE  #ifdef ALLOW_TIMEAVE
91  #include "TIMEAVE_STATV.h"  #include "TIMEAVE_STATV.h"
92  #endif  #endif
93    
94    C     !CALLING SEQUENCE:
95    C     DYNAMICS()
96    C      |
97    C      |-- CALC_GRAD_PHI_SURF
98    C      |
99    C      |-- CALC_VISCOSITY
100    C      |
101    C      |-- CALC_PHI_HYD  
102    C      |
103    C      |-- MOM_FLUXFORM  
104    C      |
105    C      |-- MOM_VECINV    
106    C      |
107    C      |-- TIMESTEP      
108    C      |
109    C      |-- OBCS_APPLY_UV
110    C      |
111    C      |-- IMPLDIFF      
112    C      |
113    C      |-- OBCS_APPLY_UV
114    C      |
115    C      |-- CALL TIMEAVE_CUMUL_1T
116    C      |-- CALL DEBUG_STATS_RL
117    
118    C     !INPUT/OUTPUT PARAMETERS:
119  C     == Routine arguments ==  C     == Routine arguments ==
120  C     myTime - Current time in simulation  C     myTime - Current time in simulation
121  C     myIter - Current iteration number in simulation  C     myIter - Current iteration number in simulation
# Line 54  C     myThid - Thread number for this in Line 124  C     myThid - Thread number for this in
124        INTEGER myIter        INTEGER myIter
125        INTEGER myThid        INTEGER myThid
126    
127    C     !LOCAL VARIABLES:
128  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  
129  C     fVer[STUV]               o fVer: Vertical flux term - note fVer  C     fVer[STUV]               o fVer: Vertical flux term - note fVer
130  C                                      is "pipelined" in the vertical  C                                      is "pipelined" in the vertical
131  C                                      so we need an fVer for each  C                                      so we need an fVer for each
# Line 74  C                      In p coords phiHy Line 138  C                      In p coords phiHy
138  C                      surface height anomaly.  C                      surface height anomaly.
139  C     phiSurfX, - gradient of Surface potentiel (Pressure/rho, ocean)  C     phiSurfX, - gradient of Surface potentiel (Pressure/rho, ocean)
140  C     phiSurfY             or geopotentiel (atmos) in X and Y direction  C     phiSurfY             or geopotentiel (atmos) in X and Y direction
 C     KappaRT,       - Total diffusion in vertical for T and S.  
 C     KappaRS          (background + spatially varying, isopycnal term).  
141  C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations  C     iMin, iMax     - Ranges and sub-block indices on which calculations
142  C     jMin, jMax       are applied.  C     jMin, jMax       are applied.
143  C     bi, bj  C     bi, bj
144  C     k, kup,        - Index for layer above and below. kup and kDown  C     k, kup,        - Index for layer above and below. kup and kDown
145  C     kDown, km1       are switched with layer to be the appropriate  C     kDown, km1       are switched with layer to be the appropriate
146  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)  
147        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerU   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
148        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerV   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
149        _RL phiHyd  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)        _RL phiHyd  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)
# Line 98  C     tauAB - Adams-Bashforth timesteppi Line 151  C     tauAB - Adams-Bashforth timesteppi
151        _RL rhok    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rhok    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
152        _RL phiSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL phiSurfX(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
153        _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)  
154        _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)        _RL KappaRU (1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,Nr)
155        _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)  
156    
157        INTEGER iMin, iMax        INTEGER iMin, iMax
158        INTEGER jMin, jMax        INTEGER jMin, jMax
159        INTEGER bi, bj        INTEGER bi, bj
160        INTEGER i, j        INTEGER i, j
161        INTEGER k, km1, kup, kDown        INTEGER k, km1, kp1, kup, kDown
162    
163  Cjmc : add for phiHyd output <- but not working if multi tile per CPU  Cjmc : add for phiHyd output <- but not working if multi tile per CPU
164  c     CHARACTER*(MAX_LEN_MBUF) suff  c     CHARACTER*(MAX_LEN_MBUF) suff
# Line 165  C         salt* = salt[n] + dt x ( 3/2 G Line 209  C         salt* = salt[n] + dt x ( 3/2 G
209  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = theta*  C         (1 + dt * K * d_zz) theta[n] = theta*
210  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*  C         (1 + dt * K * d_zz) salt[n] = salt*
211  C---  C---
212    CEOP
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 C--   dummy statement to end declaration part  
       ikey = 1  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
213    
214  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values  C--   Set up work arrays with valid (i.e. not NaN) values
215  C     These inital values do not alter the numerical results. They  C     These inital values do not alter the numerical results. They
# Line 178  C     point numbers. This prevents spuri Line 218  C     point numbers. This prevents spuri
218  C     uninitialised but inert locations.  C     uninitialised but inert locations.
219        DO j=1-OLy,sNy+OLy        DO j=1-OLy,sNy+OLy
220         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  
221          DO k=1,Nr          DO k=1,Nr
222           phiHyd(i,j,k)  = 0. _d 0           phiHyd(i,j,k)  = 0. _d 0
223           KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0           KappaRU(i,j,k) = 0. _d 0
224           KappaRV(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  
225          ENDDO          ENDDO
226          rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0          rhoKM1 (i,j) = 0. _d 0
227          rhok   (i,j) = 0. _d 0          rhok   (i,j) = 0. _d 0
# Line 197  C     uninitialised but inert locations. Line 230  C     uninitialised but inert locations.
230         ENDDO         ENDDO
231        ENDDO        ENDDO
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  CHPF$ INDEPENDENT
# Line 207  CHPF$ INDEPENDENT Line 239  CHPF$ INDEPENDENT
239    
240  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
241  C--    HPF directive to help TAMC  C--    HPF directive to help TAMC
242  CHPF$  INDEPENDENT, NEW (rTrans,fVerT,fVerS,fVerU,fVerV  CHPF$  INDEPENDENT, NEW (fVerU,fVerV
243  CHPF$&                  ,phiHyd,utrans,vtrans,xA,yA  CHPF$&                  ,phiHyd
244  CHPF$&                  ,KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV  CHPF$&                  ,KappaRU,KappaRV
245  CHPF$&                  )  CHPF$&                  )
246  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
247    
# Line 218  CHPF$&                  ) Line 250  CHPF$&                  )
250  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
251            act1 = bi - myBxLo(myThid)            act1 = bi - myBxLo(myThid)
252            max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1            max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1
   
253            act2 = bj - myByLo(myThid)            act2 = bj - myByLo(myThid)
254            max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1            max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1
   
255            act3 = myThid - 1            act3 = myThid - 1
256            max3 = nTx*nTy            max3 = nTx*nTy
   
257            act4 = ikey_dynamics - 1            act4 = ikey_dynamics - 1
   
258            ikey = (act1 + 1) + act2*max1            ikey = (act1 + 1) + act2*max1
259       &                      + act3*max1*max2       &                      + act3*max1*max2
260       &                      + act4*max1*max2*max3       &                      + act4*max1*max2*max3
# Line 235  CHPF$&                  ) Line 263  CHPF$&                  )
263  C--     Set up work arrays that need valid initial values  C--     Set up work arrays that need valid initial values
264          DO j=1-OLy,sNy+OLy          DO j=1-OLy,sNy+OLy
265           DO i=1-OLx,sNx+OLx           DO i=1-OLx,sNx+OLx
266            rTrans(i,j)   = 0. _d 0            fVerU  (i,j,1) = 0. _d 0
267            fVerT (i,j,1) = 0. _d 0            fVerU  (i,j,2) = 0. _d 0
268            fVerT (i,j,2) = 0. _d 0            fVerV  (i,j,1) = 0. _d 0
269            fVerS (i,j,1) = 0. _d 0            fVerV  (i,j,2) = 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  
270           ENDDO           ENDDO
271          ENDDO          ENDDO
272    
273          DO k=1,Nr  C--     Start computation of dynamics
274           DO j=1-OLy,sNy+OLy          iMin = 1-OLx+2
275            DO i=1-OLx,sNx+OLx          iMax = sNx+OLx-1
276  C This is currently also used by IVDC and Diagnostics          jMin = 1-OLy+2
277             ConvectCount(i,j,k) = 0.          jMax = sNy+OLy-1
            KappaRT(i,j,k) = 0. _d 0  
            KappaRS(i,j,k) = 0. _d 0  
           ENDDO  
          ENDDO  
         ENDDO  
   
         iMin = 1-OLx+1  
         iMax = sNx+OLx  
         jMin = 1-OLy+1  
         jMax = sNy+OLy  
   
   
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 CADJ STORE theta(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  
 CADJ STORE salt (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  
 CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  
 CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
   
 C--     Start of diagnostic loop  
         DO k=Nr,1,-1  
   
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 C? Patrick, is this formula correct now that we change the loop range?  
 C? Do we still need this?  
 cph kkey formula corrected.  
 cph Needed for rhok, rhokm1, in the case useGMREDI.  
          kkey = (ikey-1)*Nr + k  
 CADJ STORE rhokm1(:,:) = comlev1_bibj_k ,       key=kkey, byte=isbyte  
 CADJ STORE rhok  (:,:) = comlev1_bibj_k ,       key=kkey, byte=isbyte  
 #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  
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 CADJ STORE theta(:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte  
 CADJ STORE salt (:,:,k,bi,bj) = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
             CALL FIND_RHO(  
      I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k, k, eosType,  
      I        theta, salt,  
      O        rhoK,  
      I        myThid )  
             IF (k.GT.1) THEN  
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 CADJ STORE theta(:,:,k-1,bi,bj) = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte  
 CADJ STORE salt (:,:,k-1,bi,bj) = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
              CALL FIND_RHO(  
      I        bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k-1, k, eosType,  
      I        theta, salt,  
      O        rhoKm1,  
      I        myThid )  
             ENDIF  
             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)  
         ENDDO  
278    
279  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
 cph avoids recomputation of integrate_for_w  
280  CADJ STORE wvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  CADJ STORE wvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte
281  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
282    
283  #ifdef  ALLOW_OBCS  C--     Explicit part of the Surface Potentiel Gradient (add in TIMESTEP)
284  C--     Calculate future values on open boundaries  C       (note: this loop will be replaced by CALL CALC_GRAD_ETA)
285          IF (useOBCS) THEN          IF (implicSurfPress.NE.1.) THEN
286            CALL OBCS_CALC( bi, bj, myTime+deltaT,            CALL CALC_GRAD_PHI_SURF(
287       I            uVel, vVel, wVel, theta, salt,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,
288       I            myThid )       I         etaN,
289          ENDIF       O         phiSurfX,phiSurfY,
290  #endif  /* ALLOW_OBCS */       I         myThid )                        
   
 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_AUTODIFF_TAMC  
 cph needed for KPP  
 CADJ STORE surfacetendencyU(:,:,bi,bj)  
 CADJ &     = comlev1_bibj, key=ikey, byte=isbyte  
 CADJ STORE surfacetendencyV(:,:,bi,bj)  
 CADJ &     = comlev1_bibj, key=ikey, byte=isbyte  
 CADJ STORE surfacetendencyS(:,:,bi,bj)  
 CADJ &     = comlev1_bibj, key=ikey, byte=isbyte  
 CADJ STORE surfacetendencyT(:,:,bi,bj)  
 CADJ &     = comlev1_bibj, key=ikey, byte=isbyte  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
   
 #ifdef  ALLOW_GMREDI  
   
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 CADJ STORE sigmaX(:,:,:) = comlev1, key=ikey, byte=isbyte  
 CADJ STORE sigmaY(:,:,:) = comlev1, key=ikey, byte=isbyte  
 CADJ STORE sigmaR(:,:,:) = comlev1, key=ikey, byte=isbyte  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
 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  
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
         ELSE  
           DO k=1, Nr  
             CALL GMREDI_CALC_TENSOR_DUMMY(  
      I             bi, bj, iMin, iMax, jMin, jMax, k,  
      I             sigmaX, sigmaY, sigmaR,  
      I             myThid )  
           ENDDO  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
         ENDIF  
   
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 CADJ STORE Kwx(:,:,:,bi,bj)   = comlev1_bibj, key=ikey, byte=isbyte  
 CADJ STORE Kwy(:,:,:,bi,bj)   = comlev1_bibj, key=ikey, byte=isbyte  
 CADJ STORE Kwz(:,:,:,bi,bj)   = comlev1_bibj, key=ikey, byte=isbyte  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
   
 #endif  /* ALLOW_GMREDI */  
   
 #ifdef  ALLOW_KPP  
 C--     Compute KPP mixing coefficients  
         IF (useKPP) THEN  
           CALL KPP_CALC(  
      I                  bi, bj, myTime, myThid )  
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
         ELSE  
           CALL KPP_CALC_DUMMY(  
      I                  bi, bj, myTime, myThid )  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
291          ENDIF          ENDIF
292    
293  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
294  CADJ STORE KPPghat   (:,:,:,bi,bj)  CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key=ikey, byte=isbyte
295  CADJ &   , KPPviscAz (:,:,:,bi,bj)  CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key=ikey, byte=isbyte
296  CADJ &   , KPPdiffKzT(:,:,:,bi,bj)  #ifdef ALLOW_KPP
297  CADJ &   , KPPdiffKzS(:,:,:,bi,bj)  CADJ STORE KPPviscAz (:,:,:,bi,bj)
 CADJ &   , KPPfrac   (:,:  ,bi,bj)  
298  CADJ &                 = comlev1_bibj, key=ikey, byte=isbyte  CADJ &                 = comlev1_bibj, key=ikey, byte=isbyte
299  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_KPP */
   
 #endif  /* ALLOW_KPP */  
   
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 CADJ STORE KappaRT(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  
 CADJ STORE KappaRS(:,:,:)     = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  
 CADJ STORE theta(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  
 CADJ STORE salt (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  
 CADJ STORE uvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  
 CADJ STORE vvel (:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj, key = ikey, byte = isbyte  
 #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  
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 C? Patrick Is this formula correct?  
 cph Yes, but I rewrote it.  
 cph Also, the KappaR? need the index and subscript k!  
          kkey = (ikey-1)*Nr + k  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
   
 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  
   
 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)  
   
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
 CADJ STORE KappaRT(:,:,k)    = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte  
 CADJ STORE KappaRS(:,:,k)    = comlev1_bibj_k, key=kkey, byte=isbyte  
300  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
301    
302  #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL  #ifdef  INCLUDE_CALC_DIFFUSIVITY_CALL
303  C--      Calculate the total vertical diffusivity  C--      Calculate the total vertical diffusivity
304           CALL CALC_DIFFUSIVITY(          DO k=1,Nr
305             CALL CALC_VISCOSITY(
306       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
307       I        maskUp,       O        KappaRU,KappaRV,
      O        KappaRT,KappaRS,KappaRU,KappaRV,  
308       I        myThid)       I        myThid)
309           ENDDO
310  #endif  #endif
311    
 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  
 C? Patrick? What about this one?  
 cph Keys iikey and idkey don't seem to be needed  
 cph since storing occurs on different tape for each  
 cph impldiff call anyways.  
 cph Thus, common block comlev1_impl isn't needed either.  
 cph Storing below needed in the case useGMREDI.  
         iikey = (ikey-1)*maximpl  
 #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  
   
 C--     Implicit diffusion  
         IF (implicitDiffusion) THEN  
   
          IF (tempStepping) THEN  
 #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  
             idkey = iikey + 1  
 CADJ STORE gTNm1(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=ikey, byte=isbyte  
 #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  
 CADJ STORE gSNm1(:,:,:,bi,bj) = comlev1_bibj , key=ikey, byte=isbyte  
 #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  
   
312  C--     Start of dynamics loop  C--     Start of dynamics loop
313          DO k=1,Nr          DO k=1,Nr
314    
# Line 617  C--       kup    Cycles through 1,2 to p Line 317  C--       kup    Cycles through 1,2 to p
317  C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer  C--       kDown  Cycles through 2,1 to point to current layer
318    
319            km1  = MAX(1,k-1)            km1  = MAX(1,k-1)
320              kp1  = MIN(k+1,Nr)
321            kup  = 1+MOD(k+1,2)            kup  = 1+MOD(k+1,2)
322            kDown= 1+MOD(k,2)            kDown= 1+MOD(k,2)
323    
324    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
325             kkey = (ikey-1)*Nr + k
326    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
327    
328  C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of  C--      Integrate hydrostatic balance for phiHyd with BC of
329  C        phiHyd(z=0)=0  C        phiHyd(z=0)=0
330  C        distinguishe between Stagger and Non Stagger time stepping  C        distinguishe between Stagger and Non Stagger time stepping
331           IF (staggerTimeStep) THEN           IF (staggerTimeStep) THEN
332             CALL CALC_PHI_HYD(             CALL CALC_PHI_HYD(
333       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,       I        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
334       I        gTnm1, gSnm1,       I        gT, gS,
335       U        phiHyd,       U        phiHyd,
336       I        myThid )       I        myThid )
337           ELSE           ELSE
# Line 640  C        distinguishe between Stagger an Line 345  C        distinguishe between Stagger an
345  C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)  C--      Calculate accelerations in the momentum equations (gU, gV, ...)
346  C        and step forward storing the result in gUnm1, gVnm1, etc...  C        and step forward storing the result in gUnm1, gVnm1, etc...
347           IF ( momStepping ) THEN           IF ( momStepping ) THEN
348             CALL CALC_MOM_RHS(  #ifndef DISABLE_MOM_FLUXFORM
349               IF (.NOT. vectorInvariantMomentum) CALL MOM_FLUXFORM(
350         I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
351         I         phiHyd,KappaRU,KappaRV,
352         U         fVerU, fVerV,
353         I         myTime, myIter, myThid)
354    #endif
355    #ifndef DISABLE_MOM_VECINV
356               IF (vectorInvariantMomentum) CALL MOM_VECINV(
357       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kup,kDown,
358       I         phiHyd,KappaRU,KappaRV,       I         phiHyd,KappaRU,KappaRV,
359       U         fVerU, fVerV,       U         fVerU, fVerV,
360       I         myTime, myThid)       I         myTime, myIter, myThid)
361    #endif
362             CALL TIMESTEP(             CALL TIMESTEP(
363       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,       I         bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,
364       I         phiHyd, phiSurfX, phiSurfY,       I         phiHyd, phiSurfX, phiSurfY,
# Line 741  Cjmc(end) Line 455  Cjmc(end)
455          IF (taveFreq.GT.0.) THEN          IF (taveFreq.GT.0.) THEN
456            CALL TIMEAVE_CUMUL_1T(phiHydtave, phiHyd, Nr,            CALL TIMEAVE_CUMUL_1T(phiHydtave, phiHyd, Nr,
457       I                              deltaTclock, bi, bj, myThid)       I                              deltaTclock, bi, bj, myThid)
           IF (ivdc_kappa.NE.0.) THEN  
             CALL TIMEAVE_CUMULATE(ConvectCountTave, ConvectCount, Nr,  
      I                              deltaTclock, bi, bj, myThid)  
           ENDIF  
458          ENDIF          ENDIF
459  #endif /* ALLOW_TIMEAVE */  #endif /* ALLOW_TIMEAVE */
460    
461         ENDDO         ENDDO
462        ENDDO        ENDDO
463    
464    #ifndef DISABLE_DEBUGMODE
465          If (debugMode) THEN
466           CALL DEBUG_STATS_RL(1,EtaN,'EtaN (DYNAMICS)',myThid)
467           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,uVel,'Uvel (DYNAMICS)',myThid)
468           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,vVel,'Vvel (DYNAMICS)',myThid)
469           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,wVel,'Wvel (DYNAMICS)',myThid)
470           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,theta,'Theta (DYNAMICS)',myThid)
471           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,salt,'Salt (DYNAMICS)',myThid)
472           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gu,'Gu (DYNAMICS)',myThid)
473           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gv,'Gv (DYNAMICS)',myThid)
474           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gt,'Gt (DYNAMICS)',myThid)
475           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,Gs,'Gs (DYNAMICS)',myThid)
476           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GuNm1,'GuNm1 (DYNAMICS)',myThid)
477           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GvNm1,'GvNm1 (DYNAMICS)',myThid)
478           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GtNm1,'GtNm1 (DYNAMICS)',myThid)
479           CALL DEBUG_STATS_RL(Nr,GsNm1,'GsNm1 (DYNAMICS)',myThid)
480          ENDIF
481    #endif
482    
483        RETURN        RETURN
484        END        END
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