/[MITgcm]/MITgcm/pkg/generic_advdiff/gad_calc_rhs.F
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revision 1.17 by jmc, Sun Jan 26 21:08:36 2003 UTC revision 1.50 by heimbach, Sat Oct 20 14:56:43 2007 UTC
# Line 7  CBOP Line 7  CBOP
7  C !ROUTINE: GAD_CALC_RHS  C !ROUTINE: GAD_CALC_RHS
8    
9  C !INTERFACE: ==========================================================  C !INTERFACE: ==========================================================
10        SUBROUTINE GAD_CALC_RHS(        SUBROUTINE GAD_CALC_RHS(
11       I           bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,       I           bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,
12       I           xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,maskUp,       I           xA, yA, maskUp, uFld, vFld, wFld,
13       I           diffKh, diffK4, KappaRT, Tracer,       I           uTrans, vTrans, rTrans, rTransKp1,
14       I           tracerIdentity, advectionScheme, calcAdvection,       I           diffKh, diffK4, KappaR, TracerN, TracAB,
15         I           tracerIdentity, advectionScheme, vertAdvecScheme,
16         I           calcAdvection, implicitAdvection, applyAB_onTracer,
17         I           trUseGMRedi, trUseKPP,
18       U           fVerT, gTracer,       U           fVerT, gTracer,
19       I           myThid )       I           myTime, myIter, myThid )
20    
21  C !DESCRIPTION:  C !DESCRIPTION:
22  C Calculates the tendancy of a tracer due to advection and diffusion.  C Calculates the tendency of a tracer due to advection and diffusion.
23  C It calculates the fluxes in each direction indepentently and then  C It calculates the fluxes in each direction indepentently and then
24  C sets the tendancy to the divergence of these fluxes. The advective  C sets the tendency to the divergence of these fluxes. The advective
25  C fluxes are only calculated here when using the linear advection schemes  C fluxes are only calculated here when using the linear advection schemes
26  C otherwise only the diffusive and parameterized fluxes are calculated.  C otherwise only the diffusive and parameterized fluxes are calculated.
27  C  C
# Line 27  C \begin{equation*} Line 30  C \begin{equation*}
30  C {\bf F} = {\bf F}_{adv} + {\bf F}_{diff} +{\bf F}_{GM} + {\bf F}_{KPP}  C {\bf F} = {\bf F}_{adv} + {\bf F}_{diff} +{\bf F}_{GM} + {\bf F}_{KPP}
31  C \end{equation*}  C \end{equation*}
32  C  C
33  C The tendancy is the divergence of the fluxes:  C The tendency is the divergence of the fluxes:
34  C \begin{equation*}  C \begin{equation*}
35  C G_\theta = G_\theta + \nabla \cdot {\bf F}  C G_\theta = G_\theta + \nabla \cdot {\bf F}
36  C \end{equation*}  C \end{equation*}
37  C  C
38  C The tendancy is assumed to contain data on entry.  C The tendency is assumed to contain data on entry.
39    
40  C !USES: ===============================================================  C !USES: ===============================================================
41        IMPLICIT NONE        IMPLICIT NONE
# Line 40  C !USES: =============================== Line 43  C !USES: ===============================
43  #include "EEPARAMS.h"  #include "EEPARAMS.h"
44  #include "PARAMS.h"  #include "PARAMS.h"
45  #include "GRID.h"  #include "GRID.h"
 #include "DYNVARS.h"  
46  #include "SURFACE.h"  #include "SURFACE.h"
47  #include "GAD.h"  #include "GAD.h"
48    
# Line 50  C !USES: =============================== Line 52  C !USES: ===============================
52  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */  #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
53    
54  C !INPUT PARAMETERS: ===================================================  C !INPUT PARAMETERS: ===================================================
55  C  bi,bj                :: tile indices  C bi,bj            :: tile indices
56  C  iMin,iMax,jMin,jMax  :: loop range for called routines  C iMin,iMax        :: loop range for called routines
57  C  kup                  :: index into 2 1/2D array, toggles between 1 and 2  C jMin,jMax        :: loop range for called routines
58  C  kdown                :: index into 2 1/2D array, toggles between 2 and 1  C k                :: vertical index
59  C  kp1                  :: =k+1 for k<Nr, =Nr for k=Nr  C kM1              :: =k-1 for k>1, =1 for k=1
60  C  xA,yA                :: areas of X and Y face of tracer cells  C kUp              :: index into 2 1/2D array, toggles between 1|2
61  C  uTrans,vTrans,rTrans :: 2-D arrays of volume transports at U,V and W points  C kDown            :: index into 2 1/2D array, toggles between 2|1
62  C  maskUp               :: 2-D array for mask at W points  C xA,yA            :: areas of X and Y face of tracer cells
63  C  diffKh               :: horizontal diffusion coefficient  C maskUp           :: 2-D array for mask at W points
64  C  diffK4               :: bi-harmonic diffusion coefficient  C uFld,vFld,wFld   :: Local copy of velocity field (3 components)
65  C  KappaRT              :: 3-D array for vertical diffusion coefficient  C uTrans,vTrans    :: 2-D arrays of volume transports at U,V points
66  C  Tracer               :: tracer field  C rTrans           :: 2-D arrays of volume transports at W points
67  C  tracerIdentity       :: identifier for the tracer (required only for KPP)  C rTransKp1        :: 2-D array of volume trans at W pts, interf k+1
68  C  advectionScheme      :: advection scheme to use  C diffKh           :: horizontal diffusion coefficient
69  C  calcAdvection        :: =False if Advec terms computed with multiDim scheme  C diffK4           :: bi-harmonic diffusion coefficient
70  C  myThid               :: thread number  C KappaR           :: 2-D array for vertical diffusion coefficient, interf k
71    C TracerN          :: tracer field @ time-step n (Note: only used
72    C                     if applying AB on tracer field rather than on tendency gTr)
73    C TracAB           :: current tracer field (@ time-step n if applying AB on gTr
74    C                     or extrapolated fwd in time to n+1/2 if applying AB on Tr)
75    C tracerIdentity   :: tracer identifier (required for KPP,GM)
76    C advectionScheme  :: advection scheme to use (Horizontal plane)
77    C vertAdvecScheme  :: advection scheme to use (Vertical direction)
78    C calcAdvection    :: =False if Advec computed with multiDim scheme
79    C implicitAdvection:: =True if vertical Advec computed implicitly
80    C applyAB_onTracer :: apply Adams-Bashforth on Tracer (rather than on gTr)
81    C trUseGMRedi      :: true if this tracer uses GM-Redi
82    C trUseKPP         :: true if this tracer uses KPP
83    C myTime           :: current time
84    C myIter           :: iteration number
85    C myThid           :: thread number
86        INTEGER bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax        INTEGER bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax
87        INTEGER k,kUp,kDown,kM1        INTEGER k,kUp,kDown,kM1
88        _RS xA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS xA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
89        _RS yA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS yA    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
90          _RS maskUp(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
91          _RL uFld  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
92          _RL vFld  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
93          _RL wFld  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
94        _RL uTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL uTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
95        _RL vTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL vTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
96        _RL rTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rTrans(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
97        _RS maskUp(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rTransKp1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
98        _RL diffKh, diffK4        _RL diffKh, diffK4
99        _RL KappaRT(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr)        _RL KappaR(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
100        _RL Tracer(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr,nSx,nSy)        _RL TracerN(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr,nSx,nSy)
101          _RL TracAB (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr,nSx,nSy)
102        INTEGER tracerIdentity        INTEGER tracerIdentity
103        INTEGER advectionScheme        INTEGER advectionScheme, vertAdvecScheme
104        LOGICAL calcAdvection        LOGICAL calcAdvection
105        INTEGER myThid        LOGICAL implicitAdvection, applyAB_onTracer
106          LOGICAL trUseGMRedi, trUseKPP
107          _RL     myTime
108          INTEGER myIter, myThid
109    
110  C !OUTPUT PARAMETERS: ==================================================  C !OUTPUT PARAMETERS: ==================================================
111  C  gTracer              :: tendancy array  C gTracer          :: tendency array
112  C  fVerT                :: 2 1/2D arrays for vertical advective flux  C fVerT            :: 2 1/2D arrays for vertical advective flux
113        _RL gTracer(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr,nSx,nSy)        _RL gTracer(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,Nr,nSx,nSy)
114        _RL fVerT (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)        _RL fVerT (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2)
115    
116  C !LOCAL VARIABLES: ====================================================  C !LOCAL VARIABLES: ====================================================
117  C  i,j                  :: loop indices  C i,j              :: loop indices
118  C  df4                  :: used for storing del^2 T for bi-harmonic term  C df4              :: used for storing del^2 T for bi-harmonic term
119  C  fZon                 :: zonal flux  C fZon             :: zonal flux
120  C  fmer                 :: meridional flux  C fMer             :: meridional flux
121  C  af                   :: advective flux  C af               :: advective flux
122  C  df                   :: diffusive flux  C df               :: diffusive flux
123  C  localT               :: local copy of tracer field  C localT           :: local copy of tracer field
124    C locABT           :: local copy of (AB-extrapolated) tracer field
125    #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS
126          CHARACTER*8 diagName
127          CHARACTER*4 GAD_DIAG_SUFX, diagSufx
128          EXTERNAL    GAD_DIAG_SUFX
129    #endif
130        INTEGER i,j        INTEGER i,j
131        _RL df4   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL df4   (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
132        _RL fZon  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL fZon  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
# Line 103  C  localT               :: local copy of Line 134  C  localT               :: local copy of
134        _RL af    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL af    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
135        _RL df    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL df    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
136        _RL localT(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL localT(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
137          _RL locABT(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
138          _RL advFac, rAdvFac
139  CEOP  CEOP
140    
141  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
# Line 111  C--   the kDown is still required Line 144  C--   the kDown is still required
144        fVerT(1,1,kDown) = fVerT(1,1,kDown)        fVerT(1,1,kDown) = fVerT(1,1,kDown)
145  #endif  #endif
146    
147    #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS
148    C--   Set diagnostic suffix for the current tracer
149          IF ( useDiagnostics ) THEN
150            diagSufx = GAD_DIAG_SUFX( tracerIdentity, myThid )
151          ENDIF
152    #endif
153    
154          advFac  = 0. _d 0
155          IF (calcAdvection) advFac = 1. _d 0
156          rAdvFac = rkSign*advFac
157          IF (implicitAdvection) rAdvFac = 0. _d 0
158    
159        DO j=1-OLy,sNy+OLy        DO j=1-OLy,sNy+OLy
160         DO i=1-OLx,sNx+OLx         DO i=1-OLx,sNx+OLx
161          fZon(i,j)      = 0. _d 0          fZon(i,j)      = 0. _d 0
# Line 118  C--   the kDown is still required Line 163  C--   the kDown is still required
163          fVerT(i,j,kUp) = 0. _d 0          fVerT(i,j,kUp) = 0. _d 0
164          df(i,j)        = 0. _d 0          df(i,j)        = 0. _d 0
165          df4(i,j)       = 0. _d 0          df4(i,j)       = 0. _d 0
         localT(i,j)    = 0. _d 0  
166         ENDDO         ENDDO
167        ENDDO        ENDDO
168    
169  C--   Make local copy of tracer array  C--   Make local copy of tracer array
170        DO j=1-OLy,sNy+OLy        IF ( applyAB_onTracer ) THEN
171         DO i=1-OLx,sNx+OLx          DO j=1-OLy,sNy+OLy
172          localT(i,j)=tracer(i,j,k,bi,bj)           DO i=1-OLx,sNx+OLx
173         ENDDO            localT(i,j)=TracerN(i,j,k,bi,bj)
174        ENDDO            locABT(i,j)= TracAB(i,j,k,bi,bj)
175             ENDDO
176            ENDDO
177          ELSE
178            DO j=1-OLy,sNy+OLy
179             DO i=1-OLx,sNx+OLx
180              localT(i,j)= TracAB(i,j,k,bi,bj)
181              locABT(i,j)= TracAB(i,j,k,bi,bj)
182             ENDDO
183            ENDDO
184          ENDIF
185    
186  C--   Unless we have already calculated the advection terms we initialize  C--   Unless we have already calculated the advection terms we initialize
187  C     the tendency to zero.  C     the tendency to zero.
188        IF (calcAdvection) THEN  C     <== now done earlier at the beginning of thermodynamics.
189         DO j=1-Oly,sNy+Oly  c     IF (calcAdvection) THEN
190          DO i=1-Olx,sNx+Olx  c      DO j=1-Oly,sNy+Oly
191           gTracer(i,j,k,bi,bj)=0. _d 0  c       DO i=1-Olx,sNx+Olx
192          ENDDO  c        gTracer(i,j,k,bi,bj)=0. _d 0
193         ENDDO  c       ENDDO
194        ENDIF  c      ENDDO
195    c     ENDIF
196    
197  C--   Pre-calculate del^2 T if bi-harmonic coefficient is non-zero  C--   Pre-calculate del^2 T if bi-harmonic coefficient is non-zero
198        IF (diffK4 .NE. 0.) THEN        IF (diffK4 .NE. 0.) THEN
# Line 155  C--   Initialize net flux in X direction Line 210  C--   Initialize net flux in X direction
210    
211  C-    Advective flux in X  C-    Advective flux in X
212        IF (calcAdvection) THEN        IF (calcAdvection) THEN
213        IF (advectionScheme.EQ.ENUM_CENTERED_2ND) THEN          IF (advectionScheme.EQ.ENUM_CENTERED_2ND) THEN
214         CALL GAD_C2_ADV_X(bi,bj,k,uTrans,localT,af,myThid)            CALL GAD_C2_ADV_X(bi,bj,k,uTrans,locABT,af,myThid)
215        ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_FLUX_LIMIT) THEN          ELSEIF ( advectionScheme.EQ.ENUM_UPWIND_1RST
216         CALL GAD_FLUXLIMIT_ADV_X(       &          .OR. advectionScheme.EQ.ENUM_DST2 ) THEN
217       &      bi,bj,k,deltaTtracer,uTrans,uVel,localT,af,myThid)            CALL GAD_DST2U1_ADV_X( bi,bj,k, advectionScheme, .TRUE.,
218        ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_UPWIND_3RD ) THEN       I            dTtracerLev(k), uTrans, uFld, locABT,
219         CALL GAD_U3_ADV_X(bi,bj,k,uTrans,localT,af,myThid)       O            af, myThid )
220        ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_CENTERED_4TH) THEN          ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_FLUX_LIMIT) THEN
221         CALL GAD_C4_ADV_X(bi,bj,k,uTrans,localT,af,myThid)            CALL GAD_FLUXLIMIT_ADV_X( bi,bj,k, .TRUE., dTtracerLev(k),
222        ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_DST3 ) THEN       I            uTrans, uFld, maskW(1-Olx,1-Oly,k,bi,bj), locABT,
223         CALL GAD_DST3_ADV_X(       O            af, myThid )
224       &       bi,bj,k,deltaTtracer,uTrans,uVel,localT,af,myThid)          ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_UPWIND_3RD ) THEN
225        ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_DST3_FLUX_LIMIT ) THEN            CALL GAD_U3_ADV_X(bi,bj,k,uTrans,locABT,af,myThid)
226         CALL GAD_DST3FL_ADV_X(          ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_CENTERED_4TH) THEN
227       &       bi,bj,k,deltaTtracer,uTrans,uVel,localT,af,myThid)            CALL GAD_C4_ADV_X(bi,bj,k,uTrans,locABT,af,myThid)
228        ELSE          ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_DST3 ) THEN
229         STOP 'GAD_CALC_RHS: Bad advectionScheme (X)'            CALL GAD_DST3_ADV_X( bi,bj,k, .TRUE., dTtracerLev(k),
230        ENDIF       I            uTrans, uFld, maskW(1-Olx,1-Oly,k,bi,bj), locABT,
231        DO j=1-Oly,sNy+Oly       O            af, myThid )
232         DO i=1-Olx,sNx+Olx          ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_DST3_FLUX_LIMIT ) THEN
233          fZon(i,j) = fZon(i,j) + af(i,j)           IF ( inAdMode ) THEN
234         ENDDO  cph This block is to trick the adjoint:
235        ENDDO  cph IF inAdExact=.FALSE., we want to use DST3
236    cph with limiters in forward, but without limiters in reverse.
237              CALL GAD_DST3_ADV_X( bi,bj,k, .TRUE., dTtracerLev(k),
238         I           uTrans, uFld, maskW(1-Olx,1-Oly,k,bi,bj), locABT,
239         O           af, myThid )
240             ELSE
241              CALL GAD_DST3FL_ADV_X( bi,bj,k, .TRUE., dTtracerLev(k),
242         I           uTrans, uFld, maskW(1-Olx,1-Oly,k,bi,bj), locABT,
243         O           af, myThid )
244             ENDIF
245            ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_OS7MP ) THEN
246              CALL GAD_OS7MP_ADV_X( bi,bj,k, .TRUE., dTtracerLev(k),
247         I            uTrans, uFld, maskW(1-Olx,1-Oly,k,bi,bj), locABT,
248         O            af, myThid )
249            ELSE
250             STOP 'GAD_CALC_RHS: Bad advectionScheme (X)'
251            ENDIF
252            DO j=1-Oly,sNy+Oly
253             DO i=1-Olx,sNx+Olx
254              fZon(i,j) = fZon(i,j) + af(i,j)
255             ENDDO
256            ENDDO
257    #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS
258            IF ( useDiagnostics ) THEN
259              diagName = 'ADVx'//diagSufx
260              CALL DIAGNOSTICS_FILL(af,diagName, k,1, 2,bi,bj, myThid)
261            ENDIF
262    #endif
263        ENDIF        ENDIF
264    
265  C-    Diffusive flux in X  C-    Diffusive flux in X
# Line 191  C-    Diffusive flux in X Line 273  C-    Diffusive flux in X
273         ENDDO         ENDDO
274        ENDIF        ENDIF
275    
276    C-    Add bi-harmonic diffusive flux in X
277          IF (diffK4 .NE. 0.) THEN
278           CALL GAD_BIHARM_X(bi,bj,k,xA,df4,diffK4,df,myThid)
279          ENDIF
280    
281  #ifdef ALLOW_GMREDI  #ifdef ALLOW_GMREDI
282  C-    GM/Redi flux in X  C-    GM/Redi flux in X
283        IF (useGMRedi) THEN        IF ( trUseGMRedi ) THEN
284  C *note* should update GMREDI_XTRANSPORT to use localT and set df  *aja*  C *note* should update GMREDI_XTRANSPORT to set df  *aja*
285          CALL GMREDI_XTRANSPORT(          IF ( applyAB_onTracer ) THEN
286       I     iMin,iMax,jMin,jMax,bi,bj,K,            CALL GMREDI_XTRANSPORT(
287       I     xA,Tracer,tracerIdentity,       I         iMin,iMax,jMin,jMax,bi,bj,k,
288       U     df,       I         xA,TracerN,tracerIdentity,
289       I     myThid)       U         df,
290         I         myThid)
291            ELSE
292              CALL GMREDI_XTRANSPORT(
293         I         iMin,iMax,jMin,jMax,bi,bj,k,
294         I         xA,TracAB, tracerIdentity,
295         U         df,
296         I         myThid)
297            ENDIF
298        ENDIF        ENDIF
299  #endif  #endif
300    C     anelastic: advect.fluxes are scaled by rhoFac but hor.diff. flx are not
301        DO j=1-Oly,sNy+Oly        DO j=1-Oly,sNy+Oly
302         DO i=1-Olx,sNx+Olx         DO i=1-Olx,sNx+Olx
303          fZon(i,j) = fZon(i,j) + df(i,j)          fZon(i,j) = fZon(i,j) + df(i,j)*rhoFacC(k)
304         ENDDO         ENDDO
305        ENDDO        ENDDO
306    
307  C-    Bi-harmonic duffusive flux in X  #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS
308        IF (diffK4 .NE. 0.) THEN  C-    Diagnostics of Tracer flux in X dir (mainly Diffusive term),
309         CALL GAD_BIHARM_X(bi,bj,k,xA,df4,diffK4,df,myThid)  C       excluding advective terms:
310         DO j=1-Oly,sNy+Oly        IF ( useDiagnostics .AND.
311          DO i=1-Olx,sNx+Olx       &    (diffKh.NE.0. .OR. diffK4 .NE.0. .OR. trUseGMRedi) ) THEN
312           fZon(i,j) = fZon(i,j) + df(i,j)            diagName = 'DFxE'//diagSufx
313          ENDDO            CALL DIAGNOSTICS_FILL(df,diagName, k,1, 2,bi,bj, myThid)
        ENDDO  
314        ENDIF        ENDIF
315    #endif
316    
317  C--   Initialize net flux in Y direction  C--   Initialize net flux in Y direction
318        DO j=1-Oly,sNy+Oly        DO j=1-Oly,sNy+Oly
# Line 227  C--   Initialize net flux in Y direction Line 323  C--   Initialize net flux in Y direction
323    
324  C-    Advective flux in Y  C-    Advective flux in Y
325        IF (calcAdvection) THEN        IF (calcAdvection) THEN
326        IF (advectionScheme.EQ.ENUM_CENTERED_2ND) THEN          IF (advectionScheme.EQ.ENUM_CENTERED_2ND) THEN
327         CALL GAD_C2_ADV_Y(bi,bj,k,vTrans,localT,af,myThid)            CALL GAD_C2_ADV_Y(bi,bj,k,vTrans,locABT,af,myThid)
328        ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_FLUX_LIMIT) THEN          ELSEIF ( advectionScheme.EQ.ENUM_UPWIND_1RST
329         CALL GAD_FLUXLIMIT_ADV_Y(       &          .OR. advectionScheme.EQ.ENUM_DST2 ) THEN
330       &       bi,bj,k,deltaTtracer,vTrans,vVel,localT,af,myThid)            CALL GAD_DST2U1_ADV_Y( bi,bj,k, advectionScheme, .TRUE.,
331        ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_UPWIND_3RD ) THEN       I            dTtracerLev(k), vTrans, vFld, locABT,
332         CALL GAD_U3_ADV_Y(bi,bj,k,vTrans,localT,af,myThid)       O            af, myThid )
333        ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_CENTERED_4TH) THEN          ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_FLUX_LIMIT) THEN
334         CALL GAD_C4_ADV_Y(bi,bj,k,vTrans,localT,af,myThid)            CALL GAD_FLUXLIMIT_ADV_Y( bi,bj,k, .TRUE., dTtracerLev(k),
335        ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_DST3 ) THEN       I            vTrans, vFld, maskS(1-Olx,1-Oly,k,bi,bj), locABT,
336         CALL GAD_DST3_ADV_Y(       O            af, myThid )
337       &       bi,bj,k,deltaTtracer,vTrans,vVel,localT,af,myThid)          ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_UPWIND_3RD ) THEN
338        ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_DST3_FLUX_LIMIT ) THEN            CALL GAD_U3_ADV_Y(bi,bj,k,vTrans,locABT,af,myThid)
339         CALL GAD_DST3FL_ADV_Y(          ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_CENTERED_4TH) THEN
340       &       bi,bj,k,deltaTtracer,vTrans,vVel,localT,af,myThid)            CALL GAD_C4_ADV_Y(bi,bj,k,vTrans,locABT,af,myThid)
341        ELSE          ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_DST3 ) THEN
342         STOP 'GAD_CALC_RHS: Bad advectionScheme (Y)'            CALL GAD_DST3_ADV_Y( bi,bj,k, .TRUE., dTtracerLev(k),
343        ENDIF       I            vTrans, vFld, maskS(1-Olx,1-Oly,k,bi,bj), locABT,
344        DO j=1-Oly,sNy+Oly       O            af, myThid )
345         DO i=1-Olx,sNx+Olx          ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_DST3_FLUX_LIMIT ) THEN
346          fMer(i,j) = fMer(i,j) + af(i,j)           IF ( inAdMode ) THEN
347         ENDDO  cph This block is to trick the adjoint:
348        ENDDO  cph IF inAdExact=.FALSE., we want to use DST3
349    cph with limiters in forward, but without limiters in reverse.
350              CALL GAD_DST3_ADV_Y( bi,bj,k, .TRUE., dTtracerLev(k),
351         I           vTrans, vFld, maskS(1-Olx,1-Oly,k,bi,bj), locABT,
352         O           af, myThid )
353             ELSE
354              CALL GAD_DST3FL_ADV_Y( bi,bj,k, .TRUE., dTtracerLev(k),
355         I           vTrans, vFld, maskS(1-Olx,1-Oly,k,bi,bj), locABT,
356         O           af, myThid )
357             ENDIF
358            ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_OS7MP ) THEN
359              CALL GAD_OS7MP_ADV_Y( bi,bj,k, .TRUE., dTtracerLev(k),
360         I            vTrans, vFld, maskS(1-Olx,1-Oly,k,bi,bj), locABT,
361         O            af, myThid )
362            ELSE
363              STOP 'GAD_CALC_RHS: Bad advectionScheme (Y)'
364            ENDIF
365            DO j=1-Oly,sNy+Oly
366             DO i=1-Olx,sNx+Olx
367              fMer(i,j) = fMer(i,j) + af(i,j)
368             ENDDO
369            ENDDO
370    #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS
371            IF ( useDiagnostics ) THEN
372              diagName = 'ADVy'//diagSufx
373              CALL DIAGNOSTICS_FILL(af,diagName, k,1, 2,bi,bj, myThid)
374            ENDIF
375    #endif
376        ENDIF        ENDIF
377    
378  C-    Diffusive flux in Y  C-    Diffusive flux in Y
# Line 263  C-    Diffusive flux in Y Line 386  C-    Diffusive flux in Y
386         ENDDO         ENDDO
387        ENDIF        ENDIF
388    
389    C-    Add bi-harmonic flux in Y
390          IF (diffK4 .NE. 0.) THEN
391           CALL GAD_BIHARM_Y(bi,bj,k,yA,df4,diffK4,df,myThid)
392          ENDIF
393    
394  #ifdef ALLOW_GMREDI  #ifdef ALLOW_GMREDI
395  C-    GM/Redi flux in Y  C-    GM/Redi flux in Y
396        IF (useGMRedi) THEN        IF ( trUseGMRedi ) THEN
397  C *note* should update GMREDI_YTRANSPORT to use localT and set df  *aja*  C *note* should update GMREDI_YTRANSPORT to set df  *aja*
398         CALL GMREDI_YTRANSPORT(          IF ( applyAB_onTracer ) THEN
399       I     iMin,iMax,jMin,jMax,bi,bj,K,            CALL GMREDI_YTRANSPORT(
400       I     yA,Tracer,tracerIdentity,       I         iMin,iMax,jMin,jMax,bi,bj,k,
401       U     df,       I         yA,TracerN,tracerIdentity,
402       I     myThid)       U         df,
403         I         myThid)
404            ELSE
405              CALL GMREDI_YTRANSPORT(
406         I         iMin,iMax,jMin,jMax,bi,bj,k,
407         I         yA,TracAB, tracerIdentity,
408         U         df,
409         I         myThid)
410            ENDIF
411        ENDIF        ENDIF
412  #endif  #endif
413    C     anelastic: advect.fluxes are scaled by rhoFac but hor.diff. flx are not
414        DO j=1-Oly,sNy+Oly        DO j=1-Oly,sNy+Oly
415         DO i=1-Olx,sNx+Olx         DO i=1-Olx,sNx+Olx
416          fMer(i,j) = fMer(i,j) + df(i,j)          fMer(i,j) = fMer(i,j) + df(i,j)*rhoFacC(k)
417         ENDDO         ENDDO
418        ENDDO        ENDDO
419    
420  C-    Bi-harmonic flux in Y  #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS
421        IF (diffK4 .NE. 0.) THEN  C-    Diagnostics of Tracer flux in Y dir (mainly Diffusive terms),
422         CALL GAD_BIHARM_Y(bi,bj,k,yA,df4,diffK4,df,myThid)  C       excluding advective terms:
423         DO j=1-Oly,sNy+Oly        IF ( useDiagnostics .AND.
424          DO i=1-Olx,sNx+Olx       &    (diffKh.NE.0. .OR. diffK4 .NE.0. .OR. trUseGMRedi) ) THEN
425           fMer(i,j) = fMer(i,j) + df(i,j)            diagName = 'DFyE'//diagSufx
426          ENDDO            CALL DIAGNOSTICS_FILL(df,diagName, k,1, 2,bi,bj, myThid)
        ENDDO  
427        ENDIF        ENDIF
428    #endif
 #ifdef NONLIN_FRSURF  
 C--   Compute vertical flux fVerT(kDown) at interface k+1 (between k & k+1):  
       IF ( calcAdvection .AND. K.EQ.Nr .AND.  
      &     useRealFreshWaterFlux .AND.  
      &     buoyancyRelation .EQ. 'OCEANICP' ) THEN    
        DO j=1-Oly,sNy+Oly  
         DO i=1-Olx,sNx+Olx  
          fVerT(i,j,kDown) = convertEmP2rUnit*PmEpR(i,j,bi,bj)  
      &     *rA(i,j,bi,bj)*maskC(i,j,k,bi,bj)*Tracer(i,j,k,bi,bj)  
         ENDDO  
        ENDDO  
       ENDIF  
 #endif /* NONLIN_FRSURF */  
429    
430  C--   Compute vertical flux fVerT(kUp) at interface k (between k-1 & k):  C--   Compute vertical flux fVerT(kUp) at interface k (between k-1 & k):
431  C-    Advective flux in R  C-    Advective flux in R
432        IF (calcAdvection) THEN  #ifdef ALLOW_AIM
433  C     Note: wVel needs to be masked  C- a hack to prevent Water-Vapor vert.transport into the stratospheric level Nr
434        IF (K.GE.2) THEN        IF (calcAdvection .AND. .NOT.implicitAdvection .AND. k.GE.2 .AND.
435         &     (.NOT.useAIM .OR.tracerIdentity.NE.GAD_SALINITY .OR.k.LT.Nr)
436         &   ) THEN
437    #else
438          IF (calcAdvection .AND. .NOT.implicitAdvection .AND. k.GE.2) THEN
439    #endif
440  C-    Compute vertical advective flux in the interior:  C-    Compute vertical advective flux in the interior:
441         IF (advectionScheme.EQ.ENUM_CENTERED_2ND) THEN          IF (vertAdvecScheme.EQ.ENUM_CENTERED_2ND) THEN
442          CALL GAD_C2_ADV_R(bi,bj,k,rTrans,tracer,af,myThid)            CALL GAD_C2_ADV_R(bi,bj,k,rTrans,TracAB,af,myThid)
443         ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_FLUX_LIMIT) THEN          ELSEIF ( vertAdvecScheme.EQ.ENUM_UPWIND_1RST
444          CALL GAD_FLUXLIMIT_ADV_R(       &          .OR. vertAdvecScheme.EQ.ENUM_DST2 ) THEN
445       &       bi,bj,k,deltaTtracer,rTrans,wVel,tracer,af,myThid)            CALL GAD_DST2U1_ADV_R( bi,bj,k, vertAdvecScheme,
446         ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_UPWIND_3RD ) THEN       I         dTtracerLev(k),rTrans,wFld,TracAB(1-Olx,1-Oly,1,bi,bj),
447          CALL GAD_U3_ADV_R(bi,bj,k,rTrans,tracer,af,myThid)       O         af, myThid )
448         ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_CENTERED_4TH) THEN          ELSEIF (vertAdvecScheme.EQ.ENUM_FLUX_LIMIT) THEN
449          CALL GAD_C4_ADV_R(bi,bj,k,rTrans,tracer,af,myThid)            CALL GAD_FLUXLIMIT_ADV_R( bi,bj,k,
450         ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_DST3 ) THEN       I         dTtracerLev(k),rTrans,wFld,TracAB(1-Olx,1-Oly,1,bi,bj),
451          CALL GAD_DST3_ADV_R(       O         af, myThid )
452       &       bi,bj,k,deltaTtracer,rTrans,wVel,tracer,af,myThid)          ELSEIF (vertAdvecScheme.EQ.ENUM_UPWIND_3RD ) THEN
453         ELSEIF (advectionScheme.EQ.ENUM_DST3_FLUX_LIMIT ) THEN            CALL GAD_U3_ADV_R(bi,bj,k,rTrans,TracAB,af,myThid)
454          CALL GAD_DST3FL_ADV_R(          ELSEIF (vertAdvecScheme.EQ.ENUM_CENTERED_4TH) THEN
455       &       bi,bj,k,deltaTtracer,rTrans,wVel,tracer,af,myThid)            CALL GAD_C4_ADV_R(bi,bj,k,rTrans,TracAB,af,myThid)
456         ELSE          ELSEIF (vertAdvecScheme.EQ.ENUM_DST3 ) THEN
457          STOP 'GAD_CALC_RHS: Bad advectionScheme (R)'            CALL GAD_DST3_ADV_R( bi,bj,k,
458         ENDIF       I         dTtracerLev(k),rTrans,wFld,TracAB(1-Olx,1-Oly,1,bi,bj),
459  C-    Surface "correction" term at k>1 :       O         af, myThid )
460         DO j=1-Oly,sNy+Oly          ELSEIF (vertAdvecScheme.EQ.ENUM_DST3_FLUX_LIMIT ) THEN
461          DO i=1-Olx,sNx+Olx  cph This block is to trick the adjoint:
462           af(i,j) = af(i,j)  cph IF inAdExact=.FALSE., we want to use DST3
463       &           + (maskC(i,j,k,bi,bj)-maskC(i,j,k-1,bi,bj))*  cph with limiters in forward, but without limiters in reverse.
464       &             rTrans(i,j)*Tracer(i,j,k,bi,bj)            IF ( inAdMode ) THEN
465          ENDDO             CALL GAD_DST3_ADV_R( bi,bj,k,
466         ENDDO       I         dTtracerLev(k),rTrans,wFld,TracAB(1-Olx,1-Oly,1,bi,bj),
467        ELSE       O         af, myThid )
468  C-    Surface "correction" term at k=1 :            ELSE
469         DO j=1-Oly,sNy+Oly             CALL GAD_DST3FL_ADV_R( bi,bj,k,
470          DO i=1-Olx,sNx+Olx       I         dTtracerLev(k),rTrans,wFld,TracAB(1-Olx,1-Oly,1,bi,bj),
471           af(i,j) = rTrans(i,j)*Tracer(i,j,k,bi,bj)       O         af, myThid )
472          ENDDO            ENDIF
473         ENDDO          ELSEIF (vertAdvecScheme.EQ.ENUM_OS7MP ) THEN
474        ENDIF             CALL GAD_OS7MP_ADV_R( bi,bj,k,
475  C-    add the advective flux to fVerT       I         dTtracerLev(k),rTrans,wFld,TracAB(1-Olx,1-Oly,1,bi,bj),
476        DO j=1-Oly,sNy+Oly       O         af, myThid )
477         DO i=1-Olx,sNx+Olx          ELSE
478          fVerT(i,j,kUp) = fVerT(i,j,kUp) + af(i,j)            STOP 'GAD_CALC_RHS: Bad vertAdvecScheme (R)'
479         ENDDO          ENDIF
480        ENDDO  C-     add the advective flux to fVerT
481            DO j=1-Oly,sNy+Oly
482             DO i=1-Olx,sNx+Olx
483              fVerT(i,j,kUp) = fVerT(i,j,kUp) + af(i,j)
484             ENDDO
485            ENDDO
486    #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS
487            IF ( useDiagnostics ) THEN
488              diagName = 'ADVr'//diagSufx
489              CALL DIAGNOSTICS_FILL(af,diagName, k,1, 2,bi,bj, myThid)
490    C- note: needs to explicitly increment the counter since DIAGNOSTICS_FILL
491    C        does it only if k=1 (never the case here)
492              IF ( k.EQ.2 ) CALL DIAGNOSTICS_COUNT(diagName,bi,bj,myThid)
493            ENDIF
494    #endif
495        ENDIF        ENDIF
496    
497  C-    Diffusive flux in R  C-    Diffusive flux in R
# Line 362  C           boundary condition. Line 504  C           boundary condition.
504          ENDDO          ENDDO
505         ENDDO         ENDDO
506        ELSE        ELSE
507         CALL GAD_DIFF_R(bi,bj,k,KappaRT,tracer,df,myThid)         IF ( applyAB_onTracer ) THEN
508             CALL GAD_DIFF_R(bi,bj,k,KappaR,TracerN,df,myThid)
509           ELSE
510             CALL GAD_DIFF_R(bi,bj,k,KappaR,TracAB, df,myThid)
511           ENDIF
512        ENDIF        ENDIF
513    
514  #ifdef ALLOW_GMREDI  #ifdef ALLOW_GMREDI
515  C-    GM/Redi flux in R  C-    GM/Redi flux in R
516        IF (useGMRedi) THEN        IF ( trUseGMRedi ) THEN
517  C *note* should update GMREDI_RTRANSPORT to set df  *aja*  C *note* should update GMREDI_RTRANSPORT to set df  *aja*
518         CALL GMREDI_RTRANSPORT(          IF ( applyAB_onTracer ) THEN
519       I     iMin,iMax,jMin,jMax,bi,bj,K,            CALL GMREDI_RTRANSPORT(
520       I     Tracer,tracerIdentity,       I         iMin,iMax,jMin,jMax,bi,bj,k,
521       U     df,       I         TracerN,tracerIdentity,
522       I     myThid)       U         df,
523         I         myThid)
524            ELSE
525              CALL GMREDI_RTRANSPORT(
526         I         iMin,iMax,jMin,jMax,bi,bj,k,
527         I         TracAB, tracerIdentity,
528         U         df,
529         I         myThid)
530            ENDIF
531        ENDIF        ENDIF
532  #endif  #endif
533    
# Line 383  C *note* should update GMREDI_RTRANSPORT Line 537  C *note* should update GMREDI_RTRANSPORT
537         ENDDO         ENDDO
538        ENDDO        ENDDO
539    
540    #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS
541    C-    Diagnostics of Tracer flux in R dir (mainly Diffusive terms),
542    C       Explicit terms only & excluding advective terms:
543          IF ( useDiagnostics .AND.
544         &    (.NOT.implicitDiffusion .OR. trUseGMRedi) ) THEN
545              diagName = 'DFrE'//diagSufx
546              CALL DIAGNOSTICS_FILL(df,diagName, k,1, 2,bi,bj, myThid)
547          ENDIF
548    #endif
549    
550  #ifdef ALLOW_KPP  #ifdef ALLOW_KPP
551  C-    Add non local KPP transport term (ghat) to diffusive T flux.  C-    Set non local KPP transport term (ghat):
552        IF (useKPP) THEN        IF ( trUseKPP .AND. k.GE.2 ) THEN
553         DO j=1-Oly,sNy+Oly         DO j=1-Oly,sNy+Oly
554          DO i=1-Olx,sNx+Olx          DO i=1-Olx,sNx+Olx
555           df(i,j) = 0. _d 0           df(i,j) = 0. _d 0
556          ENDDO          ENDDO
557         ENDDO         ENDDO
558         IF (tracerIdentity.EQ.GAD_TEMPERATURE) THEN         IF (tracerIdentity.EQ.GAD_TEMPERATURE) THEN
 C *note* should update KPP_TRANSPORT_T to set df  *aja*  
559          CALL KPP_TRANSPORT_T(          CALL KPP_TRANSPORT_T(
560       I     iMin,iMax,jMin,jMax,bi,bj,k,km1,       I           iMin,iMax,jMin,jMax,bi,bj,k,km1,
561       I     KappaRT,       O           df,
562       U     df )       I           myTime, myIter, myThid )
563         ELSEIF (tracerIdentity.EQ.GAD_SALINITY) THEN         ELSEIF (tracerIdentity.EQ.GAD_SALINITY) THEN
564          CALL KPP_TRANSPORT_S(          CALL KPP_TRANSPORT_S(
565       I     iMin,iMax,jMin,jMax,bi,bj,k,km1,       I           iMin,iMax,jMin,jMax,bi,bj,k,km1,
566       I     KappaRT,       O           df,
567       U     df )       I           myTime, myIter, myThid )
568    #ifdef ALLOW_PTRACERS
569           ELSEIF (tracerIdentity .GE. GAD_TR1) THEN
570            CALL KPP_TRANSPORT_PTR(
571         I           iMin,iMax,jMin,jMax,bi,bj,k,km1,
572         I           tracerIdentity-GAD_TR1+1,
573         O           df,
574         I           myTime, myIter, myThid )
575    #endif
576         ELSE         ELSE
577            PRINT*,'invalid tracer indentity: ', tracerIdentity
578          STOP 'GAD_CALC_RHS: Ooops'          STOP 'GAD_CALC_RHS: Ooops'
579         ENDIF         ENDIF
580         DO j=1-Oly,sNy+Oly         DO j=1-Oly,sNy+Oly
581          DO i=1-Olx,sNx+Olx          DO i=1-Olx,sNx+Olx
582           fVerT(i,j,kUp) = fVerT(i,j,kUp) + df(i,j)*maskUp(i,j)           fVerT(i,j,kUp) = fVerT(i,j,kUp)
583         &                  + df(i,j)*maskUp(i,j)*rhoFacF(k)
584          ENDDO          ENDDO
585         ENDDO         ENDDO
586        ENDIF        ENDIF
587  #endif  #endif
588    
589  C--   Divergence of fluxes  C--   Divergence of fluxes
590    C     Anelastic: scale vertical fluxes by rhoFac and leave Horizontal fluxes unchanged
591        DO j=1-Oly,sNy+Oly-1        DO j=1-Oly,sNy+Oly-1
592         DO i=1-Olx,sNx+Olx-1         DO i=1-Olx,sNx+Olx-1
593          gTracer(i,j,k,bi,bj)=gTracer(i,j,k,bi,bj)          gTracer(i,j,k,bi,bj)=gTracer(i,j,k,bi,bj)
594       &   -_recip_hFacC(i,j,k,bi,bj)*recip_drF(k)       &   -_recip_hFacC(i,j,k,bi,bj)*recip_drF(k)
595       &    *recip_rA(i,j,bi,bj)       &   *recip_rA(i,j,bi,bj)*recip_deepFac2C(k)*recip_rhoFacC(k)
596       &    *(       &   *( (fZon(i+1,j)-fZon(i,j))
597       &    +( fZon(i+1,j)-fZon(i,j) )       &     +(fMer(i,j+1)-fMer(i,j))
598       &    +( fMer(i,j+1)-fMer(i,j) )       &     +(fVerT(i,j,kDown)-fVerT(i,j,kUp))*rkSign
599       &    +( fVerT(i,j,kUp)-fVerT(i,j,kDown) )*rkFac       &     -localT(i,j)*( (uTrans(i+1,j)-uTrans(i,j))
600         &                   +(vTrans(i,j+1)-vTrans(i,j))
601         &                   +(rTransKp1(i,j)-rTrans(i,j))*rAdvFac
602         &                  )*advFac
603       &    )       &    )
604         ENDDO         ENDDO
605        ENDDO        ENDDO
606    
607  #ifdef NONLIN_FRSURF  #ifdef ALLOW_DEBUG
608  C-- account for 3.D divergence of the flow in rStar coordinate:        IF ( debugLevel .GE. debLevB
609        IF (calcAdvection .AND. select_rStar.GT.0) THEN       &   .AND. tracerIdentity.EQ.GAD_TEMPERATURE
610         DO j=1-Oly,sNy+Oly-1       &   .AND. k.EQ.2 .AND. myIter.EQ.1+nIter0
611          DO i=1-Olx,sNx+Olx-1       &   .AND. nPx.EQ.1 .AND. nPy.EQ.1
612           gTracer(i,j,k,bi,bj) = gTracer(i,j,k,bi,bj)       &   .AND. useCubedSphereExchange ) THEN
613       &     - (rStarExpC(i,j,bi,bj) - 1. _d 0)/deltaTfreesurf          CALL DEBUG_CS_CORNER_UV( ' fZon,fMer from GAD_CALC_RHS',
614       &       *tracer(i,j,k,bi,bj)*maskC(i,j,k,bi,bj)       &             fZon,fMer, k, standardMessageUnit,bi,bj,myThid )
         ENDDO  
        ENDDO  
       ENDIF  
       IF (calcAdvection .AND. select_rStar.LT.0) THEN  
        DO j=1-Oly,sNy+Oly-1  
         DO i=1-Olx,sNx+Olx-1  
          gTracer(i,j,k,bi,bj) = gTracer(i,j,k,bi,bj)  
      &     - rStarDhCDt(i,j,bi,bj)  
      &       *tracer(i,j,k,bi,bj)*maskC(i,j,k,bi,bj)  
         ENDDO  
        ENDDO  
615        ENDIF        ENDIF
616  #endif /* NONLIN_FRSURF */  #endif /* ALLOW_DEBUG */
         
617    
618        RETURN        RETURN
619        END        END
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