/[MITgcm]/MITgcm/pkg/ptracers/ptracers_integrate.F
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revision 1.30 by jmc, Tue Mar 7 15:28:39 2006 UTC revision 1.45 by jmc, Thu Mar 8 17:08:36 2012 UTC
# Line 8  C !ROUTINE: PTRACERS_INTEGRATE Line 8  C !ROUTINE: PTRACERS_INTEGRATE
8    
9  C !INTERFACE: ==========================================================  C !INTERFACE: ==========================================================
10        SUBROUTINE PTRACERS_INTEGRATE(        SUBROUTINE PTRACERS_INTEGRATE(
11       I                               bi,bj,k,       I                    bi,bj,k,
12       I                               xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,       I                    xA, yA, maskUp, uFld, vFld, wFld,
13       I                               rTransKp1,maskUp,       I                    uTrans, vTrans, rTrans, rTransKp1,
14       X                               rFlx,KappaRtr,       I                    KappaRtr,
15       I                               myIter,myTime,myThid )       U                    rFlx,
16         I                    myTime,myIter,myThid )
17    
18  C !DESCRIPTION:  C !DESCRIPTION:
19  C     Calculates tendency for passive tracers and integrates forward  C     Calculates tendency for passive tracers and integrates forward
# Line 24  C !USES: =============================== Line 25  C !USES: ===============================
25  #include "EEPARAMS.h"  #include "EEPARAMS.h"
26  #include "PARAMS.h"  #include "PARAMS.h"
27  #include "DYNVARS.h"  #include "DYNVARS.h"
28    #ifdef ALLOW_LONGSTEP
29    #include "LONGSTEP_PARAMS.h"
30    #endif
31  #include "PTRACERS_SIZE.h"  #include "PTRACERS_SIZE.h"
32  #include "PTRACERS.h"  #include "PTRACERS_PARAMS.h"
33    #include "PTRACERS_START.h"
34    #include "PTRACERS_FIELDS.h"
35  #include "GAD.h"  #include "GAD.h"
36    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
37    # include "tamc.h"
38    # include "tamc_keys.h"
39    #endif
40    
41  C !INPUT PARAMETERS: ===================================================  C !INPUT PARAMETERS: ===================================================
42  C  bi,bj                :: tile indices  C  bi,bj                :: tile indices
43  C  k                    :: vertical level number  C  k                    :: vertical level number
44  C  xA                   :: face area at U points in level k  C  xA                   :: face area at U points in level k
45  C  yA                   :: face area at V points in level k  C  yA                   :: face area at V points in level k
46    C  maskUp               :: mask for vertical transport
47    C  uFld,vFld,wFld       :: Local copy of velocity field (3 components)
48  C  uTrans               :: zonal transport in level k  C  uTrans               :: zonal transport in level k
49  C  vTrans               :: meridional transport in level k  C  vTrans               :: meridional transport in level k
50  C  rTrans               :: vertical volume transport at interface k  C  rTrans               :: vertical volume transport at interface k
51  C  rTransKp1            :: vertical volume transport at interface k+1  C  rTransKp1            :: vertical volume transport at interface k+1
52  C  maskUp               :: mask for vertical transport  C  KappaRtr             :: vertical diffusion of passive tracers, interf k
53  C  rFlx                 :: vertical flux  C  rFlx                 :: vertical flux
 C  KappaRtr             :: vertical diffusion of passive tracers, interf k  
 C  myIter               :: time-step number  
54  C  myTime               :: model time  C  myTime               :: model time
55    C  myIter               :: time-step number
56  C  myThid               :: thread number  C  myThid               :: thread number
57        INTEGER bi,bj,k        INTEGER bi,bj,k
58        _RS xA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS xA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
59        _RS yA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RS yA      (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
60          _RS maskUp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
61          _RL uFld    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
62          _RL vFld    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
63          _RL wFld    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
64        _RL uTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL uTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
65        _RL vTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL vTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
66        _RL rTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rTrans  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
67        _RL rTransKp1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL rTransKp1(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
68        _RS maskUp  (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)        _RL KappaRtr(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,PTRACERS_num)
69        _RL rFlx(1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2,PTRACERS_num)        _RL rFlx    (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy,2,PTRACERS_num)
       _RL KappaRtr(1-Olx:sNx+Olx,1-Oly:sNy+Oly,PTRACERS_num)  
       INTEGER myIter  
70        _RL myTime        _RL myTime
71          INTEGER myIter
72        INTEGER myThid        INTEGER myThid
73    
74  C !OUTPUT PARAMETERS: ==================================================  C !OUTPUT PARAMETERS: ==================================================
# Line 74  C  GAD_TR               :: passive trace Line 88  C  GAD_TR               :: passive trace
88        INTEGER GAD_TR        INTEGER GAD_TR
89        LOGICAL calcAdvection        LOGICAL calcAdvection
90        INTEGER iterNb        INTEGER iterNb
91          _RL gTr_AB (1-OLx:sNx+OLx,1-OLy:sNy+OLy)
92    #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS
93          CHARACTER*8 diagName
94          CHARACTER*4 diagSufx
95    C-    Functions:
96          CHARACTER*4 GAD_DIAG_SUFX
97          EXTERNAL    GAD_DIAG_SUFX
98    #endif /* ALLOW_DIAGNOSTICS */
99  CEOP  CEOP
100    
101    C Loop ranges for daughter routines
102          iMin = 1-OLx+2
103          iMax = sNx+OLx-1
104          jMin = 1-OLy+2
105          jMax = sNy+OLy-1
106    
107          km1  = MAX(1,k-1)
108          kUp  = 1+MOD(k+1,2)
109          kDown= 1+MOD(k,2)
110    
111  C Loop over tracers  C Loop over tracers
112        DO iTracer=1,PTRACERS_numInUse        DO iTracer=1,PTRACERS_numInUse
113          IF ( PTRACERS_StepFwd(iTracer) ) THEN
114    
115  C Loop ranges for daughter routines  #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
116         iMin = 1-OLx+2            act0 = iTracer - 1
117         iMax = sNx+OLx-1            max0 = PTRACERS_num
118         jMin = 1-OLy+2            act1 = bi - myBxLo(myThid)
119         jMax = sNy+OLy-1            max1 = myBxHi(myThid) - myBxLo(myThid) + 1
120              act2 = bj - myByLo(myThid)
121         km1  = MAX(1,k-1)            max2 = myByHi(myThid) - myByLo(myThid) + 1
122         kUp  = 1+MOD(k+1,2)            act3 = myThid - 1
123         kDown= 1+MOD(k,2)            max3 = nTx*nTy
124              act4 = ikey_dynamics - 1
125              iptrkey = (act0 + 1)
126         &                      + act1*max0
127         &                      + act2*max0*max1
128         &                      + act3*max0*max1*max2
129         &                      + act4*max0*max1*max2*max3
130              kkey = (iptrkey-1)*Nr + k
131    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
132    
133    #ifdef ALLOW_AUTODIFF_TAMC
134           rFlx(1,1,kDown,iTracer) = rFlx(1,1,kDown,iTracer)
135    c
136    CADJ STORE pTracer(:,:,k,bi,bj,iTracer)
137    CADJ &      = comlev1_bibj_k_ptracers, key=kkey, byte=isbyte
138    CADJ STORE gpTrNm1(:,:,k,bi,bj,iTracer)
139    CADJ &      = comlev1_bibj_k_ptracers, key=kkey, byte=isbyte
140    # ifdef NONLIN_FRSURF
141    CADJ STORE gpTr(:,:,k,bi,bj,iTracer)
142    CADJ &      = comlev1_bibj_k_ptracers, key=kkey, byte=isbyte
143    CADJ STORE rFlx(:,:,:,iTracer)
144    CADJ &      = comlev1_bibj_k_ptracers, key=kkey, byte=isbyte
145    # endif
146    #endif /* ALLOW_AUTODIFF_TAMC */
147    
148  C Calculate active tracer tendencies (gPtr) due to internal processes  C Calculate active tracer tendencies (gPtr) due to internal processes
149  C (advection, [explicit] diffusion, parameterizations,...)  C (advection, [explicit] diffusion, parameterizations,...)
150         calcAdvection = .NOT.multiDimAdvection         calcAdvection = .NOT.PTRACERS_MultiDimAdv(iTracer)
      &      .OR. PTRACERS_advScheme(iTracer).EQ.ENUM_CENTERED_2ND  
      &      .OR. PTRACERS_advScheme(iTracer).EQ.ENUM_UPWIND_3RD  
      &      .OR. PTRACERS_advScheme(iTracer).EQ.ENUM_CENTERED_4TH  
151         GAD_TR = GAD_TR1 + iTracer - 1         GAD_TR = GAD_TR1 + iTracer - 1
152         CALL GAD_CALC_RHS(         CALL GAD_CALC_RHS(
153       I                   bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,kM1,kUp,kDown,       I                   bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,km1,kUp,kDown,
154       I                   xA,yA,uTrans,vTrans,rTrans,rTransKp1,maskUp,       I                   xA, yA, maskUp, uFld, vFld, wFld,
155       I                   uVel, vVel, wVel,       I                   uTrans, vTrans, rTrans, rTransKp1,
156       I                   PTRACERS_diffKh(iTracer),       I                   PTRACERS_diffKh(iTracer),
157       I                   PTRACERS_diffK4(iTracer),       I                   PTRACERS_diffK4(iTracer),
158       I                   KappaRtr(1-Olx,1-Oly,iTracer),       I                   KappaRtr(1-OLx,1-OLy,iTracer),
159       I                   gPtrNm1(1-Olx,1-Oly,1,1,1,iTracer),       I                   gpTrNm1(1-OLx,1-OLy,1,1,1,iTracer),
160       I                   pTracer(1-Olx,1-Oly,1,1,1,iTracer),       I                   pTracer(1-OLx,1-OLy,1,1,1,iTracer),
161       I                   GAD_TR,       I                   PTRACERS_dTLev, GAD_TR,
162       I                   PTRACERS_advScheme(iTracer),       I                   PTRACERS_advScheme(iTracer),
163       I                   PTRACERS_advScheme(iTracer),       I                   PTRACERS_advScheme(iTracer),
164       I                   calcAdvection, PTRACERS_ImplVertAdv(iTracer),       I                   calcAdvection, PTRACERS_ImplVertAdv(iTracer),
165       I                   .FALSE.,       I                   .FALSE.,
166       U                   rFlx(1-Olx,1-Oly,1,iTracer),       I                   PTRACERS_useGMRedi(iTracer),
167       U                   gPtr(1-Olx,1-Oly,1,1,1,iTracer),       I                   PTRACERS_useKPP(iTracer),
168         U                   rFlx(1-OLx,1-OLy,1,iTracer),
169         U                   gPtr(1-OLx,1-OLy,1,1,1,iTracer),
170       I                   myTime, myIter, myThid )       I                   myTime, myIter, myThid )
171    
172  C External forcing term(s)  C External forcing term(s)
173         IF ( tracForcingOutAB.NE.1 )         IF ( tracForcingOutAB.NE.1 )
174       &   CALL PTRACERS_FORCING(       &   CALL PTRACERS_FORCING(
175       I                      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,iTracer,       I                      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,iTracer,
176       U                      gPtr(1-Olx,1-Oly,1,1,1,iTracer),       U                      gPtr(1-OLx,1-OLy,1,1,1,iTracer),
177       I                      surfaceForcingPtr(1-Olx,1-Oly,1,1,iTracer),       I                      surfaceForcingPTr(1-OLx,1-OLy,1,1,iTracer),
178       I                      myIter,myTime,myThid)       I                      myIter,myTime,myThid)
179    
180  C If using Adams-Bashforth II, then extrapolate tendencies  C If using Adams-Bashforth II, then extrapolate tendencies
181  C gPtr is now the tracer tendency for explicit advection/diffusion  C gPtr is now the tracer tendency for explicit advection/diffusion
       IF ( PTRACERS_advScheme(iTracer).EQ.ENUM_CENTERED_2ND  
      & .OR.PTRACERS_advScheme(iTracer).EQ.ENUM_UPWIND_3RD  
      & .OR.PTRACERS_advScheme(iTracer).EQ.ENUM_CENTERED_4TH ) THEN  
182  #ifdef ALLOW_MATRIX  #ifdef ALLOW_MATRIX
183  C  If matrix is being computed, block call to S/R ADAMS_BASHFORTH2 to  C  If matrix is being computed, skip call to S/R ADAMS_BASHFORTH2 to
184  C  prevent gPtr from being replaced by the average of gPtr and gPtrNm1.      C  prevent gPtr from being replaced by the average of gPtr and gpTrNm1.
185          IF (.NOT.useMATRIX) THEN         IF ( .NOT.useMATRIX .AND.
186  #endif                 &      PTRACERS_AdamsBashGtr(iTracer) ) THEN
187    #else /* ALLOW_MATRIX */
188           IF ( PTRACERS_AdamsBashGtr(iTracer) ) THEN
189    #endif /* ALLOW_MATRIX */
190    C       compute iter at beginning of ptracer time step
191    #ifdef ALLOW_LONGSTEP
192            iterNb = myIter - LS_nIter + 1
193            IF (LS_whenToSample.GE.2) iterNb = myIter - LS_nIter
194    #else
195          iterNb = myIter          iterNb = myIter
196          IF (staggerTimeStep) iterNb = myIter - 1          IF (staggerTimeStep) iterNb = myIter - 1
197    #endif
198          CALL ADAMS_BASHFORTH2(          CALL ADAMS_BASHFORTH2(
199       I                        bi,bj,K,       I                      bi,bj,k,
200       U                        gPtr(1-Olx,1-Oly,1,1,1,iTracer),       U                      gPtr(1-OLx,1-OLy,1,1,1,iTracer),
201       U                        gPtrNm1(1-Olx,1-Oly,1,1,1,iTracer),       U                      gpTrNm1(1-OLx,1-OLy,1,1,1,iTracer),
202       I                        iterNb, myThid )       U                      gTr_AB,
203  #ifdef ALLOW_MATRIX       I                      PTRACERS_startAB(iTracer), iterNb, myThid )
204    #ifdef ALLOW_DIAGNOSTICS
205            IF ( useDiagnostics ) THEN
206              diagSufx = GAD_DIAG_SUFX( GAD_TR, myThid )
207              diagName = 'AB_g'//diagSufx
208              CALL DIAGNOSTICS_FILL(gTr_AB,diagName,k,1,2,bi,bj,myThid)
209          ENDIF          ENDIF
210  #endif      #endif /* ALLOW_DIAGNOSTICS */
211        ENDIF         ENDIF
212    
213  C External forcing term(s)  C External forcing term(s)
214         IF ( tracForcingOutAB.EQ.1 )         IF ( tracForcingOutAB.EQ.1 )
215       &   CALL PTRACERS_FORCING(       &   CALL PTRACERS_FORCING(
216       I                      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,iTracer,       I                      bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,iTracer,
217       U                      gPtr(1-Olx,1-Oly,1,1,1,iTracer),       U                      gPtr(1-OLx,1-OLy,1,1,1,iTracer),
218       I                      surfaceForcingPtr(1-Olx,1-Oly,1,1,iTracer),       I                      surfaceForcingPTr(1-OLx,1-OLy,1,1,iTracer),
219       I                      myIter,myTime,myThid)       I                      myIter,myTime,myThid)
220    
221  #ifdef NONLIN_FRSURF  #ifdef NONLIN_FRSURF
222  C Account for change in level thickness  C Account for change in level thickness
223        IF (nonlinFreeSurf.GT.0) THEN        IF (nonlinFreeSurf.GT.0) THEN
224          CALL FREESURF_RESCALE_G(          CALL FREESURF_RESCALE_G(
225       I                          bi,bj,K,       I                          bi,bj,k,
226       U                          gPtr(1-Olx,1-Oly,1,1,1,iTracer),       U                          gPtr(1-OLx,1-OLy,1,1,1,iTracer),
227       I                          myThid )       I                          myThid )
228          IF ( PTRACERS_advScheme(iTracer).EQ.ENUM_CENTERED_2ND          IF ( PTRACERS_AdamsBashGtr(iTracer) )
      &   .OR.PTRACERS_advScheme(iTracer).EQ.ENUM_UPWIND_3RD  
      &   .OR.PTRACERS_advScheme(iTracer).EQ.ENUM_CENTERED_4TH )  
229       &  CALL FREESURF_RESCALE_G(       &  CALL FREESURF_RESCALE_G(
230       I                          bi,bj,K,       I                          bi,bj,k,
231       U                          gPtrNm1(1-Olx,1-Oly,1,1,1,iTracer),       U                          gpTrNm1(1-OLx,1-OLy,1,1,1,iTracer),
232       I                          myThid )       I                          myThid )
233        ENDIF        ENDIF
234  #endif /* NONLIN_FRSURF */  #endif /* NONLIN_FRSURF */
235    
236  C Integrate forward in time, storing in gPtr:  G=T+dt*G  C Integrate forward in time, storing in gPtr:  G=T+dt*G
237           CALL TIMESTEP_TRACER(           CALL TIMESTEP_TRACER(
238       I                        bi,bj,iMin,iMax,jMin,jMax,k,       I                        bi, bj, k, PTRACERS_dTLev(k),
239       I                        PTRACERS_advScheme(iTracer),       I                        pTracer(1-OLx,1-OLy,1,1,1,iTracer),
240       I                        pTracer(1-Olx,1-Oly,1,1,1,iTracer),       U                        gPtr(1-OLx,1-OLy,1,1,1,iTracer),
241       I                        gPtr(1-Olx,1-Oly,1,1,1,iTracer),       I                        myIter, myThid )
242       I                        myIter,myThid )  
   
 #ifdef   ALLOW_OBCS  
 C Apply open boundary conditions  
          IF (useOBCS) THEN  
           CALL OBCS_APPLY_PTRACER(  
      I         bi, bj, k, iTracer,  
      U         gPtr(1-Olx,1-Oly,k,bi,bj,iTracer),  
      I         myThid )  
          END IF  
 #endif   /* ALLOW_OBCS */  
243  C end of tracer loop  C end of tracer loop
244          ENDIF
245        ENDDO        ENDDO
246    
247  #endif /* ALLOW_PTRACERS */  #endif /* ALLOW_PTRACERS */
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