New URL for NEMO forge!   http://forge.nemo-ocean.eu

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
dynhpg.F90 in NEMO/branches/2019/dev_r11943_MERGE_2019/src/OCE/DYN – NEMO

source: NEMO/branches/2019/dev_r11943_MERGE_2019/src/OCE/DYN/dynhpg.F90 @ 12150

Last change on this file since 12150 was 12150, checked in by davestorkey, 4 years ago

2019/dev_r11943_MERGE_2019: Merge in UKMO_MERGE_2019.

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 73.2 KB
Line 
1MODULE dynhpg
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynhpg  ***
4   !! Ocean dynamics:  hydrostatic pressure gradient trend
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  !  1987-09  (P. Andrich, M.-A. Foujols)  hpg_zco: Original code
7   !!            5.0  !  1991-11  (G. Madec)
8   !!            7.0  !  1996-01  (G. Madec)  hpg_sco: Original code for s-coordinates
9   !!            8.0  !  1997-05  (G. Madec)  split dynber into dynkeg and dynhpg
10   !!            8.5  !  2002-07  (G. Madec)  F90: Free form and module
11   !!            8.5  !  2002-08  (A. Bozec)  hpg_zps: Original code
12   !!   NEMO     1.0  !  2005-10  (A. Beckmann, B.W. An)  various s-coordinate options
13   !!                 !         Original code for hpg_ctl, hpg_hel hpg_wdj, hpg_djc, hpg_rot
14   !!             -   !  2005-11  (G. Madec) style & small optimisation
15   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
16   !!            3.4  !  2011-11  (H. Liu) hpg_prj: Original code for s-coordinates
17   !!                 !           (A. Coward) suppression of hel, wdj and rot options
18   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) hpg_isf: original code for ice shelf cavity
19   !!----------------------------------------------------------------------
20
21   !!----------------------------------------------------------------------
22   !!   dyn_hpg      : update the momentum trend with the now horizontal
23   !!                  gradient of the hydrostatic pressure
24   !!   dyn_hpg_init : initialisation and control of options
25   !!       hpg_zco  : z-coordinate scheme
26   !!       hpg_zps  : z-coordinate plus partial steps (interpolation)
27   !!       hpg_sco  : s-coordinate (standard jacobian formulation)
28   !!       hpg_isf  : s-coordinate (sco formulation) adapted to ice shelf
29   !!       hpg_djc  : s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
30   !!       hpg_prj  : s-coordinate (Pressure Jacobian with Cubic polynomial)
31   !!----------------------------------------------------------------------
32   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
33   USE isf_oce , ONLY : risfload  ! ice shelf  (risfload variable)
34   USE isfload , ONLY : isf_load  ! ice shelf  (isf_load routine )
35   USE sbc_oce         ! surface variable (only for the flag with ice shelf)
36   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
37   USE wet_dry         ! wetting and drying
38   USE phycst          ! physical constants
39   USE trd_oce         ! trends: ocean variables
40   USE trddyn          ! trend manager: dynamics
41   USE zpshde          ! partial step: hor. derivative     (zps_hde routine)
42   !
43   USE in_out_manager  ! I/O manager
44   USE prtctl          ! Print control
45   USE lbclnk          ! lateral boundary condition
46   USE lib_mpp         ! MPP library
47   USE eosbn2          ! compute density
48   USE timing          ! Timing
49   USE iom
50
51   IMPLICIT NONE
52   PRIVATE
53
54   PUBLIC   dyn_hpg        ! routine called by step module
55   PUBLIC   dyn_hpg_init   ! routine called by opa module
56
57   !                                !!* Namelist namdyn_hpg : hydrostatic pressure gradient
58   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_zco   !: z-coordinate - full steps
59   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_zps   !: z-coordinate - partial steps (interpolation)
60   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_sco   !: s-coordinate (standard jacobian formulation)
61   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_djc   !: s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
62   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_prj   !: s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
63   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_isf   !: s-coordinate similar to sco modify for isf
64
65   !                                !! Flag to control the type of hydrostatic pressure gradient
66   INTEGER, PARAMETER ::   np_ERROR  =-10   ! error in specification of lateral diffusion
67   INTEGER, PARAMETER ::   np_zco    =  0   ! z-coordinate - full steps
68   INTEGER, PARAMETER ::   np_zps    =  1   ! z-coordinate - partial steps (interpolation)
69   INTEGER, PARAMETER ::   np_sco    =  2   ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
70   INTEGER, PARAMETER ::   np_djc    =  3   ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
71   INTEGER, PARAMETER ::   np_prj    =  4   ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
72   INTEGER, PARAMETER ::   np_isf    =  5   ! s-coordinate similar to sco modify for isf
73   !
74   INTEGER, PUBLIC ::   nhpg         !: type of pressure gradient scheme used ! (deduced from ln_hpg_... flags) (PUBLIC for TAM)
75
76   !! * Substitutions
77#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
78   !!----------------------------------------------------------------------
79   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
80   !! $Id$
81   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
82   !!----------------------------------------------------------------------
83CONTAINS
84
85   SUBROUTINE dyn_hpg( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
86      !!---------------------------------------------------------------------
87      !!                  ***  ROUTINE dyn_hpg  ***
88      !!
89      !! ** Method  :   Call the hydrostatic pressure gradient routine
90      !!              using the scheme defined in the namelist
91      !!
92      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
93      !!             - send trends to trd_dyn for futher diagnostics (l_trddyn=T)
94      !!----------------------------------------------------------------------
95      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
96      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
97      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
98      !
99      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::   ztrdu, ztrdv
100      !!----------------------------------------------------------------------
101      !
102      IF( ln_timing )   CALL timing_start('dyn_hpg')
103      !
104      IF( l_trddyn ) THEN                    ! Temporary saving of puu(:,:,:,Krhs) and pvv(:,:,:,Krhs) trends (l_trddyn)
105         ALLOCATE( ztrdu(jpi,jpj,jpk) , ztrdv(jpi,jpj,jpk) )
106         ztrdu(:,:,:) = puu(:,:,:,Krhs)
107         ztrdv(:,:,:) = pvv(:,:,:,Krhs)
108      ENDIF
109      !
110      SELECT CASE ( nhpg )      ! Hydrostatic pressure gradient computation
111      CASE ( np_zco )   ;   CALL hpg_zco    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! z-coordinate
112      CASE ( np_zps )   ;   CALL hpg_zps    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! z-coordinate plus partial steps (interpolation)
113      CASE ( np_sco )   ;   CALL hpg_sco    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
114      CASE ( np_djc )   ;   CALL hpg_djc    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
115      CASE ( np_prj )   ;   CALL hpg_prj    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
116      CASE ( np_isf )   ;   CALL hpg_isf    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate similar to sco modify for ice shelf
117      END SELECT
118      !
119      IF( l_trddyn ) THEN      ! save the hydrostatic pressure gradient trends for momentum trend diagnostics
120         ztrdu(:,:,:) = puu(:,:,:,Krhs) - ztrdu(:,:,:)
121         ztrdv(:,:,:) = pvv(:,:,:,Krhs) - ztrdv(:,:,:)
122         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_hpg, kt, Kmm )
123         DEALLOCATE( ztrdu , ztrdv )
124      ENDIF
125      !
126      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=puu(:,:,:,Krhs), clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
127         &                       tab3d_2=pvv(:,:,:,Krhs), clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
128      !
129      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('dyn_hpg')
130      !
131   END SUBROUTINE dyn_hpg
132
133
134   SUBROUTINE dyn_hpg_init( Kmm )
135      !!----------------------------------------------------------------------
136      !!                 ***  ROUTINE dyn_hpg_init  ***
137      !!
138      !! ** Purpose :   initializations for the hydrostatic pressure gradient
139      !!              computation and consistency control
140      !!
141      !! ** Action  :   Read the namelist namdyn_hpg and check the consistency
142      !!      with the type of vertical coordinate used (zco, zps, sco)
143      !!----------------------------------------------------------------------
144      INTEGER, INTENT( in ) :: Kmm   ! ocean time level index
145      !
146      INTEGER ::   ioptio = 0      ! temporary integer
147      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
148      !!
149      INTEGER  ::   ji, jj, jk, ikt    ! dummy loop indices      ISF
150      REAL(wp) ::   znad
151      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::  zts_top, zrhd   ! hypothesys on isf density
152      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::  zrhdtop_isf    ! density at bottom of ISF
153      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::  ziceload       ! density at bottom of ISF
154      !!
155      NAMELIST/namdyn_hpg/ ln_hpg_zco, ln_hpg_zps, ln_hpg_sco,     &
156         &                 ln_hpg_djc, ln_hpg_prj, ln_hpg_isf
157      !!----------------------------------------------------------------------
158      !
159      READ  ( numnam_ref, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
160901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in reference namelist' )
161      !
162      READ  ( numnam_cfg, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
163902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in configuration namelist' )
164      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_hpg )
165      !
166      IF(lwp) THEN                   ! Control print
167         WRITE(numout,*)
168         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
169         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
170         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
171         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
172         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
173         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
174         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation) for isf  ln_hpg_isf    = ', ln_hpg_isf
175         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
176         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
177      ENDIF
178      !
179      IF( ln_hpg_djc )   &
180         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : Density Jacobian: Cubic polynominal method',   &
181         &                 '   currently disabled (bugs under investigation).'        ,   &
182         &                 '   Please select either  ln_hpg_sco or  ln_hpg_prj instead' )
183         !
184      IF( .NOT.ln_linssh .AND. .NOT.(ln_hpg_sco.OR.ln_hpg_prj.OR.ln_hpg_isf) )          &
185         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : non-linear free surface requires either ',   &
186         &                 '   the standard jacobian formulation hpg_sco    or '    ,   &
187         &                 '   the pressure jacobian formulation hpg_prj'             )
188         !
189      IF( ln_hpg_isf ) THEN
190         IF( .NOT. ln_isfcav )   CALL ctl_stop( ' hpg_isf not available if ln_isfcav = false ' )
191       ELSE
192         IF(       ln_isfcav )   CALL ctl_stop( 'Only hpg_isf has been corrected to work with ice shelf cavity.' )
193      ENDIF
194      !
195      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags & consistency check
196      nhpg   = np_ERROR
197      ioptio = 0
198      IF( ln_hpg_zco ) THEN   ;   nhpg = np_zco   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
199      IF( ln_hpg_zps ) THEN   ;   nhpg = np_zps   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
200      IF( ln_hpg_sco ) THEN   ;   nhpg = np_sco   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
201      IF( ln_hpg_djc ) THEN   ;   nhpg = np_djc   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
202      IF( ln_hpg_prj ) THEN   ;   nhpg = np_prj   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
203      IF( ln_hpg_isf ) THEN   ;   nhpg = np_isf   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
204      !
205      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
206      !
207      IF(lwp) THEN
208         WRITE(numout,*)
209         SELECT CASE( nhpg )
210         CASE( np_zco )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   z-coord. - full steps '
211         CASE( np_zps )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   z-coord. - partial steps (interpolation)'
212         CASE( np_sco )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (standard jacobian formulation)'
213         CASE( np_djc )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)'
214         CASE( np_prj )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)'
215         CASE( np_isf )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (standard jacobian formulation) for isf'
216         END SELECT
217         WRITE(numout,*)
218      ENDIF
219      !                         
220   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
221
222
223   SUBROUTINE hpg_zco( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
224      !!---------------------------------------------------------------------
225      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
226      !!
227      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
228      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
229      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
230      !!      density gradient along the model level from the suface to that
231      !!      level:    zhpi = grav .....
232      !!                zhpj = grav .....
233      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
234      !!            puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
235      !!            pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
236      !!
237      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
238      !!----------------------------------------------------------------------
239      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
240      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
241      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
242      !
243      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
244      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
245      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::  zhpi, zhpj
246      !!----------------------------------------------------------------------
247      !
248      IF( kt == nit000 ) THEN
249         IF(lwp) WRITE(numout,*)
250         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
251         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
252      ENDIF
253
254      zcoef0 = - grav * 0.5_wp      ! Local constant initialization
255
256      ! Surface value
257      DO jj = 2, jpjm1
258         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
259            zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,1,Kmm)
260            ! hydrostatic pressure gradient
261            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
262            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
263            ! add to the general momentum trend
264            puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1)
265            pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1)
266         END DO
267      END DO
268
269      !
270      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
271      DO jk = 2, jpkm1
272         DO jj = 2, jpjm1
273            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
274               zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,jk,Kmm)
275               ! hydrostatic pressure gradient
276               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
277                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )    &
278                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
279
280               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
281                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )    &
282                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
283               ! add to the general momentum trend
284               puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk)
285               pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk)
286            END DO
287         END DO
288      END DO
289      !
290   END SUBROUTINE hpg_zco
291
292
293   SUBROUTINE hpg_zps( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
294      !!---------------------------------------------------------------------
295      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
296      !!
297      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
298      !!
299      !! ** Action  : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
300      !!----------------------------------------------------------------------
301      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
302      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
303      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
304      !!
305      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
306      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
307      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
308      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::  zhpi, zhpj
309      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) :: zgtsu, zgtsv, zgru, zgrv
310      !!----------------------------------------------------------------------
311      !
312      IF( kt == nit000 ) THEN
313         IF(lwp) WRITE(numout,*)
314         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
315         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
316      ENDIF
317
318      ! Partial steps: Compute NOW horizontal gradient of t, s, rd at the last ocean level
319      CALL zps_hde( kt, Kmm, jpts, ts(:,:,:,:,Kmm), zgtsu, zgtsv, rhd, zgru , zgrv )
320
321      ! Local constant initialization
322      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
323
324      !  Surface value (also valid in partial step case)
325      DO jj = 2, jpjm1
326         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
327            zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,1,Kmm)
328            ! hydrostatic pressure gradient
329            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
330            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
331            ! add to the general momentum trend
332            puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1)
333            pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1)
334         END DO
335      END DO
336
337      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
338      DO jk = 2, jpkm1
339         DO jj = 2, jpjm1
340            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
341               zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,jk,Kmm)
342               ! hydrostatic pressure gradient
343               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
344                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
345                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
346
347               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
348                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
349                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
350               ! add to the general momentum trend
351               puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk)
352               pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk)
353            END DO
354         END DO
355      END DO
356
357      ! partial steps correction at the last level  (use zgru & zgrv computed in zpshde.F90)
358      DO jj = 2, jpjm1
359         DO ji = 2, jpim1
360            iku = mbku(ji,jj)
361            ikv = mbkv(ji,jj)
362            zcoef2 = zcoef0 * MIN( e3w(ji,jj,iku,Kmm), e3w(ji+1,jj  ,iku,Kmm) )
363            zcoef3 = zcoef0 * MIN( e3w(ji,jj,ikv,Kmm), e3w(ji  ,jj+1,ikv,Kmm) )
364            IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
365               puu  (ji,jj,iku,Krhs) = puu(ji,jj,iku,Krhs) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
366               zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
367                  &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + zgru(ji,jj) ) * r1_e1u(ji,jj)
368               puu  (ji,jj,iku,Krhs) = puu(ji,jj,iku,Krhs) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
369            ENDIF
370            IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
371               pvv  (ji,jj,ikv,Krhs) = pvv(ji,jj,ikv,Krhs) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
372               zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
373                  &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + zgrv(ji,jj) ) * r1_e2v(ji,jj)
374               pvv  (ji,jj,ikv,Krhs) = pvv(ji,jj,ikv,Krhs) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
375            ENDIF
376         END DO
377      END DO
378      !
379   END SUBROUTINE hpg_zps
380
381
382   SUBROUTINE hpg_sco( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
383      !!---------------------------------------------------------------------
384      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
385      !!
386      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
387      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
388      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
389      !!      density gradient along the model level from the suface to that
390      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
391      !!      to the horizontal pressure gradient :
392      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
393      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
394      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
395      !!         puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
396      !!         pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
397      !!
398      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
399      !!----------------------------------------------------------------------
400      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
401      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
402      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
403      !!
404      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jii, jjj                 ! dummy loop indices
405      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad, ztmp       ! temporary scalars
406      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2                     ! local logical variables
407      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk)      ::   zhpi, zhpj
408      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
409      !!----------------------------------------------------------------------
410      !
411      IF( ln_wd_il ) ALLOCATE(zcpx(jpi,jpj), zcpy(jpi,jpj))
412      !
413      IF( kt == nit000 ) THEN
414         IF(lwp) WRITE(numout,*)
415         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
416         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
417      ENDIF
418      !
419      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
420      IF ( ln_linssh ) THEN   ;   znad = 0._wp         ! Fixed    volume: density anomaly
421      ELSE                    ;   znad = 1._wp         ! Variable volume: density
422      ENDIF
423      !
424      IF( ln_wd_il ) THEN
425        DO jj = 2, jpjm1
426           DO ji = 2, jpim1 
427             ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)               ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
428                  &    MAX( -ht_0(ji,jj)               , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
429                  &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) +  ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
430                  &                                                       > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
431             ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)              -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (       &
432                  &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
433                  &    MAX(  -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
434
435             IF(ll_tmp1) THEN
436               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
437             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
438               ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
439               zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
440                           &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
441             ELSE
442               zcpx(ji,jj) = 0._wp
443             END IF
444     
445             ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
446                  &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
447                  &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
448                  &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
449             ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
450                  &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
451                  &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
452
453             IF(ll_tmp1) THEN
454               zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
455             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
456               ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
457               zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
458                           &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
459             ELSE
460               zcpy(ji,jj) = 0._wp
461             END IF
462           END DO
463        END DO
464        CALL lbc_lnk_multi( 'dynhpg', zcpx, 'U', 1., zcpy, 'V', 1. )
465      END IF
466
467      ! Surface value
468      DO jj = 2, jpjm1
469         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
470            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
471            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * (  e3w(ji+1,jj  ,1,Kmm) * ( znad + rhd(ji+1,jj  ,1) )    &
472               &                      - e3w(ji  ,jj  ,1,Kmm) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
473            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * (  e3w(ji  ,jj+1,1,Kmm) * ( znad + rhd(ji  ,jj+1,1) )    &
474               &                      - e3w(ji  ,jj  ,1,Kmm) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
475            ! s-coordinate pressure gradient correction
476            zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
477               &           * ( gde3w(ji+1,jj,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
478            zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
479               &           * ( gde3w(ji,jj+1,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
480            !
481            IF( ln_wd_il ) THEN
482               zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
483               zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
484               zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
485               zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
486            ENDIF
487            !
488            ! add to the general momentum trend
489            puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
490            pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
491         END DO
492      END DO
493
494      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
495      DO jk = 2, jpkm1
496         DO jj = 2, jpjm1
497            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
498               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
499               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)   &
500                  &           * (  e3w(ji+1,jj,jk,Kmm) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad )   &
501                  &              - e3w(ji  ,jj,jk,Kmm) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad )  )
502               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)   &
503                  &           * (  e3w(ji,jj+1,jk,Kmm) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad )   &
504                  &              - e3w(ji,jj  ,jk,Kmm) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad )  )
505               ! s-coordinate pressure gradient correction
506               zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj  ,jk) + rhd    (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
507                  &           * ( gde3w(ji+1,jj  ,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) * r1_e1u(ji,jj)
508               zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji  ,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
509                  &           * ( gde3w(ji  ,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) * r1_e2v(ji,jj)
510               !
511               IF( ln_wd_il ) THEN
512                  zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
513                  zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
514                  zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
515                  zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
516               ENDIF
517               !
518               ! add to the general momentum trend
519               puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
520               pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
521            END DO
522         END DO
523      END DO
524      !
525      IF( ln_wd_il )  DEALLOCATE( zcpx , zcpy )
526      !
527   END SUBROUTINE hpg_sco
528
529
530   SUBROUTINE hpg_isf( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
531      !!---------------------------------------------------------------------
532      !!                  ***  ROUTINE hpg_isf  ***
533      !!
534      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
535      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
536      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
537      !!      density gradient along the model level from the suface to that
538      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
539      !!      to the horizontal pressure gradient :
540      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
541      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
542      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
543      !!         puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
544      !!         pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
545      !!      iceload is added
546      !!     
547      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
548      !!----------------------------------------------------------------------
549      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
550      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
551      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
552      !!
553      INTEGER  ::   ji, jj, jk, ikt, iktp1i, iktp1j   ! dummy loop indices
554      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad          ! temporary scalars
555      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk ) ::  zhpi, zhpj
556      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpts) ::  zts_top
557      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)      ::  zrhdtop_oce
558      !!----------------------------------------------------------------------
559      !
560      zcoef0 = - grav * 0.5_wp   ! Local constant initialization
561      !
562      znad=1._wp                 ! To use density and not density anomaly
563      !
564      !                          ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
565      zhpi(:,:,:) = 0._wp   ;   zhpj(:,:,:) = 0._wp
566
567      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
568      ! usefull to reduce residual current in the test case ISOMIP with no melting
569      DO ji = 1, jpi
570        DO jj = 1, jpj
571          ikt = mikt(ji,jj)
572          zts_top(ji,jj,1) = ts(ji,jj,ikt,1,Kmm)
573          zts_top(ji,jj,2) = ts(ji,jj,ikt,2,Kmm)
574        END DO
575      END DO
576      CALL eos( zts_top, risfdep, zrhdtop_oce )
577
578!==================================================================================     
579!===== Compute surface value =====================================================
580!==================================================================================
581      DO jj = 2, jpjm1
582         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
583            ikt    = mikt(ji,jj)
584            iktp1i = mikt(ji+1,jj)
585            iktp1j = mikt(ji,jj+1)
586            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
587            ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
588            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( 0.5_wp * e3w(ji+1,jj,iktp1i,Kmm)                                    &
589               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji+1,jj,iktp1i) + zrhdtop_oce(ji+1,jj) )   &
590               &                                  - 0.5_wp * e3w(ji,jj,ikt,Kmm)                                         &
591               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji,jj,ikt) + zrhdtop_oce(ji,jj) )          &
592               &                                  + ( risfload(ji+1,jj) - risfload(ji,jj))                            ) 
593            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( 0.5_wp * e3w(ji,jj+1,iktp1j,Kmm)                                    &
594               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji,jj+1,iktp1j) + zrhdtop_oce(ji,jj+1) )   &
595               &                                  - 0.5_wp * e3w(ji,jj,ikt,Kmm)                                         & 
596               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji,jj,ikt) + zrhdtop_oce(ji,jj) )          &
597               &                                  + ( risfload(ji,jj+1) - risfload(ji,jj))                            ) 
598            ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
599            zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
600               &           * ( gde3w(ji+1,jj,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
601            zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
602               &           * ( gde3w(ji,jj+1,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
603            ! add to the general momentum trend
604            puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
605            pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
606         END DO
607      END DO
608!==================================================================================     
609!===== Compute interior value =====================================================
610!==================================================================================
611      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
612      DO jk = 2, jpkm1
613         DO jj = 2, jpjm1
614            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
615               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
616               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
617                  &           * (  e3w(ji+1,jj,jk,Kmm) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji+1,jj,jk)   &
618                  &              - e3w(ji  ,jj,jk,Kmm) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji  ,jj,jk)   )
619               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
620                  &           * (  e3w(ji,jj+1,jk,Kmm) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji,jj+1,jk)   &
621                  &              - e3w(ji,jj  ,jk,Kmm) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji,jj  ,jk)   )
622               ! s-coordinate pressure gradient correction
623               zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
624                  &           * ( gde3w(ji+1,jj  ,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
625               zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
626                  &           * ( gde3w(ji  ,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
627               ! add to the general momentum trend
628               puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + (zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
629               pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + (zhpj(ji,jj,jk) + zvap) * vmask(ji,jj,jk)
630            END DO
631         END DO
632      END DO
633      !
634   END SUBROUTINE hpg_isf
635
636
637   SUBROUTINE hpg_djc( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
638      !!---------------------------------------------------------------------
639      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
640      !!
641      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
642      !!
643      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
644      !!----------------------------------------------------------------------
645      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
646      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
647      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
648      !!
649      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
650      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
651      REAL(wp) ::   z1_10, cffu, cffx   !    "         "
652      REAL(wp) ::   z1_12, cffv, cffy   !    "         "
653      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2    ! local logical variables
654      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zhpi, zhpj
655      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   dzx, dzy, dzz, dzu, dzv, dzw
656      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow
657      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   rho_i, rho_j, rho_k
658      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
659      !!----------------------------------------------------------------------
660      !
661      IF( ln_wd_il ) THEN
662         ALLOCATE( zcpx(jpi,jpj) , zcpy(jpi,jpj) )
663        DO jj = 2, jpjm1
664           DO ji = 2, jpim1 
665             ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
666                  &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
667                  &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
668                  &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
669             ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
670                  &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
671                  &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
672             IF(ll_tmp1) THEN
673               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
674             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
675               ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
676               zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
677                           &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
678             ELSE
679               zcpx(ji,jj) = 0._wp
680             END IF
681     
682             ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
683                  &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
684                  &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
685                  &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
686             ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
687                  &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
688                  &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
689
690             IF(ll_tmp1) THEN
691               zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
692             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
693               ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
694               zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
695                           &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
696             ELSE
697               zcpy(ji,jj) = 0._wp
698             END IF
699           END DO
700        END DO
701        CALL lbc_lnk_multi( 'dynhpg', zcpx, 'U', 1., zcpy, 'V', 1. )
702      END IF
703
704      IF( kt == nit000 ) THEN
705         IF(lwp) WRITE(numout,*)
706         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
707         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
708      ENDIF
709
710      ! Local constant initialization
711      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
712      z1_10  = 1._wp / 10._wp
713      z1_12  = 1._wp / 12._wp
714
715      !----------------------------------------------------------------------------------------
716      !  compute and store in provisional arrays elementary vertical and horizontal differences
717      !----------------------------------------------------------------------------------------
718
719!!bug gm   Not a true bug, but... dzz=e3w  for dzx, dzy verify what it is really
720
721      DO jk = 2, jpkm1
722         DO jj = 2, jpjm1
723            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
724               drhoz(ji,jj,jk) = rhd    (ji  ,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1)
725               dzz  (ji,jj,jk) = gde3w(ji  ,jj  ,jk) - gde3w(ji,jj,jk-1)
726               drhox(ji,jj,jk) = rhd    (ji+1,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk  )
727               dzx  (ji,jj,jk) = gde3w(ji+1,jj  ,jk) - gde3w(ji,jj,jk  )
728               drhoy(ji,jj,jk) = rhd    (ji  ,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk  )
729               dzy  (ji,jj,jk) = gde3w(ji  ,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk  )
730            END DO
731         END DO
732      END DO
733
734      !-------------------------------------------------------------------------
735      ! compute harmonic averages using eq. 5.18
736      !-------------------------------------------------------------------------
737      zep = 1.e-15
738
739!!bug  gm  drhoz not defined at level 1 and used (jk-1 with jk=2)
740!!bug  gm  idem for drhox, drhoy et ji=jpi and jj=jpj
741
742      DO jk = 2, jpkm1
743         DO jj = 2, jpjm1
744            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
745               cffw = 2._wp * drhoz(ji  ,jj  ,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)
746
747               cffu = 2._wp * drhox(ji+1,jj  ,jk) * drhox(ji,jj,jk  )
748               cffx = 2._wp * dzx  (ji+1,jj  ,jk) * dzx  (ji,jj,jk  )
749
750               cffv = 2._wp * drhoy(ji  ,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk  )
751               cffy = 2._wp * dzy  (ji  ,jj+1,jk) * dzy  (ji,jj,jk  )
752
753               IF( cffw > zep) THEN
754                  drhow(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoz(ji,jj,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)   &
755                     &                    / ( drhoz(ji,jj,jk) + drhoz(ji,jj,jk-1) )
756               ELSE
757                  drhow(ji,jj,jk) = 0._wp
758               ENDIF
759
760               dzw(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzz(ji,jj,jk) * dzz(ji,jj,jk-1)   &
761                  &                  / ( dzz(ji,jj,jk) + dzz(ji,jj,jk-1) )
762
763               IF( cffu > zep ) THEN
764                  drhou(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhox(ji+1,jj,jk) * drhox(ji,jj,jk)   &
765                     &                    / ( drhox(ji+1,jj,jk) + drhox(ji,jj,jk) )
766               ELSE
767                  drhou(ji,jj,jk ) = 0._wp
768               ENDIF
769
770               IF( cffx > zep ) THEN
771                  dzu(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzx(ji+1,jj,jk) * dzx(ji,jj,jk)   &
772                     &                  / ( dzx(ji+1,jj,jk) + dzx(ji,jj,jk) )
773               ELSE
774                  dzu(ji,jj,jk) = 0._wp
775               ENDIF
776
777               IF( cffv > zep ) THEN
778                  drhov(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoy(ji,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk)   &
779                     &                    / ( drhoy(ji,jj+1,jk) + drhoy(ji,jj,jk) )
780               ELSE
781                  drhov(ji,jj,jk) = 0._wp
782               ENDIF
783
784               IF( cffy > zep ) THEN
785                  dzv(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzy(ji,jj+1,jk) * dzy(ji,jj,jk)   &
786                     &                  / ( dzy(ji,jj+1,jk) + dzy(ji,jj,jk) )
787               ELSE
788                  dzv(ji,jj,jk) = 0._wp
789               ENDIF
790
791            END DO
792         END DO
793      END DO
794
795      !----------------------------------------------------------------------------------
796      ! apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
797      !----------------------------------------------------------------------------------
798      drhow(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:, 2 ) - drhoz(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,  2  )
799      drhou(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhox(:,:, 2 ) - drhox(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,  2  )
800      drhov(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:, 2 ) - drhoy(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,  2  )
801
802      drhow(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:,jpk) - drhoz(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,jpkm1)
803      drhou(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhox(:,:,jpk) - drhox(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,jpkm1)
804      drhov(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:,jpk) - drhoy(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,jpkm1)
805
806
807      !--------------------------------------------------------------
808      ! Upper half of top-most grid box, compute and store
809      !-------------------------------------------------------------
810
811!!bug gm   :  e3w-gde3w = 0.5*e3w  ....  and gde3w(2)-gde3w(1)=e3w(2) ....   to be verified
812!          true if gde3w is really defined as the sum of the e3w scale factors as, it seems to me, it should be
813
814      DO jj = 2, jpjm1
815         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
816            rho_k(ji,jj,1) = -grav * ( e3w(ji,jj,1,Kmm) - gde3w(ji,jj,1) )               &
817               &                   * (  rhd(ji,jj,1)                                     &
818               &                     + 0.5_wp * ( rhd    (ji,jj,2) - rhd    (ji,jj,1) )  &
819               &                              * ( e3w  (ji,jj,1,Kmm) - gde3w(ji,jj,1) )  &
820               &                              / ( gde3w(ji,jj,2) - gde3w(ji,jj,1) )  )
821         END DO
822      END DO
823
824!!bug gm    : here also, simplification is possible
825!!bug gm    : optimisation: 1/10 and 1/12 the division should be done before the loop
826
827      DO jk = 2, jpkm1
828         DO jj = 2, jpjm1
829            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
830
831               rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk-1) )                                   &
832                  &                     * ( gde3w(ji,jj,jk) - gde3w(ji,jj,jk-1) )                                   &
833                  &            - grav * z1_10 * (                                                                   &
834                  &     ( drhow  (ji,jj,jk) - drhow  (ji,jj,jk-1) )                                                     &
835                  &   * ( gde3w(ji,jj,jk) - gde3w(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( dzw  (ji,jj,jk) + dzw  (ji,jj,jk-1) ) )   &
836                  &   - ( dzw    (ji,jj,jk) - dzw    (ji,jj,jk-1) )                                                     &
837                  &   * ( rhd    (ji,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( drhow(ji,jj,jk) + drhow(ji,jj,jk-1) ) )   &
838                  &                             )
839
840               rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                   &
841                  &                     * ( gde3w(ji+1,jj,jk) - gde3w(ji,jj,jk) )                                   &
842                  &            - grav* z1_10 * (                                                                    &
843                  &     ( drhou  (ji+1,jj,jk) - drhou  (ji,jj,jk) )                                                     &
844                  &   * ( gde3w(ji+1,jj,jk) - gde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzu  (ji+1,jj,jk) + dzu  (ji,jj,jk) ) )   &
845                  &   - ( dzu    (ji+1,jj,jk) - dzu    (ji,jj,jk) )                                                     &
846                  &   * ( rhd    (ji+1,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhou(ji+1,jj,jk) + drhou(ji,jj,jk) ) )   &
847                  &                            )
848
849               rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                 &
850                  &                     * ( gde3w(ji,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) )                                   &
851                  &            - grav* z1_10 * (                                                                    &
852                  &     ( drhov  (ji,jj+1,jk) - drhov  (ji,jj,jk) )                                                     &
853                  &   * ( gde3w(ji,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzv  (ji,jj+1,jk) + dzv  (ji,jj,jk) ) )   &
854                  &   - ( dzv    (ji,jj+1,jk) - dzv    (ji,jj,jk) )                                                     &
855                  &   * ( rhd    (ji,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhov(ji,jj+1,jk) + drhov(ji,jj,jk) ) )   &
856                  &                            )
857
858            END DO
859         END DO
860      END DO
861      CALL lbc_lnk_multi( 'dynhpg', rho_k, 'W', 1., rho_i, 'U', 1., rho_j, 'V', 1. )
862
863      ! ---------------
864      !  Surface value
865      ! ---------------
866      DO jj = 2, jpjm1
867         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
868            zhpi(ji,jj,1) = ( rho_k(ji+1,jj  ,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_i(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
869            zhpj(ji,jj,1) = ( rho_k(ji  ,jj+1,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_j(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
870            IF( ln_wd_il ) THEN
871              zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
872              zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
873            ENDIF
874            ! add to the general momentum trend
875            puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1)
876            pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1)
877         END DO
878      END DO
879
880      ! ----------------
881      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
882      ! ----------------
883      DO jk = 2, jpkm1
884         DO jj = 2, jpjm1
885            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
886               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
887               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                &
888                  &           + (  ( rho_k(ji+1,jj,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
889                  &              - ( rho_i(ji  ,jj,jk) - rho_i(ji,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
890               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                &
891                  &           + (  ( rho_k(ji,jj+1,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
892                  &               -( rho_j(ji,jj  ,jk) - rho_j(ji,jj,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
893               IF( ln_wd_il ) THEN
894                 zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
895                 zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
896               ENDIF
897               ! add to the general momentum trend
898               puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk)
899               pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk)
900            END DO
901         END DO
902      END DO
903      !
904      IF( ln_wd_il )   DEALLOCATE( zcpx, zcpy )
905      !
906   END SUBROUTINE hpg_djc
907
908
909   SUBROUTINE hpg_prj( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
910      !!---------------------------------------------------------------------
911      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
912      !!
913      !! ** Method  :   s-coordinate case.
914      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
915      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
916      !!      all vertical coordinate systems
917      !!
918      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
919      !!----------------------------------------------------------------------
920      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
921      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
922      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
923      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
924      !!
925      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
926      REAL(wp) ::   zcoef0, znad                    ! local scalars
927      !
928      !! The local variables for the correction term
929      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
930      LOGICAL  :: ll_tmp1, ll_tmp2                  ! local logical variables
931      REAL(wp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
932      REAL(wp) :: zrhdt1
933      REAL(wp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
934      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zdept, zrhh
935      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp
936      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)   ::   zsshu_n, zsshv_n
937      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
938      !!----------------------------------------------------------------------
939      !
940      IF( kt == nit000 ) THEN
941         IF(lwp) WRITE(numout,*)
942         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
943         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
944      ENDIF
945
946      ! Local constant initialization
947      zcoef0 = - grav
948      znad = 1._wp
949      IF( ln_linssh )   znad = 0._wp
950
951      IF( ln_wd_il ) THEN
952         ALLOCATE( zcpx(jpi,jpj) , zcpy(jpi,jpj) )
953         DO jj = 2, jpjm1
954           DO ji = 2, jpim1 
955             ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
956                  &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
957                  &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
958                  &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
959             ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (         &
960                  &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
961                  &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
962
963             IF(ll_tmp1) THEN
964               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
965             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
966               ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
967               zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
968                           &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
969             
970                zcpx(ji,jj) = max(min( zcpx(ji,jj) , 1.0_wp),0.0_wp)
971             ELSE
972               zcpx(ji,jj) = 0._wp
973             END IF
974     
975             ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
976                  &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
977                  &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
978                  &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
979             ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (      &
980                  &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
981                  &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
982
983             IF(ll_tmp1) THEN
984               zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
985             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
986               ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
987               zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
988                           &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
989                zcpy(ji,jj) = max(min( zcpy(ji,jj) , 1.0_wp),0.0_wp)
990
991               ELSE
992                  zcpy(ji,jj) = 0._wp
993               ENDIF
994            END DO
995         END DO
996         CALL lbc_lnk_multi( 'dynhpg', zcpx, 'U', 1., zcpy, 'V', 1. )
997      ENDIF
998
999      ! Clean 3-D work arrays
1000      zhpi(:,:,:) = 0._wp
1001      zrhh(:,:,:) = rhd(:,:,:)
1002
1003      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
1004      DO jj = 1, jpj
1005        DO ji = 1, jpi
1006          jk = mbkt(ji,jj)+1
1007          IF(     jk <=  0   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,    :   ) = 0._wp
1008          ELSEIF( jk ==  1   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
1009          ELSEIF( jk < jpkm1 ) THEN
1010             DO jkk = jk+1, jpk
1011                zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(gde3w(ji,jj,jkk  ), gde3w(ji,jj,jkk-1),   &
1012                   &                      gde3w(ji,jj,jkk-2), rhd    (ji,jj,jkk-1), rhd(ji,jj,jkk-2))
1013             END DO
1014          ENDIF
1015        END DO
1016      END DO
1017
1018      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1019      DO jj = 1, jpj
1020         DO ji = 1, jpi
1021            zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm) * znad
1022         END DO
1023      END DO
1024
1025      DO jk = 2, jpk
1026         DO jj = 1, jpj
1027            DO ji = 1, jpi
1028               zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + e3w(ji,jj,jk,Kmm)
1029            END DO
1030         END DO
1031      END DO
1032
1033      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1034      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1035
1036      ! Construct the vertical density profile with the
1037      ! constrained cubic spline interpolation
1038      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1039      CALL cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1040
1041      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1042      DO jj = 2, jpj
1043        DO ji = 2, jpi
1044          zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3( zdept(ji,jj,1), asp(ji,jj,1), bsp(ji,jj,1),  &
1045             &                                              csp(ji,jj,1), dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm)
1046
1047          ! assuming linear profile across the top half surface layer
1048          zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm) * zrhdt1
1049        END DO
1050      END DO
1051
1052      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1053      DO jk = 2, jpkm1
1054        DO jj = 2, jpj
1055          DO ji = 2, jpi
1056            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                                  &
1057               &             integ_spline( zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),   &
1058               &                           asp  (ji,jj,jk-1), bsp  (ji,jj,jk-1), &
1059               &                           csp  (ji,jj,jk-1), dsp  (ji,jj,jk-1)  )
1060          END DO
1061        END DO
1062      END DO
1063
1064      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1065
1066      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1067      DO jj = 2, jpjm1
1068        DO ji = 2, jpim1
1069!!gm BUG ?    if it is ssh at u- & v-point then it should be:
1070!          zsshu_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2t(ji+1,jj) * ssh(ji+1,jj,Kmm)) * &
1071!                         & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1072!          zsshv_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2t(ji,jj+1) * ssh(ji,jj+1,Kmm)) * &
1073!                         & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1074!!gm not this:
1075          zsshu_n(ji,jj) = (e1e2u(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2u(ji+1, jj) * ssh(ji+1,jj,Kmm)) * &
1076                         & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1077          zsshv_n(ji,jj) = (e1e2v(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2v(ji+1, jj) * ssh(ji,jj+1,Kmm)) * &
1078                         & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1079        END DO
1080      END DO
1081
1082      CALL lbc_lnk_multi ('dynhpg', zsshu_n, 'U', 1., zsshv_n, 'V', 1. )
1083
1084      DO jj = 2, jpjm1
1085        DO ji = 2, jpim1
1086          zu(ji,jj,1) = - ( e3u(ji,jj,1,Kmm) - zsshu_n(ji,jj) * znad) 
1087          zv(ji,jj,1) = - ( e3v(ji,jj,1,Kmm) - zsshv_n(ji,jj) * znad)
1088        END DO
1089      END DO
1090
1091      DO jk = 2, jpkm1
1092        DO jj = 2, jpjm1
1093          DO ji = 2, jpim1
1094            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1) - e3u(ji,jj,jk,Kmm)
1095            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1) - e3v(ji,jj,jk,Kmm)
1096          END DO
1097        END DO
1098      END DO
1099
1100      DO jk = 1, jpkm1
1101        DO jj = 2, jpjm1
1102          DO ji = 2, jpim1
1103            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3u(ji,jj,jk,Kmm)
1104            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3v(ji,jj,jk,Kmm)
1105          END DO
1106        END DO
1107      END DO
1108
1109      DO jk = 1, jpkm1
1110        DO jj = 2, jpjm1
1111          DO ji = 2, jpim1
1112            zu(ji,jj,jk) = MIN(  zu(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1113            zu(ji,jj,jk) = MAX(  zu(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1114            zv(ji,jj,jk) = MIN(  zv(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1115            zv(ji,jj,jk) = MAX(  zv(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1116          END DO
1117        END DO
1118      END DO
1119
1120
1121      DO jk = 1, jpkm1
1122        DO jj = 2, jpjm1
1123          DO ji = 2, jpim1
1124            zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1125            zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1126            zuijk = zu(ji,jj,jk)
1127            zvijk = zv(ji,jj,jk)
1128
1129            !!!!!     for u equation
1130            IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1131               IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1132                 jis = ji + 1; jid = ji
1133               ELSE
1134                 jis = ji;     jid = ji +1
1135               ENDIF
1136
1137               ! integrate the pressure on the shallow side
1138               jk1 = jk
1139               DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1140                 IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1141                   zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1142                   EXIT
1143                 ENDIF
1144                 zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1145                 zpwes = zpwes +                                    &
1146                      integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1147                             asp(jis,jj,jk1),    bsp(jis,jj,jk1), &
1148                             csp(jis,jj,jk1),    dsp(jis,jj,jk1))
1149                 jk1 = jk1 + 1
1150               END DO
1151
1152               ! integrate the pressure on the deep side
1153               jk1 = jk
1154               DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1155                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1156                   zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, ssh(jid,jj,Kmm)*znad)
1157                   zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1158                                                     bsp(jid,jj,1),   csp(jid,jj,1), &
1159                                                     dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1160                   zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1161                   EXIT
1162                 ENDIF
1163                 zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1164                 zpwed = zpwed +                                        &
1165                        integ_spline(zdeps,              zdept(jid,jj,jk1), &
1166                               asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1167                               csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1168                 jk1 = jk1 - 1
1169               END DO
1170
1171               ! update the momentum trends in u direction
1172
1173               zdpdx1 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * ( zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1174               IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1175                 zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * &
1176                    &    ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (ssh(ji+1,jj,Kmm)-ssh(ji,jj,Kmm)) )
1177                ELSE
1178                 zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1179               ENDIF
1180               IF( ln_wd_il ) THEN
1181                  zdpdx1 = zdpdx1 * zcpx(ji,jj) * wdrampu(ji,jj)
1182                  zdpdx2 = zdpdx2 * zcpx(ji,jj) * wdrampu(ji,jj)
1183               ENDIF
1184               puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + (zdpdx1 + zdpdx2) * umask(ji,jj,jk) 
1185            ENDIF
1186
1187            !!!!!     for v equation
1188            IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
1189               IF( -zdept(ji,jj+1,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1190                 jjs = jj + 1; jjd = jj
1191               ELSE
1192                 jjs = jj    ; jjd = jj + 1
1193               ENDIF
1194
1195               ! integrate the pressure on the shallow side
1196               jk1 = jk
1197               DO WHILE ( -zdept(ji,jjs,jk1) > zvijk )
1198                 IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
1199                   zvijk = -zdept(ji,jjs,jk1)
1200                   EXIT
1201                 ENDIF
1202                 zdeps = MIN(zdept(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
1203                 zpnss = zpnss +                                      &
1204                        integ_spline(zdept(ji,jjs,jk1), zdeps,            &
1205                               asp(ji,jjs,jk1),    bsp(ji,jjs,jk1), &
1206                               csp(ji,jjs,jk1),    dsp(ji,jjs,jk1) )
1207                 jk1 = jk1 + 1
1208               END DO
1209
1210               ! integrate the pressure on the deep side
1211               jk1 = jk
1212               DO WHILE ( -zdept(ji,jjd,jk1) < zvijk )
1213                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1214                   zdeps = zdept(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, ssh(ji,jjd,Kmm)*znad)
1215                   zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdept(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
1216                                                     bsp(ji,jjd,1),   csp(ji,jjd,1), &
1217                                                     dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
1218                   zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
1219                   EXIT
1220                 ENDIF
1221                 zdeps = MAX(zdept(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
1222                 zpnsd = zpnsd +                                        &
1223                        integ_spline(zdeps,              zdept(ji,jjd,jk1), &
1224                               asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1), &
1225                               csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
1226                 jk1 = jk1 - 1
1227               END DO
1228
1229
1230               ! update the momentum trends in v direction
1231
1232               zdpdy1 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * ( zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1233               IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1234                  zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * &
1235                          ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (ssh(ji,jj+1,Kmm)-ssh(ji,jj,Kmm)) )
1236               ELSE
1237                  zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1238               ENDIF
1239               IF( ln_wd_il ) THEN
1240                  zdpdy1 = zdpdy1 * zcpy(ji,jj) * wdrampv(ji,jj) 
1241                  zdpdy2 = zdpdy2 * zcpy(ji,jj) * wdrampv(ji,jj) 
1242               ENDIF
1243
1244               pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + (zdpdy1 + zdpdy2) * vmask(ji,jj,jk)
1245            ENDIF
1246               !
1247            END DO
1248         END DO
1249      END DO
1250      !
1251      IF( ln_wd_il )   DEALLOCATE( zcpx, zcpy )
1252      !
1253   END SUBROUTINE hpg_prj
1254
1255
1256   SUBROUTINE cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1257      !!----------------------------------------------------------------------
1258      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1259      !!
1260      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1261      !!
1262      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1263      !!
1264      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1265      !!----------------------------------------------------------------------
1266      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   fsp, xsp           ! value and coordinate
1267      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of the interpoated function
1268      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   polynomial_type    ! 1: cubic spline   ;   2: Linear
1269      !
1270      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1271      INTEGER  ::   jpi, jpj, jpkm1
1272      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1273      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1274      REAL(wp) ::   zdf(size(fsp,3))
1275      !!----------------------------------------------------------------------
1276      !
1277!!gm  WHAT !!!!!   THIS IS VERY DANGEROUS !!!!! 
1278      jpi   = size(fsp,1)
1279      jpj   = size(fsp,2)
1280      jpkm1 = MAX( 1, size(fsp,3) - 1 )
1281      !
1282      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1283         DO ji = 1, jpi
1284            DO jj = 1, jpj
1285           !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1286           !    DO jk = 2, jpkm1-1
1287           !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1288           !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1289           !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1290           !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1291           !
1292           !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1293           !
1294           !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1295           !           zdf(jk) = 0._wp
1296           !       ELSE
1297           !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1298           !       ENDIF
1299           !    END DO
1300
1301           !!Simply geometric average
1302               DO jk = 2, jpkm1-1
1303                  zdf1 = (fsp(ji,jj,jk  ) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk  ) - xsp(ji,jj,jk-1))
1304                  zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk  )) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk  ))
1305
1306                  IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1307                     zdf(jk) = 0._wp
1308                  ELSE
1309                     zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1310                  ENDIF
1311               END DO
1312
1313               zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1314                          &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) )           -  0.5_wp * zdf(2)
1315               zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1316                          &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - 0.5_wp * zdf(jpkm1 - 1)
1317
1318               DO jk = 1, jpkm1 - 1
1319                 zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1320                 ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1321                 ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1322                 zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1323                 ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1324                 zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1325
1326                 dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1327                 csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1328                 bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1329                               & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1330                               & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1331                               &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1332                 asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1333                               &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1334                               &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1335               END DO
1336            END DO
1337         END DO
1338
1339      ELSEIF ( polynomial_type == 2 ) THEN     ! Linear
1340         DO ji = 1, jpi
1341            DO jj = 1, jpj
1342               DO jk = 1, jpkm1-1
1343                  zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1344                  ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1345
1346                  dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1347                  csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1348                  bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1349                  asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1350               END DO
1351            END DO
1352         END DO
1353         !
1354      ELSE
1355         CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1356      ENDIF
1357      !
1358   END SUBROUTINE cspline
1359
1360
1361   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1362      !!----------------------------------------------------------------------
1363      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1364      !!
1365      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1366      !!
1367      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1368      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1369      !!----------------------------------------------------------------------
1370      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1371      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1372      REAL(wp)             ::  zdeltx
1373      !!----------------------------------------------------------------------
1374      !
1375      zdeltx = xr - xl
1376      IF( abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x) ) THEN
1377         f = 0.5_wp * (fl + fr)
1378      ELSE
1379         f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1380      ENDIF
1381      !
1382   END FUNCTION interp1
1383
1384
1385   FUNCTION interp2( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1386      !!----------------------------------------------------------------------
1387      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1388      !!
1389      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1390      !!
1391      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1392      !!
1393      !!----------------------------------------------------------------------
1394      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1395      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1396      !!----------------------------------------------------------------------
1397      !
1398      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1399      !
1400   END FUNCTION interp2
1401
1402
1403   FUNCTION interp3( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1404      !!----------------------------------------------------------------------
1405      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1406      !!
1407      !! ** Purpose :   Calculate the first order of derivative of
1408      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1409      !!
1410      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1411      !!
1412      !!----------------------------------------------------------------------
1413      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1414      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1415      !!----------------------------------------------------------------------
1416      !
1417      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1418      !
1419   END FUNCTION interp3
1420
1421
1422   FUNCTION integ_spline( xl, xr, a, b, c, d )  RESULT(f)
1423      !!----------------------------------------------------------------------
1424      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1425      !!
1426      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1427      !!
1428      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1429      !!
1430      !!----------------------------------------------------------------------
1431      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1432      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3
1433      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1434      !!----------------------------------------------------------------------
1435      !
1436      za1 = 0.5_wp * b
1437      za2 = c / 3.0_wp
1438      za3 = 0.25_wp * d
1439      !
1440      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1441         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1442      !
1443   END FUNCTION integ_spline
1444
1445   !!======================================================================
1446END MODULE dynhpg
1447
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.