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/2020/dev_r13787_doc_latex_recovery/src/OCE/DYN – NEMO

source: NEMO/branches/2020/dev_r13787_doc_latex_recovery/src/OCE/DYN/dynhpg.F90 @ 14066

Last change on this file since 14066 was 14066, checked in by nicolasmartin, 3 years ago

#2414 Sync merge with trunk

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 75.5 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   !!            4.2  !  2020-12  (M. Bell, A. Young) hpg_djc: revised djc scheme
20   !!----------------------------------------------------------------------
21
22   !!----------------------------------------------------------------------
23   !!   dyn_hpg      : update the momentum trend with the now horizontal
24   !!                  gradient of the hydrostatic pressure
25   !!   dyn_hpg_init : initialisation and control of options
26   !!       hpg_zco  : z-coordinate scheme
27   !!       hpg_zps  : z-coordinate plus partial steps (interpolation)
28   !!       hpg_sco  : s-coordinate (standard jacobian formulation)
29   !!       hpg_isf  : s-coordinate (sco formulation) adapted to ice shelf
30   !!       hpg_djc  : s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
31   !!       hpg_prj  : s-coordinate (Pressure Jacobian with Cubic polynomial)
32   !!----------------------------------------------------------------------
33   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
34   USE isf_oce , ONLY : risfload  ! ice shelf  (risfload variable)
35   USE isfload , ONLY : isf_load  ! ice shelf  (isf_load routine )
36   USE sbc_oce         ! surface variable (only for the flag with ice shelf)
37   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
38   USE wet_dry         ! wetting and drying
39   USE phycst          ! physical constants
40   USE trd_oce         ! trends: ocean variables
41   USE trddyn          ! trend manager: dynamics
42   USE zpshde          ! partial step: hor. derivative     (zps_hde routine)
43   !
44   USE in_out_manager  ! I/O manager
45   USE prtctl          ! Print control
46   USE lbclnk          ! lateral boundary condition
47   USE lib_mpp         ! MPP library
48   USE eosbn2          ! compute density
49   USE timing          ! Timing
50   USE iom
51
52   IMPLICIT NONE
53   PRIVATE
54
55   PUBLIC   dyn_hpg        ! routine called by step module
56   PUBLIC   dyn_hpg_init   ! routine called by opa module
57
58   !                                !!* Namelist namdyn_hpg : hydrostatic pressure gradient
59   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_zco   !: z-coordinate - full steps
60   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_zps   !: z-coordinate - partial steps (interpolation)
61   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_sco   !: s-coordinate (standard jacobian formulation)
62   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_djc   !: s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
63   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_prj   !: s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
64   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_isf   !: s-coordinate similar to sco modify for isf
65
66   !                                !! Flag to control the type of hydrostatic pressure gradient
67   INTEGER, PARAMETER ::   np_ERROR  =-10   ! error in specification of lateral diffusion
68   INTEGER, PARAMETER ::   np_zco    =  0   ! z-coordinate - full steps
69   INTEGER, PARAMETER ::   np_zps    =  1   ! z-coordinate - partial steps (interpolation)
70   INTEGER, PARAMETER ::   np_sco    =  2   ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
71   INTEGER, PARAMETER ::   np_djc    =  3   ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
72   INTEGER, PARAMETER ::   np_prj    =  4   ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
73   INTEGER, PARAMETER ::   np_isf    =  5   ! s-coordinate similar to sco modify for isf
74   !
75   INTEGER, PUBLIC  ::   nhpg         !: type of pressure gradient scheme used ! (deduced from ln_hpg_... flags) (PUBLIC for TAM)
76   !
77   LOGICAL          ::   ln_hpg_djc_vnh, ln_hpg_djc_vnv                 ! flag to specify hpg_djc boundary condition type
78   REAL(wp), PUBLIC ::   aco_bc_hor, bco_bc_hor, aco_bc_vrt, bco_bc_vrt !: coefficients for hpg_djc hor and vert boundary conditions
79
80   !! * Substitutions
81#  include "do_loop_substitute.h90"
82#  include "domzgr_substitute.h90"
83
84   !!----------------------------------------------------------------------
85   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
86   !! $Id$
87   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
88   !!----------------------------------------------------------------------
89CONTAINS
90
91   SUBROUTINE dyn_hpg( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
92      !!---------------------------------------------------------------------
93      !!                  ***  ROUTINE dyn_hpg  ***
94      !!
95      !! ** Method  :   Call the hydrostatic pressure gradient routine
96      !!              using the scheme defined in the namelist
97      !!
98      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
99      !!             - send trends to trd_dyn for futher diagnostics (l_trddyn=T)
100      !!----------------------------------------------------------------------
101      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
102      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
103      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
104      !
105      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::   ztrdu, ztrdv
106      !!----------------------------------------------------------------------
107      !
108      IF( ln_timing )   CALL timing_start('dyn_hpg')
109      !
110      IF( l_trddyn ) THEN                    ! Temporary saving of puu(:,:,:,Krhs) and pvv(:,:,:,Krhs) trends (l_trddyn)
111         ALLOCATE( ztrdu(jpi,jpj,jpk) , ztrdv(jpi,jpj,jpk) )
112         ztrdu(:,:,:) = puu(:,:,:,Krhs)
113         ztrdv(:,:,:) = pvv(:,:,:,Krhs)
114      ENDIF
115      !
116      SELECT CASE ( nhpg )      ! Hydrostatic pressure gradient computation
117      CASE ( np_zco )   ;   CALL hpg_zco    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! z-coordinate
118      CASE ( np_zps )   ;   CALL hpg_zps    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! z-coordinate plus partial steps (interpolation)
119      CASE ( np_sco )   ;   CALL hpg_sco    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
120      CASE ( np_djc )   ;   CALL hpg_djc    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
121      CASE ( np_prj )   ;   CALL hpg_prj    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
122      CASE ( np_isf )   ;   CALL hpg_isf    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate similar to sco modify for ice shelf
123      END SELECT
124      !
125      IF( l_trddyn ) THEN      ! save the hydrostatic pressure gradient trends for momentum trend diagnostics
126         ztrdu(:,:,:) = puu(:,:,:,Krhs) - ztrdu(:,:,:)
127         ztrdv(:,:,:) = pvv(:,:,:,Krhs) - ztrdv(:,:,:)
128         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_hpg, kt, Kmm )
129         DEALLOCATE( ztrdu , ztrdv )
130      ENDIF
131      !
132      IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=puu(:,:,:,Krhs), clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
133         &                                  tab3d_2=pvv(:,:,:,Krhs), clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
134      !
135      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('dyn_hpg')
136      !
137   END SUBROUTINE dyn_hpg
138
139
140   SUBROUTINE dyn_hpg_init( Kmm )
141      !!----------------------------------------------------------------------
142      !!                 ***  ROUTINE dyn_hpg_init  ***
143      !!
144      !! ** Purpose :   initializations for the hydrostatic pressure gradient
145      !!              computation and consistency control
146      !!
147      !! ** Action  :   Read the namelist namdyn_hpg and check the consistency
148      !!      with the type of vertical coordinate used (zco, zps, sco)
149      !!----------------------------------------------------------------------
150      INTEGER, INTENT( in ) :: Kmm   ! ocean time level index
151      !
152      INTEGER ::   ioptio = 0      ! temporary integer
153      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
154      !!
155      INTEGER  ::   ji, jj, jk, ikt    ! dummy loop indices      ISF
156      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::  zts_top, zrhd   ! hypothesys on isf density
157      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::  zrhdtop_isf    ! density at bottom of ISF
158      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::  ziceload       ! density at bottom of ISF
159      !!
160      NAMELIST/namdyn_hpg/ ln_hpg_zco, ln_hpg_zps, ln_hpg_sco,     &
161         &                 ln_hpg_djc, ln_hpg_prj, ln_hpg_isf,     &
162         &                 ln_hpg_djc_vnh, ln_hpg_djc_vnv
163      !!----------------------------------------------------------------------
164      !
165      READ  ( numnam_ref, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
166901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in reference namelist' )
167      !
168      READ  ( numnam_cfg, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
169902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in configuration namelist' )
170      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_hpg )
171      !
172      IF(lwp) THEN                   ! Control print
173         WRITE(numout,*)
174         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
175         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
176         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
177         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
178         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
179         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
180         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation) for isf  ln_hpg_isf    = ', ln_hpg_isf
181         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
182         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
183      ENDIF
184      !
185      IF( .NOT.ln_linssh .AND. .NOT.(ln_hpg_sco.OR.ln_hpg_prj.OR.ln_hpg_isf.OR.ln_hpg_djc) )          &
186         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : non-linear free surface requires either ',   &
187         &                 '   the standard jacobian formulation hpg_sco    or '    ,   &
188         &                 '   the pressure jacobian formulation hpg_prj'             )
189         !
190      IF( ln_hpg_isf ) THEN
191         IF( .NOT. ln_isfcav )   CALL ctl_stop( ' hpg_isf not available if ln_isfcav = false ' )
192       ELSE
193         IF(       ln_isfcav )   CALL ctl_stop( 'Only hpg_isf has been corrected to work with ice shelf cavity.' )
194      ENDIF
195      !
196      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags & consistency check
197      nhpg   = np_ERROR
198      ioptio = 0
199      IF( ln_hpg_zco ) THEN   ;   nhpg = np_zco   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
200      IF( ln_hpg_zps ) THEN   ;   nhpg = np_zps   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
201      IF( ln_hpg_sco ) THEN   ;   nhpg = np_sco   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
202      IF( ln_hpg_djc ) THEN   ;   nhpg = np_djc   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
203      IF( ln_hpg_prj ) THEN   ;   nhpg = np_prj   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
204      IF( ln_hpg_isf ) THEN   ;   nhpg = np_isf   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
205      !
206      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
207      !
208      IF(lwp) THEN
209         WRITE(numout,*)
210         SELECT CASE( nhpg )
211         CASE( np_zco )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   z-coord. - full steps '
212         CASE( np_zps )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   z-coord. - partial steps (interpolation)'
213         CASE( np_sco )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (standard jacobian formulation)'
214         CASE( np_djc )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)'
215         CASE( np_prj )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)'
216         CASE( np_isf )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (standard jacobian formulation) for isf'
217         END SELECT
218         WRITE(numout,*)
219      ENDIF
220      !                         
221      IF ( ln_hpg_djc ) THEN
222         IF (ln_hpg_djc_vnh) THEN ! Von Neumann boundary condition
223           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           horizontal bc: von Neumann '
224           aco_bc_hor = 6.0_wp/5.0_wp
225           bco_bc_hor = 7.0_wp/15.0_wp
226         ELSE ! Linear extrapolation
227           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           horizontal bc: linear extrapolation'
228           aco_bc_hor = 3.0_wp/2.0_wp
229           bco_bc_hor = 1.0_wp/2.0_wp
230         END IF
231         IF (ln_hpg_djc_vnv) THEN ! Von Neumann boundary condition
232           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           vertical bc: von Neumann '
233           aco_bc_vrt = 6.0_wp/5.0_wp
234           bco_bc_vrt = 7.0_wp/15.0_wp
235         ELSE ! Linear extrapolation
236           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           vertical bc: linear extrapolation'
237           aco_bc_vrt = 3.0_wp/2.0_wp
238           bco_bc_vrt = 1.0_wp/2.0_wp
239         END IF
240      END IF
241   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
242
243
244   SUBROUTINE hpg_zco( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
245      !!---------------------------------------------------------------------
246      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
247      !!
248      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
249      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
250      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
251      !!      density gradient along the model level from the suface to that
252      !!      level:    zhpi = grav .....
253      !!                zhpj = grav .....
254      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
255      !!            puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
256      !!            pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
257      !!
258      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
259      !!----------------------------------------------------------------------
260      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
261      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
262      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
263      !
264      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
265      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
266      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::  zhpi, zhpj
267      !!----------------------------------------------------------------------
268      !
269      IF( kt == nit000 ) THEN
270         IF(lwp) WRITE(numout,*)
271         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
272         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
273      ENDIF
274      !
275      zcoef0 = - grav * 0.5_wp            ! Local constant initialization
276      !
277      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )                 ! Surface value
278         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,1,Kmm)
279         !                                   ! hydrostatic pressure gradient
280         zhpi(ji,jj) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
281         zhpj(ji,jj) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
282         !                                   ! add to the general momentum trend
283         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj)
284         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj)
285      END_2D
286      !
287      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )        ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
288         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,jk,Kmm)
289         !                                   ! hydrostatic pressure gradient
290         zhpi(ji,jj) = zhpi(ji,jj) + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )  &
291            &                                  - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
292
293         zhpj(ji,jj) = zhpj(ji,jj) + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )  &
294            &                                  - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
295         !                                   ! add to the general momentum trend
296         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj)
297         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj)
298      END_3D
299      !
300   END SUBROUTINE hpg_zco
301
302
303   SUBROUTINE hpg_zps( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
304      !!---------------------------------------------------------------------
305      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
306      !!
307      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
308      !!
309      !! ** Action  : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
310      !!----------------------------------------------------------------------
311      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
312      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
313      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
314      !!
315      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
316      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
317      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
318      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: zhpi, zhpj
319      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpts)   :: zgtsu, zgtsv
320      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     :: zgru, zgrv
321      !!----------------------------------------------------------------------
322      !
323      IF( kt == nit000 ) THEN
324         IF(lwp) WRITE(numout,*)
325         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
326         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
327      ENDIF
328
329      ! Partial steps: Compute NOW horizontal gradient of t, s, rd at the last ocean level
330      CALL zps_hde( kt, Kmm, jpts, ts(:,:,:,:,Kmm), zgtsu, zgtsv, rhd, zgru , zgrv )
331
332      ! Local constant initialization
333      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
334
335      !  Surface value (also valid in partial step case)
336      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
337         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,1,Kmm)
338         ! hydrostatic pressure gradient
339         zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
340         zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
341         ! add to the general momentum trend
342         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1)
343         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1)
344      END_2D
345
346      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
347      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
348         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,jk,Kmm)
349         ! hydrostatic pressure gradient
350         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
351            &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
352            &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
353
354         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
355            &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
356            &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
357         ! add to the general momentum trend
358         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk)
359         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk)
360      END_3D
361
362      ! partial steps correction at the last level  (use zgru & zgrv computed in zpshde.F90)
363      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
364         iku = mbku(ji,jj)
365         ikv = mbkv(ji,jj)
366         zcoef2 = zcoef0 * MIN( e3w(ji,jj,iku,Kmm), e3w(ji+1,jj  ,iku,Kmm) )
367         zcoef3 = zcoef0 * MIN( e3w(ji,jj,ikv,Kmm), e3w(ji  ,jj+1,ikv,Kmm) )
368         IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
369            puu  (ji,jj,iku,Krhs) = puu(ji,jj,iku,Krhs) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
370            zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
371               &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + zgru(ji,jj) ) * r1_e1u(ji,jj)
372            puu  (ji,jj,iku,Krhs) = puu(ji,jj,iku,Krhs) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
373         ENDIF
374         IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
375            pvv  (ji,jj,ikv,Krhs) = pvv(ji,jj,ikv,Krhs) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
376            zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
377               &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + zgrv(ji,jj) ) * r1_e2v(ji,jj)
378            pvv  (ji,jj,ikv,Krhs) = pvv(ji,jj,ikv,Krhs) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
379         ENDIF
380      END_2D
381      !
382   END SUBROUTINE hpg_zps
383
384
385   SUBROUTINE hpg_sco( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
386      !!---------------------------------------------------------------------
387      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
388      !!
389      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
390      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
391      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
392      !!      density gradient along the model level from the suface to that
393      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
394      !!      to the horizontal pressure gradient :
395      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
396      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
397      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
398      !!         puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
399      !!         pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
400      !!
401      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
402      !!----------------------------------------------------------------------
403      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
404      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
405      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
406      !!
407      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jii, jjj           ! dummy loop indices
408      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, ztmp       ! local scalars
409      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2               ! local logical variables
410      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk)      ::   zhpi, zhpj
411      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
412      !!----------------------------------------------------------------------
413      !
414      IF( ln_wd_il ) ALLOCATE(zcpx(jpi,jpj), zcpy(jpi,jpj))
415      !
416      IF( kt == nit000 ) THEN
417         IF(lwp) WRITE(numout,*)
418         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
419         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
420      ENDIF
421      !
422      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
423      !
424      IF( ln_wd_il ) THEN
425        DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
426          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)               ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
427               &    MAX( -ht_0(ji,jj)               , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
428               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) +  ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
429               &                                                       > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
430          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)              -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (       &
431               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
432               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
433
434          IF(ll_tmp1) THEN
435            zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
436          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
437            ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
438            zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
439                        &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
440          ELSE
441            zcpx(ji,jj) = 0._wp
442          END IF
443   
444          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
445               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
446               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
447               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
448          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
449               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
450               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
451
452          IF(ll_tmp1) THEN
453            zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
454          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
455            ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
456            zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
457                        &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
458          ELSE
459            zcpy(ji,jj) = 0._wp
460          END IF
461        END_2D
462        CALL lbc_lnk_multi( 'dynhpg', zcpx, 'U', 1.0_wp, zcpy, 'V', 1.0_wp )
463      END IF
464      !
465      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )              ! Surface value
466         !                                   ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
467         zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)                      &
468            &          * (  e3w(ji+1,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji+1,jj  ,1)  &
469            &             - e3w(ji  ,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj  ,1)  )
470         zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)                      &
471            &          * (  e3w(ji  ,jj+1,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj+1,1)  &
472            &             - e3w(ji  ,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj  ,1)  )
473         !                                   ! s-coordinate pressure gradient correction
474         zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
475            &           * ( gde3w(ji+1,jj,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
476         zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
477            &           * ( gde3w(ji,jj+1,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
478         !
479         IF( ln_wd_il ) THEN
480            zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
481            zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
482            zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
483            zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
484         ENDIF
485         !                                   ! add to the general momentum trend
486         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
487         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
488      END_2D
489      !
490      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )    ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
491         !                                   ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
492         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)                         &
493            &           * (  e3w(ji+1,jj,jk,Kmm) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )  &
494            &              - e3w(ji  ,jj,jk,Kmm) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  )
495         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)                         &
496            &           * (  e3w(ji,jj+1,jk,Kmm) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )  &
497            &              - e3w(ji,jj  ,jk,Kmm) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  )
498         !                                   ! s-coordinate pressure gradient correction
499         zuap = -zcoef0 * ( rhd  (ji+1,jj  ,jk) + rhd  (ji,jj,jk) ) &
500            &           * ( gde3w(ji+1,jj  ,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) * r1_e1u(ji,jj)
501         zvap = -zcoef0 * ( rhd  (ji  ,jj+1,jk) + rhd  (ji,jj,jk) ) &
502            &           * ( gde3w(ji  ,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) * r1_e2v(ji,jj)
503         !
504         IF( ln_wd_il ) THEN
505            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
506            zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
507            zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
508            zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
509         ENDIF
510         !
511         ! add to the general momentum trend
512         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
513         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
514      END_3D
515      !
516      IF( ln_wd_il )  DEALLOCATE( zcpx , zcpy )
517      !
518   END SUBROUTINE hpg_sco
519
520
521   SUBROUTINE hpg_isf( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
522      !!---------------------------------------------------------------------
523      !!                  ***  ROUTINE hpg_isf  ***
524      !!
525      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
526      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
527      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
528      !!      density gradient along the model level from the suface to that
529      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
530      !!      to the horizontal pressure gradient :
531      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
532      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
533      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
534      !!         puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
535      !!         pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
536      !!      iceload is added
537      !!     
538      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
539      !!----------------------------------------------------------------------
540      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
541      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
542      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
543      !!
544      INTEGER  ::   ji, jj, jk             ! dummy loop indices
545      INTEGER  ::   ikt ,  ikti1,  iktj1   ! local integer
546      REAL(wp) ::   ze3w, ze3wi1, ze3wj1   ! local scalars
547      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap     !   -      -
548      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk ) ::  zhpi, zhpj
549      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpts) ::  zts_top
550      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)      ::  zrhdtop_oce
551      !!----------------------------------------------------------------------
552      !
553      zcoef0 = - grav * 0.5_wp   ! Local constant initialization
554      !
555      !                          ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
556      zhpi(:,:,:) = 0._wp   ;   zhpj(:,:,:) = 0._wp
557
558      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
559      ! usefull to reduce residual current in the test case ISOMIP with no melting
560      DO ji = 1, jpi
561        DO jj = 1, jpj
562          ikt = mikt(ji,jj)
563          zts_top(ji,jj,1) = ts(ji,jj,ikt,1,Kmm)
564          zts_top(ji,jj,2) = ts(ji,jj,ikt,2,Kmm)
565        END DO
566      END DO
567      CALL eos( zts_top, risfdep, zrhdtop_oce )
568
569      !                     !===========================!
570      !                     !=====  surface value  =====!
571      !                     !===========================!
572      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
573         ikt   = mikt(ji  ,jj  )   ;   ze3w   = e3w(ji  ,jj  ,ikt  ,Kmm)
574         ikti1 = mikt(ji+1,jj  )   ;   ze3wi1 = e3w(ji+1,jj  ,ikti1,Kmm)
575         iktj1 = mikt(ji  ,jj+1)   ;   ze3wj1 = e3w(ji  ,jj+1,iktj1,Kmm)
576         !                          ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
577         !                          ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
578         zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * (   risfload(ji+1,jj) - risfload(ji,jj)  &
579            &                                       + 0.5_wp * ( ze3wi1 * ( rhd(ji+1,jj,ikti1) + zrhdtop_oce(ji+1,jj) )     &
580            &                                                  - ze3w   * ( rhd(ji  ,jj,ikt  ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj) ) )   )
581         zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * (   risfload(ji,jj+1) - risfload(ji,jj)  &
582            &                                       + 0.5_wp * ( ze3wj1 * ( rhd(ji,jj+1,iktj1) + zrhdtop_oce(ji,jj+1) )      &
583            &                                                  - ze3w   * ( rhd(ji,jj  ,ikt  ) + zrhdtop_oce(ji,jj  ) ) )   ) 
584         !                          ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
585         zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
586            &           * ( gde3w(ji+1,jj,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
587         zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
588            &           * ( gde3w(ji,jj+1,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
589         !                          ! add to the general momentum trend
590         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
591         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
592      END_2D
593      !   
594      !                     !=============================!
595      !                     !=====  interior values  =====!
596      !                     !=============================!
597      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
598         ze3w   = e3w(ji  ,jj  ,jk,Kmm)
599         ze3wi1 = e3w(ji+1,jj  ,jk,Kmm)
600         ze3wj1 = e3w(ji  ,jj+1,jk,Kmm)
601         !                          ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
602         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
603            &           * (  ze3wi1 * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) ) * wmask(ji+1,jj,jk)   &
604            &              - ze3w   * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) ) * wmask(ji  ,jj,jk)   )
605         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
606            &           * (  ze3wj1 * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) ) * wmask(ji,jj+1,jk)   &
607            &              - ze3w   * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) ) * wmask(ji,jj  ,jk)   )
608         !                          ! s-coordinate pressure gradient correction
609         zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )   &
610            &           * ( gde3w(ji+1,jj  ,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
611         zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )   &
612            &           * ( gde3w(ji  ,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
613         !                          ! add to the general momentum trend
614         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + (zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
615         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + (zhpj(ji,jj,jk) + zvap) * vmask(ji,jj,jk)
616      END_3D
617      !
618   END SUBROUTINE hpg_isf
619
620
621   SUBROUTINE hpg_djc( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
622      !!---------------------------------------------------------------------
623      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
624      !!
625      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
626      !!
627      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
628      !!----------------------------------------------------------------------
629      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
630      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
631      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
632      !!
633      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
634      INTEGER  ::   iktb, iktt          ! jk indices at tracer points for top and bottom points
635      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
636      REAL(wp) ::   z_grav_10, z1_12
637      REAL(wp) ::   cffu, cffx          !    "         "
638      REAL(wp) ::   cffv, cffy          !    "         "
639      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2    ! local logical variables
640      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zhpi, zhpj
641 
642      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zdzx, zdzy, zdzz                          ! Primitive grid differences ('delta_xyz')
643      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zdz_i, zdz_j, zdz_k                       ! Harmonic average of primitive grid differences ('d_xyz')
644      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zdrhox, zdrhoy, zdrhoz                    ! Primitive rho differences ('delta_rho')
645      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zdrho_i, zdrho_j, zdrho_k                 ! Harmonic average of primitive rho differences ('d_rho')
646      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   z_rho_i, z_rho_j, z_rho_k                 ! Face intergrals
647      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zz_dz_i, zz_dz_j, zz_drho_i, zz_drho_j    ! temporary arrays
648      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
649      !!----------------------------------------------------------------------
650      !
651      IF( ln_wd_il ) THEN
652         ALLOCATE( zcpx(jpi,jpj) , zcpy(jpi,jpj) )
653        DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
654          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
655               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
656               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
657               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
658          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
659               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
660               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
661          IF(ll_tmp1) THEN
662            zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
663          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
664            ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
665            zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
666                        &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
667          ELSE
668            zcpx(ji,jj) = 0._wp
669          END IF
670   
671          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
672               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
673               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
674               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
675          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
676               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
677               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
678
679          IF(ll_tmp1) THEN
680            zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
681          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
682            ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
683            zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
684                        &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
685          ELSE
686            zcpy(ji,jj) = 0._wp
687          END IF
688        END_2D
689        CALL lbc_lnk_multi( 'dynhpg', zcpx, 'U', 1.0_wp, zcpy, 'V', 1.0_wp )
690      END IF
691
692      IF( kt == nit000 ) THEN
693         IF(lwp) WRITE(numout,*)
694         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
695         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
696      ENDIF
697
698      ! Local constant initialization
699      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
700      z_grav_10  = grav / 10._wp
701      z1_12  = 1.0_wp / 12._wp
702
703      !----------------------------------------------------------------------------------------
704      !  1. compute and store elementary vertical differences in provisional arrays
705      !----------------------------------------------------------------------------------------
706
707!!bug gm   Not a true bug, but... zdzz=e3w  for zdzx, zdzy verify what it is really
708
709      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpkm1 ) 
710         zdrhoz(ji,jj,jk) =   rhd    (ji  ,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1)
711         zdzz  (ji,jj,jk) = - gde3w(ji  ,jj  ,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1)
712      END_3D
713
714      !-------------------------------------------------------------------------
715      ! 2. compute harmonic averages for vertical differences using eq. 5.18
716      !-------------------------------------------------------------------------
717      zep = 1.e-15
718
719!! mb zdrho_k, zdz_k, zdrho_i, zdz_i, zdrho_j, zdz_j re-centred about the point (ji,jj,jk)
720      zdrho_k(:,:,:) = 0._wp
721      zdz_k  (:,:,:) = 0._wp
722
723      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpk-2 ) 
724         cffw = 2._wp * zdrhoz(ji  ,jj  ,jk) * zdrhoz(ji,jj,jk+1)
725         IF( cffw > zep) THEN
726            zdrho_k(ji,jj,jk) = cffw / ( zdrhoz(ji,jj,jk) + zdrhoz(ji,jj,jk+1) )
727         ENDIF
728         zdz_k(ji,jj,jk) = 2._wp *   zdzz(ji,jj,jk) * zdzz(ji,jj,jk+1)   &
729            &                  / ( zdzz(ji,jj,jk) + zdzz(ji,jj,jk+1) )
730      END_3D
731
732      !----------------------------------------------------------------------------------
733      ! 3. apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
734      !----------------------------------------------------------------------------------
735
736! mb for sea-ice shelves we will need to re-write this upper boundary condition in the same form as the lower boundary condition
737      zdrho_k(:,:,1) = aco_bc_vrt * ( rhd    (:,:,2) - rhd    (:,:,1) ) - bco_bc_vrt * zdrho_k(:,:,2)
738      zdz_k  (:,:,1) = aco_bc_vrt * (-gde3w(:,:,2) + gde3w(:,:,1) ) - bco_bc_vrt * zdz_k  (:,:,2)
739
740      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
741         IF ( mbkt(ji,jj)>1 ) THEN
742            iktb = mbkt(ji,jj)
743            zdrho_k(ji,jj,iktb) = aco_bc_vrt * (     rhd(ji,jj,iktb) -     rhd(ji,jj,iktb-1) ) - bco_bc_vrt * zdrho_k(ji,jj,iktb-1)
744            zdz_k  (ji,jj,iktb) = aco_bc_vrt * (-gde3w(ji,jj,iktb) + gde3w(ji,jj,iktb-1) ) - bco_bc_vrt * zdz_k  (ji,jj,iktb-1) 
745         END IF
746      END_2D
747
748      !--------------------------------------------------------------
749      ! 4. Compute side face integrals
750      !-------------------------------------------------------------
751
752!! ssh replaces e3w_n ; gde3w is a depth; the formulae involve heights 
753!! rho_k stores grav * FX / rho_0 
754
755      !--------------------------------------------------------------
756      ! 4. a) Upper half of top-most grid box, compute and store
757      !-------------------------------------------------------------
758! *** AY note: ssh(ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) = e3w(ji,jj,1)
759      DO_2D( 0, 1, 0, 1)
760         z_rho_k(ji,jj,1) =  grav * ( ssh(ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) )                        & 
761            &                     * (  rhd(ji,jj,1)                                        &
762            &                     + 0.5_wp * (   rhd    (ji,jj,2) - rhd    (ji,jj,1) ) &
763            &                              * (   ssh   (ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) )          &
764            &                              / ( - gde3w(ji,jj,2) + gde3w(ji,jj,1) )  )
765      END_2D
766
767      !--------------------------------------------------------------
768      ! 4. b) Interior faces, compute and store
769      !-------------------------------------------------------------
770
771      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 2, jpkm1 )
772         z_rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * (   rhd    (ji,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk-1) )                                   &
773            &                       * ( - gde3w(ji,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1) )                                               &
774            &                       + z_grav_10 * (                                                                           &
775            &     (   zdrho_k  (ji,jj,jk) - zdrho_k  (ji,jj,jk-1) )                                                           &
776            &   * ( - gde3w(ji,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( zdz_k  (ji,jj,jk) + zdz_k  (ji,jj,jk-1) ) )             &
777            &   - ( zdz_k    (ji,jj,jk) - zdz_k    (ji,jj,jk-1) )                                                             &
778            &   * ( rhd    (ji,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( zdrho_k(ji,jj,jk) + zdrho_k(ji,jj,jk-1) ) )   &
779            &                             )
780      END_3D
781
782      !----------------------------------------------------------------------------------------
783      !  5. compute and store elementary horizontal differences in provisional arrays
784      !----------------------------------------------------------------------------------------
785
786      DO_3D( 1, 0, 1, 0, 1, jpkm1 )
787         zdrhox(ji,jj,jk) =   rhd    (ji+1,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk  )
788         zdzx  (ji,jj,jk) = - gde3w(ji+1,jj  ,jk) + gde3w(ji,jj,jk  )
789         zdrhoy(ji,jj,jk) =   rhd    (ji  ,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk  )
790         zdzy  (ji,jj,jk) = - gde3w(ji  ,jj+1,jk) + gde3w(ji,jj,jk  )
791      END_3D
792
793      CALL lbc_lnk_multi( 'dynhpg', zdrhox, 'U', 1., zdzx, 'U', 1., zdrhoy, 'V', 1., zdzy, 'V', 1. ) 
794
795      !-------------------------------------------------------------------------
796      ! 6. compute harmonic averages using eq. 5.18
797      !-------------------------------------------------------------------------
798
799      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 1, jpkm1 )
800         cffu = 2._wp * zdrhox(ji-1,jj  ,jk) * zdrhox(ji,jj,jk  )
801         IF( cffu > zep ) THEN
802            zdrho_i(ji,jj,jk) = cffu / ( zdrhox(ji-1,jj,jk) + zdrhox(ji,jj,jk) )
803         ELSE
804            zdrho_i(ji,jj,jk ) = 0._wp
805         ENDIF
806
807         cffx = 2._wp * zdzx  (ji-1,jj  ,jk) * zdzx  (ji,jj,jk  )
808         IF( cffx > zep ) THEN
809            zdz_i(ji,jj,jk) = cffx / ( zdzx(ji-1,jj,jk) + zdzx(ji,jj,jk) )
810         ELSE
811            zdz_i(ji,jj,jk) = 0._wp
812         ENDIF
813
814         cffv = 2._wp * zdrhoy(ji  ,jj-1,jk) * zdrhoy(ji,jj,jk  )
815         IF( cffv > zep ) THEN
816            zdrho_j(ji,jj,jk) = cffv / ( zdrhoy(ji,jj-1,jk) + zdrhoy(ji,jj,jk) )
817         ELSE
818            zdrho_j(ji,jj,jk) = 0._wp
819         ENDIF
820
821         cffy = 2._wp * zdzy  (ji  ,jj-1,jk) * zdzy  (ji,jj,jk  )
822         IF( cffy > zep ) THEN
823            zdz_j(ji,jj,jk) = cffy / ( zdzy(ji,jj-1,jk) + zdzy(ji,jj,jk) )
824         ELSE
825            zdz_j(ji,jj,jk) = 0._wp
826         ENDIF
827      END_3D
828     
829!!! Note that zdzx, zdzy, zdzz, zdrhox, zdrhoy and zdrhoz should NOT be used beyond this point     
830
831      !----------------------------------------------------------------------------------
832      ! 6B. apply boundary conditions at side boundaries using 5.36-5.37
833      !----------------------------------------------------------------------------------
834
835      DO jk = 1, jpkm1
836         zz_drho_i(:,:) = zdrho_i(:,:,jk)
837         zz_dz_i  (:,:) = zdz_i  (:,:,jk)
838         zz_drho_j(:,:) = zdrho_j(:,:,jk)
839         zz_dz_j  (:,:) = zdz_j  (:,:,jk)
840         DO_2D( 0, 1, 0, 1)
841            ! Walls coming from left: should check from 2 to jpi-1 (and jpj=2-jpj)
842            IF (ji < jpi) THEN
843               IF ( umask(ji,jj,jk) > 0.5_wp .AND. umask(ji-1,jj,jk) < 0.5_wp .AND. umask(ji+1,jj,jk) > 0.5_wp)  THEN 
844                  zz_drho_i(ji,jj) = aco_bc_hor * ( rhd    (ji+1,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk) ) - bco_bc_hor * zdrho_i(ji+1,jj,jk) 
845                  zz_dz_i  (ji,jj) = aco_bc_hor * (-gde3w(ji+1,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk) ) - bco_bc_hor * zdz_i  (ji+1,jj,jk)
846               END IF
847            END IF
848            ! Walls coming from right: should check from 3 to jpi (and jpj=2-jpj)
849            IF (ji > 2) THEN
850               IF ( umask(ji,jj,jk) < 0.5_wp .AND. umask(ji-1,jj,jk) > 0.5_wp .AND. umask(ji-2,jj,jk) > 0.5_wp) THEN
851                  zz_drho_i(ji,jj) = aco_bc_hor * ( rhd    (ji,jj,jk) - rhd    (ji-1,jj,jk) ) - bco_bc_hor * zdrho_i(ji-1,jj,jk) 
852                  zz_dz_i  (ji,jj) = aco_bc_hor * (-gde3w(ji,jj,jk) + gde3w(ji-1,jj,jk) ) - bco_bc_hor * zdz_i  (ji-1,jj,jk)
853               END IF
854            END IF
855            ! Walls coming from left: should check from 2 to jpj-1 (and jpi=2-jpi)
856            IF (jj < jpj) THEN
857               IF ( vmask(ji,jj,jk) > 0.5_wp .AND. vmask(ji,jj-1,jk) < 0.5_wp .AND. vmask(ji,jj+1,jk) > 0.5_wp)  THEN
858                  zz_drho_j(ji,jj) = aco_bc_hor * ( rhd    (ji,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk) ) - bco_bc_hor * zdrho_j(ji,jj+1,jk)
859                  zz_dz_j  (ji,jj) = aco_bc_hor * (-gde3w(ji,jj+1,jk) + gde3w(ji,jj,jk) ) - bco_bc_hor * zdz_j  (ji,jj+1,jk)
860               END IF
861            END IF 
862            ! Walls coming from right: should check from 3 to jpj (and jpi=2-jpi)
863            IF (jj > 2) THEN
864               IF ( vmask(ji,jj,jk) < 0.5_wp .AND. vmask(ji,jj-1,jk) > 0.5_wp .AND. vmask(ji,jj-2,jk) > 0.5_wp) THEN
865                  zz_drho_j(ji,jj) = aco_bc_hor * ( rhd    (ji,jj,jk) - rhd    (ji,jj-1,jk) ) - bco_bc_hor * zdrho_j(ji,jj-1,jk) 
866                  zz_dz_j  (ji,jj) = aco_bc_hor * (-gde3w(ji,jj,jk) + gde3w(ji,jj-1,jk) ) - bco_bc_hor * zdz_j  (ji,jj-1,jk)
867               END IF
868            END IF
869         END_2D
870         zdrho_i(:,:,jk) = zz_drho_i(:,:)
871         zdz_i  (:,:,jk) = zz_dz_i  (:,:)
872         zdrho_j(:,:,jk) = zz_drho_j(:,:)
873         zdz_j  (:,:,jk) = zz_dz_j  (:,:)
874      END DO
875
876      !--------------------------------------------------------------
877      ! 7. Calculate integrals on side faces 
878      !-------------------------------------------------------------
879
880      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
881! two -ve signs cancel in next two lines (within zcoef0 and because gde3w is a depth not a height)
882         z_rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                       &
883             &                    * ( gde3w(ji+1,jj,jk) - gde3w(ji,jj,jk) )                                   
884         IF ( umask(ji-1, jj, jk) > 0.5 .OR. umask(ji+1, jj, jk) > 0.5 ) THEN
885            z_rho_i(ji,jj,jk) = z_rho_i(ji,jj,jk) - z_grav_10 * (                                                               &
886             &     (   zdrho_i  (ji+1,jj,jk) - zdrho_i  (ji,jj,jk) )                                                            &
887             &   * ( - gde3w(ji+1,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdz_i  (ji+1,jj,jk) + zdz_i  (ji,jj,jk) ) )              &
888             &   - (   zdz_i    (ji+1,jj,jk) - zdz_i    (ji,jj,jk) )                                                            &
889             &   * (   rhd    (ji+1,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdrho_i(ji+1,jj,jk) + zdrho_i(ji,jj,jk) ) )  &
890             &                                               )
891         END IF
892 
893         z_rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                       &
894             &                    * ( gde3w(ji,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) )                                 
895         IF ( vmask(ji, jj-1, jk) > 0.5 .OR. vmask(ji, jj+1, jk) > 0.5 ) THEN
896            z_rho_j(ji,jj,jk) = z_rho_j(ji,jj,jk) - z_grav_10 * (                                                               &
897             &     (   zdrho_j  (ji,jj+1,jk) - zdrho_j  (ji,jj,jk) )                                                            &
898             &   * ( - gde3w(ji,jj+1,jk) + gde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdz_j  (ji,jj+1,jk) + zdz_j  (ji,jj,jk) ) )              &
899             &   - (   zdz_j    (ji,jj+1,jk) - zdz_j    (ji,jj,jk) )                                                            &
900             &   * (   rhd    (ji,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdrho_j(ji,jj+1,jk) + zdrho_j(ji,jj,jk) ) )  &
901             &                                                 )
902         END IF
903      END_3D
904
905      !--------------------------------------------------------------
906      ! 8. Integrate in the vertical   
907      !-------------------------------------------------------------
908      !
909      ! ---------------
910      !  Surface value
911      ! ---------------
912      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
913         zhpi(ji,jj,1) = ( z_rho_k(ji,jj,1) - z_rho_k(ji+1,jj  ,1) - z_rho_i(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
914         zhpj(ji,jj,1) = ( z_rho_k(ji,jj,1) - z_rho_k(ji  ,jj+1,1) - z_rho_j(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
915         IF( ln_wd_il ) THEN
916           zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
917           zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
918         ENDIF
919         ! add to the general momentum trend
920         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1)
921         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1)
922      END_2D
923
924      ! ----------------
925      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
926      ! ----------------
927      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
928         ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
929         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                                     &
930            &           + (  ( z_rho_k(ji,jj,jk) - z_rho_k(ji+1,jj,jk  ) )                     &
931            &              - ( z_rho_i(ji,jj,jk) - z_rho_i(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
932         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                                     &
933            &           + (  ( z_rho_k(ji,jj,jk) - z_rho_k(ji,jj+1,jk  ) )                     &
934            &               -( z_rho_j(ji,jj,jk) - z_rho_j(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
935         IF( ln_wd_il ) THEN
936           zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
937           zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
938         ENDIF
939         ! add to the general momentum trend
940         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk)
941         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk)
942      END_3D
943      !
944      IF( ln_wd_il )   DEALLOCATE( zcpx, zcpy )
945      !
946   END SUBROUTINE hpg_djc
947
948
949   SUBROUTINE hpg_prj( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
950      !!---------------------------------------------------------------------
951      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
952      !!
953      !! ** Method  :   s-coordinate case.
954      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
955      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
956      !!      all vertical coordinate systems
957      !!
958      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
959      !!----------------------------------------------------------------------
960      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
961      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
962      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
963      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
964      !!
965      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
966      REAL(wp) ::   zcoef0, znad                    ! local scalars
967      !
968      !! The local variables for the correction term
969      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
970      LOGICAL  :: ll_tmp1, ll_tmp2                  ! local logical variables
971      REAL(wp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
972      REAL(wp) :: zrhdt1
973      REAL(wp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
974      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zpgu, zpgv   ! 2D workspace
975      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zsshu_n, zsshv_n
976      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zdept, zrhh
977      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp
978      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
979      !!----------------------------------------------------------------------
980      !
981      IF( kt == nit000 ) THEN
982         IF(lwp) WRITE(numout,*)
983         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
984         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
985      ENDIF
986
987      ! Local constant initialization
988      zcoef0 = - grav
989      znad = 1._wp
990      IF( ln_linssh )   znad = 1._wp
991      !
992      ! ---------------
993      !  Surface pressure gradient to be removed
994      ! ---------------
995      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
996         zpgu(ji,jj) = - grav * ( ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm) ) * r1_e1u(ji,jj)
997         zpgv(ji,jj) = - grav * ( ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm) ) * r1_e2v(ji,jj)
998      END_2D
999      !
1000      IF( ln_wd_il ) THEN
1001         ALLOCATE( zcpx(jpi,jpj) , zcpy(jpi,jpj) )
1002         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1003          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
1004               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
1005               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
1006               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1007          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (         &
1008               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
1009               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
1010
1011          IF(ll_tmp1) THEN
1012            zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
1013          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
1014            ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
1015            zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
1016                        &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
1017           
1018             zcpx(ji,jj) = max(min( zcpx(ji,jj) , 1.0_wp),0.0_wp)
1019          ELSE
1020            zcpx(ji,jj) = 0._wp
1021          END IF
1022   
1023          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
1024               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
1025               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
1026               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1027          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (      &
1028               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
1029               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
1030
1031          IF(ll_tmp1) THEN
1032            zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
1033          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
1034            ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
1035            zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
1036                        &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
1037             zcpy(ji,jj) = max(min( zcpy(ji,jj) , 1.0_wp),0.0_wp)
1038
1039            ELSE
1040               zcpy(ji,jj) = 0._wp
1041            ENDIF
1042         END_2D
1043         CALL lbc_lnk_multi( 'dynhpg', zcpx, 'U', 1.0_wp, zcpy, 'V', 1.0_wp )
1044      ENDIF
1045
1046      ! Clean 3-D work arrays
1047      zhpi(:,:,:) = 0._wp
1048      zrhh(:,:,:) = rhd(:,:,:)
1049
1050      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
1051      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1052       jk = mbkt(ji,jj)
1053       IF(     jk <=  1   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,    :   ) = 0._wp
1054       ELSEIF( jk ==  2   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
1055       ELSEIF( jk < jpkm1 ) THEN
1056          DO jkk = jk+1, jpk
1057             zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(gde3w(ji,jj,jkk  ), gde3w(ji,jj,jkk-1),   &
1058                &                      gde3w(ji,jj,jkk-2), zrhh (ji,jj,jkk-1), zrhh(ji,jj,jkk-2))
1059          END DO
1060       ENDIF
1061      END_2D
1062
1063      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1064      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1065         zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm)
1066      END_2D
1067
1068      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpk )
1069         zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + e3w(ji,jj,jk,Kmm)
1070      END_3D
1071
1072      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1073      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1074
1075      ! Construct the vertical density profile with the
1076      ! constrained cubic spline interpolation
1077      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1078      CALL cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1079
1080      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1081      DO_2D( 0, 1, 0, 1 )
1082       zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3( zdept(ji,jj,1), asp(ji,jj,1), bsp(ji,jj,1),  &
1083          &                                              csp(ji,jj,1), dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm)
1084
1085       ! assuming linear profile across the top half surface layer
1086       zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm) * zrhdt1
1087      END_2D
1088
1089      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1090      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 2, jpkm1 )
1091      zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                                  &
1092         &             integ_spline( zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),   &
1093         &                           asp  (ji,jj,jk-1), bsp  (ji,jj,jk-1), &
1094         &                           csp  (ji,jj,jk-1), dsp  (ji,jj,jk-1)  )
1095      END_3D
1096
1097      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1098
1099      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1100      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1101!!gm BUG ?    if it is ssh at u- & v-point then it should be:
1102!          zsshu_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2t(ji+1,jj) * ssh(ji+1,jj,Kmm)) * &
1103!                         & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1104!          zsshv_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2t(ji,jj+1) * ssh(ji,jj+1,Kmm)) * &
1105!                         & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1106!!gm not this:
1107       zsshu_n(ji,jj) = (e1e2u(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2u(ji+1, jj) * ssh(ji+1,jj,Kmm)) * &
1108                      & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1109       zsshv_n(ji,jj) = (e1e2v(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2v(ji+1, jj) * ssh(ji,jj+1,Kmm)) * &
1110                      & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1111      END_2D
1112
1113      CALL lbc_lnk_multi ('dynhpg', zsshu_n, 'U', 1.0_wp, zsshv_n, 'V', 1.0_wp )
1114
1115      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1116       zu(ji,jj,1) = - ( e3u(ji,jj,1,Kmm) - zsshu_n(ji,jj) ) 
1117       zv(ji,jj,1) = - ( e3v(ji,jj,1,Kmm) - zsshv_n(ji,jj) )
1118      END_2D
1119
1120      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
1121      zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1) - e3u(ji,jj,jk,Kmm)
1122      zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1) - e3v(ji,jj,jk,Kmm)
1123      END_3D
1124
1125      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1126      zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3u(ji,jj,jk,Kmm)
1127      zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3v(ji,jj,jk,Kmm)
1128      END_3D
1129
1130      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1131      zu(ji,jj,jk) = MIN(  zu(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1132      zu(ji,jj,jk) = MAX(  zu(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1133      zv(ji,jj,jk) = MIN(  zv(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1134      zv(ji,jj,jk) = MAX(  zv(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1135      END_3D
1136
1137
1138      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1139      zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1140      zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1141      zuijk = zu(ji,jj,jk)
1142      zvijk = zv(ji,jj,jk)
1143
1144      !!!!!     for u equation
1145      IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1146         IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1147           jis = ji + 1; jid = ji
1148         ELSE
1149           jis = ji;     jid = ji +1
1150         ENDIF
1151
1152         ! integrate the pressure on the shallow side
1153         jk1 = jk
1154         DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1155           IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1156             zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1157             EXIT
1158           ENDIF
1159           zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1160           zpwes = zpwes +                                    &
1161                integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1162                       asp(jis,jj,jk1),    bsp(jis,jj,jk1), &
1163                       csp(jis,jj,jk1),    dsp(jis,jj,jk1))
1164           jk1 = jk1 + 1
1165         END DO
1166
1167         ! integrate the pressure on the deep side
1168         jk1 = jk
1169         DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1170           IF( jk1 == 1 ) THEN
1171             zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, ssh(jid,jj,Kmm)*znad)
1172             zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1173                                               bsp(jid,jj,1),   csp(jid,jj,1), &
1174                                               dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1175             zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1176             EXIT
1177           ENDIF
1178           zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1179           zpwed = zpwed +                                        &
1180                  integ_spline(zdeps,              zdept(jid,jj,jk1), &
1181                         asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1182                         csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1183           jk1 = jk1 - 1
1184         END DO
1185
1186         ! update the momentum trends in u direction
1187
1188         zdpdx1 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * ( zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1189         IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1190           zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * &
1191              &    ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (ssh(ji+1,jj,Kmm)-ssh(ji,jj,Kmm)) )
1192          ELSE
1193           zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1194         ENDIF
1195         IF( ln_wd_il ) THEN
1196            zdpdx1 = zdpdx1 * zcpx(ji,jj) * wdrampu(ji,jj)
1197            zdpdx2 = zdpdx2 * zcpx(ji,jj) * wdrampu(ji,jj)
1198         ENDIF
1199         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + (zdpdx1 + zdpdx2 - zpgu(ji,jj)) * umask(ji,jj,jk) 
1200      ENDIF
1201
1202      !!!!!     for v equation
1203      IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
1204         IF( -zdept(ji,jj+1,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1205           jjs = jj + 1; jjd = jj
1206         ELSE
1207           jjs = jj    ; jjd = jj + 1
1208         ENDIF
1209
1210         ! integrate the pressure on the shallow side
1211         jk1 = jk
1212         DO WHILE ( -zdept(ji,jjs,jk1) > zvijk )
1213           IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
1214             zvijk = -zdept(ji,jjs,jk1)
1215             EXIT
1216           ENDIF
1217           zdeps = MIN(zdept(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
1218           zpnss = zpnss +                                      &
1219                  integ_spline(zdept(ji,jjs,jk1), zdeps,            &
1220                         asp(ji,jjs,jk1),    bsp(ji,jjs,jk1), &
1221                         csp(ji,jjs,jk1),    dsp(ji,jjs,jk1) )
1222           jk1 = jk1 + 1
1223         END DO
1224
1225         ! integrate the pressure on the deep side
1226         jk1 = jk
1227         DO WHILE ( -zdept(ji,jjd,jk1) < zvijk )
1228           IF( jk1 == 1 ) THEN
1229             zdeps = zdept(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, ssh(ji,jjd,Kmm)*znad)
1230             zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdept(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
1231                                               bsp(ji,jjd,1),   csp(ji,jjd,1), &
1232                                               dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
1233             zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
1234             EXIT
1235           ENDIF
1236           zdeps = MAX(zdept(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
1237           zpnsd = zpnsd +                                        &
1238                  integ_spline(zdeps,              zdept(ji,jjd,jk1), &
1239                         asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1), &
1240                         csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
1241           jk1 = jk1 - 1
1242         END DO
1243
1244
1245         ! update the momentum trends in v direction
1246
1247         zdpdy1 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * ( zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1248         IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1249            zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * &
1250                    ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (ssh(ji,jj+1,Kmm)-ssh(ji,jj,Kmm)) )
1251         ELSE
1252            zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1253         ENDIF
1254         IF( ln_wd_il ) THEN
1255            zdpdy1 = zdpdy1 * zcpy(ji,jj) * wdrampv(ji,jj) 
1256            zdpdy2 = zdpdy2 * zcpy(ji,jj) * wdrampv(ji,jj) 
1257         ENDIF
1258
1259         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + (zdpdy1 + zdpdy2 - zpgv(ji,jj)) * vmask(ji,jj,jk)
1260      ENDIF
1261         !
1262      END_3D
1263      !
1264      IF( ln_wd_il )   DEALLOCATE( zcpx, zcpy )
1265      !
1266   END SUBROUTINE hpg_prj
1267
1268
1269   SUBROUTINE cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1270      !!----------------------------------------------------------------------
1271      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1272      !!
1273      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1274      !!
1275      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1276      !!
1277      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1278      !!----------------------------------------------------------------------
1279      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   fsp, xsp           ! value and coordinate
1280      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of the interpoated function
1281      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   polynomial_type    ! 1: cubic spline   ;   2: Linear
1282      !
1283      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1284      INTEGER  ::   jpi, jpj, jpkm1
1285      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1286      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1287      REAL(wp) ::   zdf(size(fsp,3))
1288      !!----------------------------------------------------------------------
1289      !
1290!!gm  WHAT !!!!!   THIS IS VERY DANGEROUS !!!!! 
1291      jpi   = size(fsp,1)
1292      jpj   = size(fsp,2)
1293      jpkm1 = MAX( 1, size(fsp,3) - 1 )
1294      !
1295      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1296         DO ji = 1, jpi
1297            DO jj = 1, jpj
1298           !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1299           !    DO jk = 2, jpkm1-1
1300           !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1301           !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1302           !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1303           !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1304           !
1305           !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1306           !
1307           !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1308           !           zdf(jk) = 0._wp
1309           !       ELSE
1310           !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1311           !       ENDIF
1312           !    END DO
1313
1314           !!Simply geometric average
1315               DO jk = 2, jpkm1-1
1316                  zdf1 = (fsp(ji,jj,jk  ) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk  ) - xsp(ji,jj,jk-1))
1317                  zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk  )) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk  ))
1318
1319                  IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1320                     zdf(jk) = 0._wp
1321                  ELSE
1322                     zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1323                  ENDIF
1324               END DO
1325
1326               zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1327                          &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) )           -  0.5_wp * zdf(2)
1328               zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1329                          &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - 0.5_wp * zdf(jpkm1 - 1)
1330
1331               DO jk = 1, jpkm1 - 1
1332                 zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1333                 ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1334                 ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1335                 zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1336                 ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1337                 zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1338
1339                 dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1340                 csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1341                 bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1342                               & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1343                               & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1344                               &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1345                 asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1346                               &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1347                               &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1348               END DO
1349            END DO
1350         END DO
1351
1352      ELSEIF ( polynomial_type == 2 ) THEN     ! Linear
1353         DO ji = 1, jpi
1354            DO jj = 1, jpj
1355               DO jk = 1, jpkm1-1
1356                  zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1357                  ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1358
1359                  dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1360                  csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1361                  bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1362                  asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1363               END DO
1364            END DO
1365         END DO
1366         !
1367      ELSE
1368         CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1369      ENDIF
1370      !
1371   END SUBROUTINE cspline
1372
1373
1374   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1375      !!----------------------------------------------------------------------
1376      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1377      !!
1378      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1379      !!
1380      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1381      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1382      !!----------------------------------------------------------------------
1383      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1384      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1385      REAL(wp)             ::  zdeltx
1386      !!----------------------------------------------------------------------
1387      !
1388      zdeltx = xr - xl
1389      IF( abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x) ) THEN
1390         f = 0.5_wp * (fl + fr)
1391      ELSE
1392         f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1393      ENDIF
1394      !
1395   END FUNCTION interp1
1396
1397
1398   FUNCTION interp2( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1399      !!----------------------------------------------------------------------
1400      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1401      !!
1402      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1403      !!
1404      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1405      !!
1406      !!----------------------------------------------------------------------
1407      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1408      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1409      !!----------------------------------------------------------------------
1410      !
1411      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1412      !
1413   END FUNCTION interp2
1414
1415
1416   FUNCTION interp3( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1417      !!----------------------------------------------------------------------
1418      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1419      !!
1420      !! ** Purpose :   Calculate the first order of derivative of
1421      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1422      !!
1423      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1424      !!
1425      !!----------------------------------------------------------------------
1426      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1427      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1428      !!----------------------------------------------------------------------
1429      !
1430      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1431      !
1432   END FUNCTION interp3
1433
1434
1435   FUNCTION integ_spline( xl, xr, a, b, c, d )  RESULT(f)
1436      !!----------------------------------------------------------------------
1437      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1438      !!
1439      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1440      !!
1441      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1442      !!
1443      !!----------------------------------------------------------------------
1444      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1445      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3
1446      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1447      !!----------------------------------------------------------------------
1448      !
1449      za1 = 0.5_wp * b
1450      za2 = c / 3.0_wp
1451      za3 = 0.25_wp * d
1452      !
1453      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1454         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1455      !
1456   END FUNCTION integ_spline
1457
1458   !!======================================================================
1459END MODULE dynhpg
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.