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_r14116_HPC-04_mcastril_Mixed_Precision_implementation_final/src/OCE/DYN – NEMO

source: NEMO/branches/2020/dev_r14116_HPC-04_mcastril_Mixed_Precision_implementation_final/src/OCE/DYN/dynhpg.F90 @ 14644

Last change on this file since 14644 was 14644, checked in by sparonuz, 3 years ago

Merge trunk -r14642:HEAD

  • 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#  include "single_precision_substitute.h90"
84
85   !!----------------------------------------------------------------------
86   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
87   !! $Id$
88   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
89   !!----------------------------------------------------------------------
90CONTAINS
91
92   SUBROUTINE dyn_hpg( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
93      !!---------------------------------------------------------------------
94      !!                  ***  ROUTINE dyn_hpg  ***
95      !!
96      !! ** Method  :   Call the hydrostatic pressure gradient routine
97      !!              using the scheme defined in the namelist
98      !!
99      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
100      !!             - send trends to trd_dyn for futher diagnostics (l_trddyn=T)
101      !!----------------------------------------------------------------------
102      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
103      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
104      REAL(dp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
105      !
106      REAL(dp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::   ztrdu, ztrdv
107      !!----------------------------------------------------------------------
108      !
109      IF( ln_timing )   CALL timing_start('dyn_hpg')
110      !
111      IF( l_trddyn ) THEN                    ! Temporary saving of puu(:,:,:,Krhs) and pvv(:,:,:,Krhs) trends (l_trddyn)
112         ALLOCATE( ztrdu(jpi,jpj,jpk) , ztrdv(jpi,jpj,jpk) )
113         ztrdu(:,:,:) = puu(:,:,:,Krhs)
114         ztrdv(:,:,:) = pvv(:,:,:,Krhs)
115      ENDIF
116      !
117      SELECT CASE ( nhpg )      ! Hydrostatic pressure gradient computation
118      CASE ( np_zco )   ;   CALL hpg_zco    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! z-coordinate
119      CASE ( np_zps )   ;   CALL hpg_zps    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! z-coordinate plus partial steps (interpolation)
120      CASE ( np_sco )   ;   CALL hpg_sco    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
121      CASE ( np_djc )   ;   CALL hpg_djc    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
122      CASE ( np_prj )   ;   CALL hpg_prj    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
123      CASE ( np_isf )   ;   CALL hpg_isf    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate similar to sco modify for ice shelf
124      END SELECT
125      !
126      IF( l_trddyn ) THEN      ! save the hydrostatic pressure gradient trends for momentum trend diagnostics
127         ztrdu(:,:,:) = puu(:,:,:,Krhs) - ztrdu(:,:,:)
128         ztrdv(:,:,:) = pvv(:,:,:,Krhs) - ztrdv(:,:,:)
129         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_hpg, kt, Kmm )
130         DEALLOCATE( ztrdu , ztrdv )
131      ENDIF
132      !
133      IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=CASTWP(puu(:,:,:,Krhs)), clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
134         &                                  tab3d_2=CASTWP(pvv(:,:,:,Krhs)), clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
135      !
136      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('dyn_hpg')
137      !
138   END SUBROUTINE dyn_hpg
139
140
141   SUBROUTINE dyn_hpg_init( Kmm )
142      !!----------------------------------------------------------------------
143      !!                 ***  ROUTINE dyn_hpg_init  ***
144      !!
145      !! ** Purpose :   initializations for the hydrostatic pressure gradient
146      !!              computation and consistency control
147      !!
148      !! ** Action  :   Read the namelist namdyn_hpg and check the consistency
149      !!      with the type of vertical coordinate used (zco, zps, sco)
150      !!----------------------------------------------------------------------
151      INTEGER, INTENT( in ) :: Kmm   ! ocean time level index
152      !
153      INTEGER ::   ioptio = 0      ! temporary integer
154      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
155      !!
156      INTEGER  ::   ji, jj, jk, ikt    ! dummy loop indices      ISF
157      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::  zts_top, zrhd   ! hypothesys on isf density
158      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::  zrhdtop_isf    ! density at bottom of ISF
159      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::  ziceload       ! density at bottom of ISF
160      !!
161      NAMELIST/namdyn_hpg/ ln_hpg_zco, ln_hpg_zps, ln_hpg_sco,     &
162         &                 ln_hpg_djc, ln_hpg_prj, ln_hpg_isf,     &
163         &                 ln_hpg_djc_vnh, ln_hpg_djc_vnv
164      !!----------------------------------------------------------------------
165      !
166      READ  ( numnam_ref, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
167901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in reference namelist' )
168      !
169      READ  ( numnam_cfg, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
170902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in configuration namelist' )
171      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_hpg )
172      !
173      IF(lwp) THEN                   ! Control print
174         WRITE(numout,*)
175         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
176         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
177         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
178         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
179         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
180         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
181         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation) for isf  ln_hpg_isf    = ', ln_hpg_isf
182         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
183         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
184      ENDIF
185      !
186      IF( .NOT.ln_linssh .AND. (ln_hpg_zco.OR.ln_hpg_zps) )   &
187         &   CALL ctl_stop( 'dyn_hpg_init : non-linear free surface incompatible with hpg_zco or hpg_zps' )
188      !
189      IF( (.NOT.ln_hpg_isf .AND. ln_isfcav) .OR. (ln_hpg_isf .AND. .NOT.ln_isfcav) )                  &
190         &   CALL ctl_stop( 'dyn_hpg_init : ln_hpg_isf=T requires ln_isfcav=T and vice versa' ) 
191      !
192#if defined key_qco
193      IF( ln_hpg_isf ) THEN
194         CALL ctl_stop( 'dyn_hpg_init : key_qco and ln_hpg_isf not yet compatible' )
195      ENDIF
196#endif
197      !
198      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags & consistency check
199      nhpg   = np_ERROR
200      ioptio = 0
201      IF( ln_hpg_zco ) THEN   ;   nhpg = np_zco   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
202      IF( ln_hpg_zps ) THEN   ;   nhpg = np_zps   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
203      IF( ln_hpg_sco ) THEN   ;   nhpg = np_sco   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
204      IF( ln_hpg_djc ) THEN   ;   nhpg = np_djc   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
205      IF( ln_hpg_prj ) THEN   ;   nhpg = np_prj   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
206      IF( ln_hpg_isf ) THEN   ;   nhpg = np_isf   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
207      !
208      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
209      !
210      IF(lwp) THEN
211         WRITE(numout,*)
212         SELECT CASE( nhpg )
213         CASE( np_zco )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   z-coord. - full steps '
214         CASE( np_zps )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   z-coord. - partial steps (interpolation)'
215         CASE( np_sco )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (standard jacobian formulation)'
216         CASE( np_djc )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)'
217         CASE( np_prj )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)'
218         CASE( np_isf )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (standard jacobian formulation) for isf'
219         END SELECT
220         WRITE(numout,*)
221      ENDIF
222      !                         
223      IF ( ln_hpg_djc ) THEN
224         IF (ln_hpg_djc_vnh) THEN ! Von Neumann boundary condition
225           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           horizontal bc: von Neumann '
226           aco_bc_hor = 6.0_wp/5.0_wp
227           bco_bc_hor = 7.0_wp/15.0_wp
228         ELSE ! Linear extrapolation
229           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           horizontal bc: linear extrapolation'
230           aco_bc_hor = 3.0_wp/2.0_wp
231           bco_bc_hor = 1.0_wp/2.0_wp
232         END IF
233         IF (ln_hpg_djc_vnv) THEN ! Von Neumann boundary condition
234           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           vertical bc: von Neumann '
235           aco_bc_vrt = 6.0_wp/5.0_wp
236           bco_bc_vrt = 7.0_wp/15.0_wp
237         ELSE ! Linear extrapolation
238           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           vertical bc: linear extrapolation'
239           aco_bc_vrt = 3.0_wp/2.0_wp
240           bco_bc_vrt = 1.0_wp/2.0_wp
241         END IF
242      END IF
243      !
244   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
245
246
247   SUBROUTINE hpg_zco( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
248      !!---------------------------------------------------------------------
249      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
250      !!
251      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
252      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
253      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
254      !!      density gradient along the model level from the suface to that
255      !!      level:    zhpi = grav .....
256      !!                zhpj = grav .....
257      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
258      !!            puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
259      !!            pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
260      !!
261      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
262      !!----------------------------------------------------------------------
263      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
264      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
265      REAL(dp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
266      !
267      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
268      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
269      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::  zhpi, zhpj
270      !!----------------------------------------------------------------------
271      !
272      IF( kt == nit000 ) THEN
273         IF(lwp) WRITE(numout,*)
274         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
275         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
276      ENDIF
277      !
278      zcoef0 = - grav * 0.5_wp            ! Local constant initialization
279      !
280      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )                 ! Surface value
281         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,1,Kmm)
282         !                                   ! hydrostatic pressure gradient
283         zhpi(ji,jj) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
284         zhpj(ji,jj) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
285         !                                   ! add to the general momentum trend
286         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj)
287         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj)
288      END_2D
289      !
290      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )        ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
291         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,jk,Kmm)
292         !                                   ! hydrostatic pressure gradient
293         zhpi(ji,jj) = zhpi(ji,jj) + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )  &
294            &                                  - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
295
296         zhpj(ji,jj) = zhpj(ji,jj) + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )  &
297            &                                  - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
298         !                                   ! add to the general momentum trend
299         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj)
300         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj)
301      END_3D
302      !
303   END SUBROUTINE hpg_zco
304
305
306   SUBROUTINE hpg_zps( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
307      !!---------------------------------------------------------------------
308      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
309      !!
310      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
311      !!
312      !! ** Action  : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
313      !!----------------------------------------------------------------------
314      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
315      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
316      REAL(dp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
317      !!
318      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
319      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
320      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
321      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: zhpi, zhpj
322      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpts)   :: zgtsu, zgtsv
323      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     :: zgru, zgrv
324      !!----------------------------------------------------------------------
325      !
326      IF( kt == nit000 ) THEN
327         IF(lwp) WRITE(numout,*)
328         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
329         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
330      ENDIF
331
332      ! Partial steps: Compute NOW horizontal gradient of t, s, rd at the last ocean level
333      CALL zps_hde( kt, Kmm, jpts, ts(:,:,:,:,Kmm), zgtsu, zgtsv, rhd, zgru , zgrv )
334
335      ! Local constant initialization
336      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
337
338      !  Surface value (also valid in partial step case)
339      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
340         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,1,Kmm)
341         ! hydrostatic pressure gradient
342         zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
343         zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
344         ! add to the general momentum trend
345         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1)
346         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1)
347      END_2D
348
349      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
350      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
351         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,jk,Kmm)
352         ! hydrostatic pressure gradient
353         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
354            &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
355            &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
356
357         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
358            &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
359            &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
360         ! add to the general momentum trend
361         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk)
362         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk)
363      END_3D
364
365      ! partial steps correction at the last level  (use zgru & zgrv computed in zpshde.F90)
366      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
367         iku = mbku(ji,jj)
368         ikv = mbkv(ji,jj)
369         zcoef2 = zcoef0 * MIN( e3w(ji,jj,iku,Kmm), e3w(ji+1,jj  ,iku,Kmm) )
370         zcoef3 = zcoef0 * MIN( e3w(ji,jj,ikv,Kmm), e3w(ji  ,jj+1,ikv,Kmm) )
371         IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
372            puu  (ji,jj,iku,Krhs) = puu(ji,jj,iku,Krhs) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
373            zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
374               &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + zgru(ji,jj) ) * r1_e1u(ji,jj)
375            puu  (ji,jj,iku,Krhs) = puu(ji,jj,iku,Krhs) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
376         ENDIF
377         IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
378            pvv  (ji,jj,ikv,Krhs) = pvv(ji,jj,ikv,Krhs) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
379            zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
380               &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + zgrv(ji,jj) ) * r1_e2v(ji,jj)
381            pvv  (ji,jj,ikv,Krhs) = pvv(ji,jj,ikv,Krhs) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
382         ENDIF
383      END_2D
384      !
385   END SUBROUTINE hpg_zps
386
387
388   SUBROUTINE hpg_sco( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
389      !!---------------------------------------------------------------------
390      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
391      !!
392      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
393      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
394      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
395      !!      density gradient along the model level from the suface to that
396      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
397      !!      to the horizontal pressure gradient :
398      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
399      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
400      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
401      !!         puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
402      !!         pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
403      !!
404      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
405      !!----------------------------------------------------------------------
406      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
407      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
408      REAL(dp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
409      !!
410      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jii, jjj           ! dummy loop indices
411      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, ztmp       ! local scalars
412      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2               ! local logical variables
413      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk)      ::   zhpi, zhpj
414      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
415      !!----------------------------------------------------------------------
416      !
417      IF( ln_wd_il ) ALLOCATE(zcpx(jpi,jpj), zcpy(jpi,jpj))
418      !
419      IF( kt == nit000 ) THEN
420         IF(lwp) WRITE(numout,*)
421         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
422         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OCE original scheme used'
423      ENDIF
424      !
425      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
426      !
427      IF( ln_wd_il ) THEN
428        DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
429          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)               ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
430               &    MAX( -ht_0(ji,jj)               , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
431               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) +  ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
432               &                                                       > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
433          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)              -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (       &
434               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
435               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
436
437          IF(ll_tmp1) THEN
438            zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
439          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
440            ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
441            zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
442                        &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
443          ELSE
444            zcpx(ji,jj) = 0._wp
445          END IF
446   
447          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
448               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
449               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
450               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
451          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
452               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
453               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
454
455          IF(ll_tmp1) THEN
456            zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
457          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
458            ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
459            zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
460                        &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
461          ELSE
462            zcpy(ji,jj) = 0._wp
463          END IF
464        END_2D
465        CALL lbc_lnk( 'dynhpg', zcpx, 'U', 1.0_wp, zcpy, 'V', 1.0_wp )
466      END IF
467      !
468      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )              ! Surface value
469         !                                   ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
470         zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)                      &
471            &          * (  e3w(ji+1,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji+1,jj  ,1)  &
472            &             - e3w(ji  ,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj  ,1)  )
473         zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)                      &
474            &          * (  e3w(ji  ,jj+1,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj+1,1)  &
475            &             - e3w(ji  ,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj  ,1)  )
476         !                                   ! s-coordinate pressure gradient correction
477         zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
478            &           * ( gde3w(ji+1,jj,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
479         zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
480            &           * ( gde3w(ji,jj+1,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
481         !
482         IF( ln_wd_il ) THEN
483            zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
484            zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
485            zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
486            zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
487         ENDIF
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_2D
492      !
493      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )    ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
494         !                                   ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
495         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)                         &
496            &           * (  e3w(ji+1,jj,jk,Kmm) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )  &
497            &              - e3w(ji  ,jj,jk,Kmm) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  )
498         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)                         &
499            &           * (  e3w(ji,jj+1,jk,Kmm) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )  &
500            &              - e3w(ji,jj  ,jk,Kmm) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  )
501         !                                   ! s-coordinate pressure gradient correction
502         zuap = -zcoef0 * ( rhd  (ji+1,jj  ,jk) + rhd  (ji,jj,jk) ) &
503            &           * ( gde3w(ji+1,jj  ,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) * r1_e1u(ji,jj)
504         zvap = -zcoef0 * ( rhd  (ji  ,jj+1,jk) + rhd  (ji,jj,jk) ) &
505            &           * ( gde3w(ji  ,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) * r1_e2v(ji,jj)
506         !
507         IF( ln_wd_il ) THEN
508            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
509            zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
510            zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
511            zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
512         ENDIF
513         !
514         ! add to the general momentum trend
515         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
516         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
517      END_3D
518      !
519      IF( ln_wd_il )  DEALLOCATE( zcpx , zcpy )
520      !
521   END SUBROUTINE hpg_sco
522
523
524   SUBROUTINE hpg_isf( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
525      !!---------------------------------------------------------------------
526      !!                  ***  ROUTINE hpg_isf  ***
527      !!
528      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
529      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
530      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
531      !!      density gradient along the model level from the suface to that
532      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
533      !!      to the horizontal pressure gradient :
534      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
535      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
536      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
537      !!         puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
538      !!         pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
539      !!      iceload is added
540      !!     
541      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
542      !!----------------------------------------------------------------------
543      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
544      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
545      REAL(dp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
546      !!
547      INTEGER  ::   ji, jj, jk             ! dummy loop indices
548      INTEGER  ::   ikt ,  ikti1,  iktj1   ! local integer
549      REAL(wp) ::   ze3w, ze3wi1, ze3wj1   ! local scalars
550      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap     !   -      -
551      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk ) ::  zhpi, zhpj
552      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpts) ::  zts_top
553      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)      ::  zrhdtop_oce
554      !!----------------------------------------------------------------------
555      !
556      zcoef0 = - grav * 0.5_wp   ! Local constant initialization
557      !
558      !                          ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
559      zhpi(:,:,:) = 0._wp   ;   zhpj(:,:,:) = 0._wp
560
561      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
562      ! usefull to reduce residual current in the test case ISOMIP with no melting
563      DO ji = 1, jpi
564        DO jj = 1, jpj
565          ikt = mikt(ji,jj)
566          zts_top(ji,jj,1) = ts(ji,jj,ikt,1,Kmm)
567          zts_top(ji,jj,2) = ts(ji,jj,ikt,2,Kmm)
568        END DO
569      END DO
570      CALL eos( zts_top, risfdep, zrhdtop_oce )
571
572      !                     !===========================!
573      !                     !=====  surface value  =====!
574      !                     !===========================!
575      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
576         ikt   = mikt(ji  ,jj  )   ;   ze3w   = e3w(ji  ,jj  ,ikt  ,Kmm)
577         ikti1 = mikt(ji+1,jj  )   ;   ze3wi1 = e3w(ji+1,jj  ,ikti1,Kmm)
578         iktj1 = mikt(ji  ,jj+1)   ;   ze3wj1 = e3w(ji  ,jj+1,iktj1,Kmm)
579         !                          ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
580         !                          ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
581         zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * (   risfload(ji+1,jj) - risfload(ji,jj)  &
582            &                                       + 0.5_wp * ( ze3wi1 * ( rhd(ji+1,jj,ikti1) + zrhdtop_oce(ji+1,jj) )     &
583            &                                                  - ze3w   * ( rhd(ji  ,jj,ikt  ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj) ) )   )
584         zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * (   risfload(ji,jj+1) - risfload(ji,jj)  &
585            &                                       + 0.5_wp * ( ze3wj1 * ( rhd(ji,jj+1,iktj1) + zrhdtop_oce(ji,jj+1) )      &
586            &                                                  - ze3w   * ( rhd(ji,jj  ,ikt  ) + zrhdtop_oce(ji,jj  ) ) )   ) 
587         !                          ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
588         zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
589            &           * ( gde3w(ji+1,jj,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
590         zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
591            &           * ( gde3w(ji,jj+1,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
592         !                          ! add to the general momentum trend
593         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
594         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
595      END_2D
596      !   
597      !                     !=============================!
598      !                     !=====  interior values  =====!
599      !                     !=============================!
600      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
601         ze3w   = e3w(ji  ,jj  ,jk,Kmm)
602         ze3wi1 = e3w(ji+1,jj  ,jk,Kmm)
603         ze3wj1 = e3w(ji  ,jj+1,jk,Kmm)
604         !                          ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
605         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
606            &           * (  ze3wi1 * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) ) * wmask(ji+1,jj,jk)   &
607            &              - ze3w   * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) ) * wmask(ji  ,jj,jk)   )
608         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
609            &           * (  ze3wj1 * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) ) * wmask(ji,jj+1,jk)   &
610            &              - ze3w   * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) ) * wmask(ji,jj  ,jk)   )
611         !                          ! s-coordinate pressure gradient correction
612         zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )   &
613            &           * ( gde3w(ji+1,jj  ,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
614         zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )   &
615            &           * ( gde3w(ji  ,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
616         !                          ! add to the general momentum trend
617         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + (zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
618         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + (zhpj(ji,jj,jk) + zvap) * vmask(ji,jj,jk)
619      END_3D
620      !
621   END SUBROUTINE hpg_isf
622
623
624   SUBROUTINE hpg_djc( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
625      !!---------------------------------------------------------------------
626      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
627      !!
628      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
629      !!
630      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
631      !!----------------------------------------------------------------------
632      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
633      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
634      REAL(dp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
635      !!
636      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
637      INTEGER  ::   iktb, iktt          ! jk indices at tracer points for top and bottom points
638      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
639      REAL(wp) ::   z_grav_10, z1_12
640      REAL(wp) ::   cffu, cffx          !    "         "
641      REAL(wp) ::   cffv, cffy          !    "         "
642      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2    ! local logical variables
643      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zhpi, zhpj
644 
645      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zdzx, zdzy, zdzz                          ! Primitive grid differences ('delta_xyz')
646      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zdz_i, zdz_j, zdz_k                       ! Harmonic average of primitive grid differences ('d_xyz')
647      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zdrhox, zdrhoy, zdrhoz                    ! Primitive rho differences ('delta_rho')
648      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zdrho_i, zdrho_j, zdrho_k                 ! Harmonic average of primitive rho differences ('d_rho')
649      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   z_rho_i, z_rho_j, z_rho_k                 ! Face intergrals
650      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zz_dz_i, zz_dz_j, zz_drho_i, zz_drho_j    ! temporary arrays
651      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
652      !!----------------------------------------------------------------------
653      !
654      IF( ln_wd_il ) THEN
655         ALLOCATE( zcpx(jpi,jpj) , zcpy(jpi,jpj) )
656        DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
657          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
658               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
659               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
660               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
661          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
662               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
663               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
664          IF(ll_tmp1) THEN
665            zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
666          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
667            ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
668            zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
669                        &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
670          ELSE
671            zcpx(ji,jj) = 0._wp
672          END IF
673   
674          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
675               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
676               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
677               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
678          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
679               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
680               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
681
682          IF(ll_tmp1) THEN
683            zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
684          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
685            ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
686            zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
687                        &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
688          ELSE
689            zcpy(ji,jj) = 0._wp
690          END IF
691        END_2D
692        CALL lbc_lnk( 'dynhpg', zcpx, 'U', 1.0_wp, zcpy, 'V', 1.0_wp )
693      END IF
694
695      IF( kt == nit000 ) THEN
696         IF(lwp) WRITE(numout,*)
697         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
698         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
699      ENDIF
700
701      ! Local constant initialization
702      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
703      z_grav_10  = grav / 10._wp
704      z1_12  = 1.0_wp / 12._wp
705
706      !----------------------------------------------------------------------------------------
707      !  1. compute and store elementary vertical differences in provisional arrays
708      !----------------------------------------------------------------------------------------
709
710!!bug gm   Not a true bug, but... zdzz=e3w  for zdzx, zdzy verify what it is really
711
712      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpkm1 ) 
713         zdrhoz(ji,jj,jk) =   rhd    (ji  ,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1)
714         zdzz  (ji,jj,jk) = - gde3w(ji  ,jj  ,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1)
715      END_3D
716
717      !-------------------------------------------------------------------------
718      ! 2. compute harmonic averages for vertical differences using eq. 5.18
719      !-------------------------------------------------------------------------
720      zep = 1.e-15
721
722!! mb zdrho_k, zdz_k, zdrho_i, zdz_i, zdrho_j, zdz_j re-centred about the point (ji,jj,jk)
723      zdrho_k(:,:,:) = 0._wp
724      zdz_k  (:,:,:) = 0._wp
725
726      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpk-2 ) 
727         cffw = 2._wp * zdrhoz(ji  ,jj  ,jk) * zdrhoz(ji,jj,jk+1)
728         IF( cffw > zep) THEN
729            zdrho_k(ji,jj,jk) = cffw / ( zdrhoz(ji,jj,jk) + zdrhoz(ji,jj,jk+1) )
730         ENDIF
731         zdz_k(ji,jj,jk) = 2._wp *   zdzz(ji,jj,jk) * zdzz(ji,jj,jk+1)   &
732            &                  / ( zdzz(ji,jj,jk) + zdzz(ji,jj,jk+1) )
733      END_3D
734
735      !----------------------------------------------------------------------------------
736      ! 3. apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
737      !----------------------------------------------------------------------------------
738
739! mb for sea-ice shelves we will need to re-write this upper boundary condition in the same form as the lower boundary condition
740      zdrho_k(:,:,1) = aco_bc_vrt * ( rhd    (:,:,2) - rhd    (:,:,1) ) - bco_bc_vrt * zdrho_k(:,:,2)
741      zdz_k  (:,:,1) = aco_bc_vrt * (-gde3w(:,:,2) + gde3w(:,:,1) ) - bco_bc_vrt * zdz_k  (:,:,2)
742
743      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
744         IF ( mbkt(ji,jj)>1 ) THEN
745            iktb = mbkt(ji,jj)
746            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)
747            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) 
748         END IF
749      END_2D
750
751      !--------------------------------------------------------------
752      ! 4. Compute side face integrals
753      !-------------------------------------------------------------
754
755!! ssh replaces e3w_n ; gde3w is a depth; the formulae involve heights 
756!! rho_k stores grav * FX / rho_0 
757
758      !--------------------------------------------------------------
759      ! 4. a) Upper half of top-most grid box, compute and store
760      !-------------------------------------------------------------
761! *** AY note: ssh(ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) = e3w(ji,jj,1,Kmm)
762      DO_2D( 0, 1, 0, 1)
763         z_rho_k(ji,jj,1) =  grav * ( ssh(ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) )                        & 
764            &                     * (  rhd(ji,jj,1)                                        &
765            &                     + 0.5_wp * (   rhd    (ji,jj,2) - rhd    (ji,jj,1) ) &
766            &                              * (   ssh   (ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) )          &
767            &                              / ( - gde3w(ji,jj,2) + gde3w(ji,jj,1) )  )
768      END_2D
769
770      !--------------------------------------------------------------
771      ! 4. b) Interior faces, compute and store
772      !-------------------------------------------------------------
773
774      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 2, jpkm1 )
775         z_rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * (   rhd    (ji,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk-1) )                                   &
776            &                       * ( - gde3w(ji,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1) )                                               &
777            &                       + z_grav_10 * (                                                                           &
778            &     (   zdrho_k  (ji,jj,jk) - zdrho_k  (ji,jj,jk-1) )                                                           &
779            &   * ( - gde3w(ji,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( zdz_k  (ji,jj,jk) + zdz_k  (ji,jj,jk-1) ) )             &
780            &   - ( zdz_k    (ji,jj,jk) - zdz_k    (ji,jj,jk-1) )                                                             &
781            &   * ( rhd    (ji,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( zdrho_k(ji,jj,jk) + zdrho_k(ji,jj,jk-1) ) )   &
782            &                             )
783      END_3D
784
785      !----------------------------------------------------------------------------------------
786      !  5. compute and store elementary horizontal differences in provisional arrays
787      !----------------------------------------------------------------------------------------
788
789      DO_3D( 1, 0, 1, 0, 1, jpkm1 )
790         zdrhox(ji,jj,jk) =   rhd    (ji+1,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk  )
791         zdzx  (ji,jj,jk) = - gde3w(ji+1,jj  ,jk) + gde3w(ji,jj,jk  )
792         zdrhoy(ji,jj,jk) =   rhd    (ji  ,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk  )
793         zdzy  (ji,jj,jk) = - gde3w(ji  ,jj+1,jk) + gde3w(ji,jj,jk  )
794      END_3D
795
796      CALL lbc_lnk( 'dynhpg', zdrhox, 'U', 1._wp, zdzx, 'U', 1._wp, zdrhoy, 'V', 1._wp, zdzy, 'V', 1._wp ) 
797
798      !-------------------------------------------------------------------------
799      ! 6. compute harmonic averages using eq. 5.18
800      !-------------------------------------------------------------------------
801
802      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 1, jpkm1 )
803         cffu = 2._wp * zdrhox(ji-1,jj  ,jk) * zdrhox(ji,jj,jk  )
804         IF( cffu > zep ) THEN
805            zdrho_i(ji,jj,jk) = cffu / ( zdrhox(ji-1,jj,jk) + zdrhox(ji,jj,jk) )
806         ELSE
807            zdrho_i(ji,jj,jk ) = 0._wp
808         ENDIF
809
810         cffx = 2._wp * zdzx  (ji-1,jj  ,jk) * zdzx  (ji,jj,jk  )
811         IF( cffx > zep ) THEN
812            zdz_i(ji,jj,jk) = cffx / ( zdzx(ji-1,jj,jk) + zdzx(ji,jj,jk) )
813         ELSE
814            zdz_i(ji,jj,jk) = 0._wp
815         ENDIF
816
817         cffv = 2._wp * zdrhoy(ji  ,jj-1,jk) * zdrhoy(ji,jj,jk  )
818         IF( cffv > zep ) THEN
819            zdrho_j(ji,jj,jk) = cffv / ( zdrhoy(ji,jj-1,jk) + zdrhoy(ji,jj,jk) )
820         ELSE
821            zdrho_j(ji,jj,jk) = 0._wp
822         ENDIF
823
824         cffy = 2._wp * zdzy  (ji  ,jj-1,jk) * zdzy  (ji,jj,jk  )
825         IF( cffy > zep ) THEN
826            zdz_j(ji,jj,jk) = cffy / ( zdzy(ji,jj-1,jk) + zdzy(ji,jj,jk) )
827         ELSE
828            zdz_j(ji,jj,jk) = 0._wp
829         ENDIF
830      END_3D
831     
832!!! Note that zdzx, zdzy, zdzz, zdrhox, zdrhoy and zdrhoz should NOT be used beyond this point     
833
834      !----------------------------------------------------------------------------------
835      ! 6B. apply boundary conditions at side boundaries using 5.36-5.37
836      !----------------------------------------------------------------------------------
837
838      DO jk = 1, jpkm1
839         zz_drho_i(:,:) = zdrho_i(:,:,jk)
840         zz_dz_i  (:,:) = zdz_i  (:,:,jk)
841         zz_drho_j(:,:) = zdrho_j(:,:,jk)
842         zz_dz_j  (:,:) = zdz_j  (:,:,jk)
843         DO_2D( 0, 1, 0, 1)
844            ! Walls coming from left: should check from 2 to jpi-1 (and jpj=2-jpj)
845            IF (ji < jpi) THEN
846               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 
847                  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) 
848                  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)
849               END IF
850            END IF
851            ! Walls coming from right: should check from 3 to jpi (and jpj=2-jpj)
852            IF (ji > 2) THEN
853               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
854                  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) 
855                  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)
856               END IF
857            END IF
858            ! Walls coming from left: should check from 2 to jpj-1 (and jpi=2-jpi)
859            IF (jj < jpj) THEN
860               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
861                  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)
862                  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)
863               END IF
864            END IF 
865            ! Walls coming from right: should check from 3 to jpj (and jpi=2-jpi)
866            IF (jj > 2) THEN
867               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
868                  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) 
869                  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)
870               END IF
871            END IF
872         END_2D
873         zdrho_i(:,:,jk) = zz_drho_i(:,:)
874         zdz_i  (:,:,jk) = zz_dz_i  (:,:)
875         zdrho_j(:,:,jk) = zz_drho_j(:,:)
876         zdz_j  (:,:,jk) = zz_dz_j  (:,:)
877      END DO
878
879      !--------------------------------------------------------------
880      ! 7. Calculate integrals on side faces 
881      !-------------------------------------------------------------
882
883      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
884! two -ve signs cancel in next two lines (within zcoef0 and because gde3w is a depth not a height)
885         z_rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                       &
886             &                    * ( gde3w(ji+1,jj,jk) - gde3w(ji,jj,jk) )                                   
887         IF ( umask(ji-1, jj, jk) > 0.5 .OR. umask(ji+1, jj, jk) > 0.5 ) THEN
888            z_rho_i(ji,jj,jk) = z_rho_i(ji,jj,jk) - z_grav_10 * (                                                               &
889             &     (   zdrho_i  (ji+1,jj,jk) - zdrho_i  (ji,jj,jk) )                                                            &
890             &   * ( - gde3w(ji+1,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdz_i  (ji+1,jj,jk) + zdz_i  (ji,jj,jk) ) )              &
891             &   - (   zdz_i    (ji+1,jj,jk) - zdz_i    (ji,jj,jk) )                                                            &
892             &   * (   rhd    (ji+1,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdrho_i(ji+1,jj,jk) + zdrho_i(ji,jj,jk) ) )  &
893             &                                               )
894         END IF
895 
896         z_rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                       &
897             &                    * ( gde3w(ji,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) )                                 
898         IF ( vmask(ji, jj-1, jk) > 0.5 .OR. vmask(ji, jj+1, jk) > 0.5 ) THEN
899            z_rho_j(ji,jj,jk) = z_rho_j(ji,jj,jk) - z_grav_10 * (                                                               &
900             &     (   zdrho_j  (ji,jj+1,jk) - zdrho_j  (ji,jj,jk) )                                                            &
901             &   * ( - gde3w(ji,jj+1,jk) + gde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdz_j  (ji,jj+1,jk) + zdz_j  (ji,jj,jk) ) )              &
902             &   - (   zdz_j    (ji,jj+1,jk) - zdz_j    (ji,jj,jk) )                                                            &
903             &   * (   rhd    (ji,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdrho_j(ji,jj+1,jk) + zdrho_j(ji,jj,jk) ) )  &
904             &                                                 )
905         END IF
906      END_3D
907
908      !--------------------------------------------------------------
909      ! 8. Integrate in the vertical   
910      !-------------------------------------------------------------
911      !
912      ! ---------------
913      !  Surface value
914      ! ---------------
915      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
916         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)
917         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)
918         IF( ln_wd_il ) THEN
919           zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
920           zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
921         ENDIF
922         ! add to the general momentum trend
923         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1)
924         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1)
925      END_2D
926
927      ! ----------------
928      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
929      ! ----------------
930      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
931         ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
932         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                                     &
933            &           + (  ( z_rho_k(ji,jj,jk) - z_rho_k(ji+1,jj,jk  ) )                     &
934            &              - ( z_rho_i(ji,jj,jk) - z_rho_i(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
935         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                                     &
936            &           + (  ( z_rho_k(ji,jj,jk) - z_rho_k(ji,jj+1,jk  ) )                     &
937            &               -( z_rho_j(ji,jj,jk) - z_rho_j(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
938         IF( ln_wd_il ) THEN
939           zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
940           zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
941         ENDIF
942         ! add to the general momentum trend
943         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk)
944         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk)
945      END_3D
946      !
947      IF( ln_wd_il )   DEALLOCATE( zcpx, zcpy )
948      !
949   END SUBROUTINE hpg_djc
950
951
952   SUBROUTINE hpg_prj( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
953      !!---------------------------------------------------------------------
954      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
955      !!
956      !! ** Method  :   s-coordinate case.
957      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
958      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
959      !!      all vertical coordinate systems
960      !!
961      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
962      !!----------------------------------------------------------------------
963      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
964      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
965      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
966      REAL(dp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
967      !!
968      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
969      REAL(wp) ::   zcoef0, znad                    ! local scalars
970      !
971      !! The local variables for the correction term
972      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
973      LOGICAL  :: ll_tmp1, ll_tmp2                  ! local logical variables
974      REAL(wp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
975      REAL(wp) :: zrhdt1
976      REAL(wp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
977      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zpgu, zpgv   ! 2D workspace
978      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zsshu_n, zsshv_n
979      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zdept, zrhh
980      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp
981      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
982      !!----------------------------------------------------------------------
983      !
984      IF( kt == nit000 ) THEN
985         IF(lwp) WRITE(numout,*)
986         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
987         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
988      ENDIF
989
990      ! Local constant initialization
991      zcoef0 = - grav
992      znad = 1._wp
993      IF( ln_linssh )   znad = 1._wp
994      !
995      ! ---------------
996      !  Surface pressure gradient to be removed
997      ! ---------------
998      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
999         zpgu(ji,jj) = - grav * ( ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm) ) * r1_e1u(ji,jj)
1000         zpgv(ji,jj) = - grav * ( ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm) ) * r1_e2v(ji,jj)
1001      END_2D
1002      !
1003      IF( ln_wd_il ) THEN
1004         ALLOCATE( zcpx(jpi,jpj) , zcpy(jpi,jpj) )
1005         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1006          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
1007               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
1008               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
1009               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1010          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (         &
1011               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
1012               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
1013
1014          IF(ll_tmp1) THEN
1015            zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
1016          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
1017            ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
1018            zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
1019                        &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
1020           
1021             zcpx(ji,jj) = max(min( zcpx(ji,jj) , 1.0_wp),0.0_wp)
1022          ELSE
1023            zcpx(ji,jj) = 0._wp
1024          END IF
1025   
1026          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
1027               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
1028               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
1029               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1030          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (      &
1031               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
1032               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
1033
1034          IF(ll_tmp1) THEN
1035            zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
1036          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
1037            ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
1038            zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
1039                        &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
1040             zcpy(ji,jj) = max(min( zcpy(ji,jj) , 1.0_wp),0.0_wp)
1041
1042            ELSE
1043               zcpy(ji,jj) = 0._wp
1044            ENDIF
1045         END_2D
1046         CALL lbc_lnk( 'dynhpg', zcpx, 'U', 1.0_wp, zcpy, 'V', 1.0_wp )
1047      ENDIF
1048
1049      ! Clean 3-D work arrays
1050      zhpi(:,:,:) = 0._wp
1051      zrhh(:,:,:) = rhd(:,:,:)
1052
1053      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
1054      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1055       jk = mbkt(ji,jj)
1056       IF(     jk <=  1   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,    :   ) = 0._wp
1057       ELSEIF( jk ==  2   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
1058       ELSEIF( jk < jpkm1 ) THEN
1059          DO jkk = jk+1, jpk
1060             zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(CASTWP(gde3w(ji,jj,jkk  )), CASTWP(gde3w(ji,jj,jkk-1)),   &
1061                &                      CASTWP(gde3w(ji,jj,jkk-2)), zrhh (ji,jj,jkk-1), zrhh(ji,jj,jkk-2))
1062          END DO
1063       ENDIF
1064      END_2D
1065
1066      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1067      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1068         zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm)
1069      END_2D
1070
1071      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpk )
1072         zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + e3w(ji,jj,jk,Kmm)
1073      END_3D
1074
1075      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1076      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1077
1078      ! Construct the vertical density profile with the
1079      ! constrained cubic spline interpolation
1080      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1081      CALL cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1082
1083      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1084      DO_2D( 0, 1, 0, 1 )
1085       zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3( zdept(ji,jj,1), asp(ji,jj,1), bsp(ji,jj,1),  &
1086          &                                              csp(ji,jj,1), dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm)
1087
1088       ! assuming linear profile across the top half surface layer
1089       zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm) * zrhdt1
1090      END_2D
1091
1092      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1093      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 2, jpkm1 )
1094      zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                                  &
1095         &             integ_spline( zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),   &
1096         &                           asp  (ji,jj,jk-1), bsp  (ji,jj,jk-1), &
1097         &                           csp  (ji,jj,jk-1), dsp  (ji,jj,jk-1)  )
1098      END_3D
1099
1100      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1101
1102      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1103      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1104!!gm BUG ?    if it is ssh at u- & v-point then it should be:
1105!          zsshu_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2t(ji+1,jj) * ssh(ji+1,jj,Kmm)) * &
1106!                         & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1107!          zsshv_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2t(ji,jj+1) * ssh(ji,jj+1,Kmm)) * &
1108!                         & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1109!!gm not this:
1110       zsshu_n(ji,jj) = (e1e2u(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2u(ji+1, jj) * ssh(ji+1,jj,Kmm)) * &
1111                      & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1112       zsshv_n(ji,jj) = (e1e2v(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2v(ji+1, jj) * ssh(ji,jj+1,Kmm)) * &
1113                      & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1114      END_2D
1115
1116      CALL lbc_lnk ('dynhpg', zsshu_n, 'U', 1.0_wp, zsshv_n, 'V', 1.0_wp )
1117
1118      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1119       zu(ji,jj,1) = - ( e3u(ji,jj,1,Kmm) - zsshu_n(ji,jj) ) 
1120       zv(ji,jj,1) = - ( e3v(ji,jj,1,Kmm) - zsshv_n(ji,jj) )
1121      END_2D
1122
1123      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
1124      zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1) - e3u(ji,jj,jk,Kmm)
1125      zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1) - e3v(ji,jj,jk,Kmm)
1126      END_3D
1127
1128      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1129      zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3u(ji,jj,jk,Kmm)
1130      zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3v(ji,jj,jk,Kmm)
1131      END_3D
1132
1133      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1134      zu(ji,jj,jk) = MIN(  zu(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1135      zu(ji,jj,jk) = MAX(  zu(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1136      zv(ji,jj,jk) = MIN(  zv(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1137      zv(ji,jj,jk) = MAX(  zv(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1138      END_3D
1139
1140
1141      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1142      zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1143      zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1144      zuijk = zu(ji,jj,jk)
1145      zvijk = zv(ji,jj,jk)
1146
1147      !!!!!     for u equation
1148      IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1149         IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1150           jis = ji + 1; jid = ji
1151         ELSE
1152           jis = ji;     jid = ji +1
1153         ENDIF
1154
1155         ! integrate the pressure on the shallow side
1156         jk1 = jk
1157         DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1158           IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1159             zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1160             EXIT
1161           ENDIF
1162           zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1163           zpwes = zpwes +                                    &
1164                integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1165                       asp(jis,jj,jk1),    bsp(jis,jj,jk1), &
1166                       csp(jis,jj,jk1),    dsp(jis,jj,jk1))
1167           jk1 = jk1 + 1
1168         END DO
1169
1170         ! integrate the pressure on the deep side
1171         jk1 = jk
1172         DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1173           IF( jk1 == 1 ) THEN
1174             zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, ssh(jid,jj,Kmm)*znad)
1175             zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1176                                               bsp(jid,jj,1),   csp(jid,jj,1), &
1177                                               dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1178             zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1179             EXIT
1180           ENDIF
1181           zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1182           zpwed = zpwed +                                        &
1183                  integ_spline(zdeps,              zdept(jid,jj,jk1), &
1184                         asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1185                         csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1186           jk1 = jk1 - 1
1187         END DO
1188
1189         ! update the momentum trends in u direction
1190
1191         zdpdx1 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * ( zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1192         IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1193           zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * &
1194              &    ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (ssh(ji+1,jj,Kmm)-ssh(ji,jj,Kmm)) )
1195          ELSE
1196           zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1197         ENDIF
1198         IF( ln_wd_il ) THEN
1199            zdpdx1 = zdpdx1 * zcpx(ji,jj) * wdrampu(ji,jj)
1200            zdpdx2 = zdpdx2 * zcpx(ji,jj) * wdrampu(ji,jj)
1201         ENDIF
1202         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + (zdpdx1 + zdpdx2 - zpgu(ji,jj)) * umask(ji,jj,jk) 
1203      ENDIF
1204
1205      !!!!!     for v equation
1206      IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
1207         IF( -zdept(ji,jj+1,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1208           jjs = jj + 1; jjd = jj
1209         ELSE
1210           jjs = jj    ; jjd = jj + 1
1211         ENDIF
1212
1213         ! integrate the pressure on the shallow side
1214         jk1 = jk
1215         DO WHILE ( -zdept(ji,jjs,jk1) > zvijk )
1216           IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
1217             zvijk = -zdept(ji,jjs,jk1)
1218             EXIT
1219           ENDIF
1220           zdeps = MIN(zdept(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
1221           zpnss = zpnss +                                      &
1222                  integ_spline(zdept(ji,jjs,jk1), zdeps,            &
1223                         asp(ji,jjs,jk1),    bsp(ji,jjs,jk1), &
1224                         csp(ji,jjs,jk1),    dsp(ji,jjs,jk1) )
1225           jk1 = jk1 + 1
1226         END DO
1227
1228         ! integrate the pressure on the deep side
1229         jk1 = jk
1230         DO WHILE ( -zdept(ji,jjd,jk1) < zvijk )
1231           IF( jk1 == 1 ) THEN
1232             zdeps = zdept(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, ssh(ji,jjd,Kmm)*znad)
1233             zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdept(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
1234                                               bsp(ji,jjd,1),   csp(ji,jjd,1), &
1235                                               dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
1236             zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
1237             EXIT
1238           ENDIF
1239           zdeps = MAX(zdept(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
1240           zpnsd = zpnsd +                                        &
1241                  integ_spline(zdeps,              zdept(ji,jjd,jk1), &
1242                         asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1), &
1243                         csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
1244           jk1 = jk1 - 1
1245         END DO
1246
1247
1248         ! update the momentum trends in v direction
1249
1250         zdpdy1 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * ( zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1251         IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1252            zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * &
1253                    ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (ssh(ji,jj+1,Kmm)-ssh(ji,jj,Kmm)) )
1254         ELSE
1255            zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1256         ENDIF
1257         IF( ln_wd_il ) THEN
1258            zdpdy1 = zdpdy1 * zcpy(ji,jj) * wdrampv(ji,jj) 
1259            zdpdy2 = zdpdy2 * zcpy(ji,jj) * wdrampv(ji,jj) 
1260         ENDIF
1261
1262         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + (zdpdy1 + zdpdy2 - zpgv(ji,jj)) * vmask(ji,jj,jk)
1263      ENDIF
1264         !
1265      END_3D
1266      !
1267      IF( ln_wd_il )   DEALLOCATE( zcpx, zcpy )
1268      !
1269   END SUBROUTINE hpg_prj
1270
1271
1272   SUBROUTINE cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1273      !!----------------------------------------------------------------------
1274      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1275      !!
1276      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1277      !!
1278      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1279      !!
1280      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1281      !!----------------------------------------------------------------------
1282      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   fsp, xsp           ! value and coordinate
1283      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of the interpoated function
1284      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   polynomial_type    ! 1: cubic spline   ;   2: Linear
1285      !
1286      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1287      INTEGER  ::   jpi, jpj, jpkm1
1288      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1289      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1290      REAL(wp) ::   zdf(size(fsp,3))
1291      !!----------------------------------------------------------------------
1292      !
1293!!gm  WHAT !!!!!   THIS IS VERY DANGEROUS !!!!! 
1294      jpi   = size(fsp,1)
1295      jpj   = size(fsp,2)
1296      jpkm1 = MAX( 1, size(fsp,3) - 1 )
1297      !
1298      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1299         DO ji = 1, jpi
1300            DO jj = 1, jpj
1301           !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1302           !    DO jk = 2, jpkm1-1
1303           !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1304           !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1305           !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1306           !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1307           !
1308           !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1309           !
1310           !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1311           !           zdf(jk) = 0._wp
1312           !       ELSE
1313           !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1314           !       ENDIF
1315           !    END DO
1316
1317           !!Simply geometric average
1318               DO jk = 2, jpkm1-1
1319                  zdf1 = (fsp(ji,jj,jk  ) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk  ) - xsp(ji,jj,jk-1))
1320                  zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk  )) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk  ))
1321
1322                  IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1323                     zdf(jk) = 0._wp
1324                  ELSE
1325                     zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1326                  ENDIF
1327               END DO
1328
1329               zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1330                          &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) )           -  0.5_wp * zdf(2)
1331               zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1332                          &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - 0.5_wp * zdf(jpkm1 - 1)
1333
1334               DO jk = 1, jpkm1 - 1
1335                 zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1336                 ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1337                 ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1338                 zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1339                 ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1340                 zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1341
1342                 dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1343                 csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1344                 bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1345                               & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1346                               & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1347                               &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1348                 asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1349                               &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1350                               &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1351               END DO
1352            END DO
1353         END DO
1354
1355      ELSEIF ( polynomial_type == 2 ) THEN     ! Linear
1356         DO ji = 1, jpi
1357            DO jj = 1, jpj
1358               DO jk = 1, jpkm1-1
1359                  zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1360                  ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1361
1362                  dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1363                  csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1364                  bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1365                  asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1366               END DO
1367            END DO
1368         END DO
1369         !
1370      ELSE
1371         CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1372      ENDIF
1373      !
1374   END SUBROUTINE cspline
1375
1376
1377   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1378      !!----------------------------------------------------------------------
1379      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1380      !!
1381      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1382      !!
1383      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1384      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1385      !!----------------------------------------------------------------------
1386      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1387      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1388      REAL(wp)             ::  zdeltx
1389      !!----------------------------------------------------------------------
1390      !
1391      zdeltx = xr - xl
1392      IF( abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x) ) THEN
1393         f = 0.5_wp * (fl + fr)
1394      ELSE
1395         f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1396      ENDIF
1397      !
1398   END FUNCTION interp1
1399
1400
1401   FUNCTION interp2( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1402      !!----------------------------------------------------------------------
1403      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1404      !!
1405      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1406      !!
1407      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1408      !!
1409      !!----------------------------------------------------------------------
1410      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1411      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1412      !!----------------------------------------------------------------------
1413      !
1414      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1415      !
1416   END FUNCTION interp2
1417
1418
1419   FUNCTION interp3( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1420      !!----------------------------------------------------------------------
1421      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1422      !!
1423      !! ** Purpose :   Calculate the first order of derivative of
1424      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1425      !!
1426      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1427      !!
1428      !!----------------------------------------------------------------------
1429      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1430      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1431      !!----------------------------------------------------------------------
1432      !
1433      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1434      !
1435   END FUNCTION interp3
1436
1437
1438   FUNCTION integ_spline( xl, xr, a, b, c, d )  RESULT(f)
1439      !!----------------------------------------------------------------------
1440      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1441      !!
1442      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1443      !!
1444      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1445      !!
1446      !!----------------------------------------------------------------------
1447      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1448      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3
1449      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1450      !!----------------------------------------------------------------------
1451      !
1452      za1 = 0.5_wp * b
1453      za2 = c / 3.0_wp
1454      za3 = 0.25_wp * d
1455      !
1456      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1457         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1458      !
1459   END FUNCTION integ_spline
1460
1461   !!======================================================================
1462END MODULE dynhpg
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.