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/2021/dev_r14116_HPC-10_mcastril_Mixed_Precision_implementation/src/OCE/DYN – NEMO

source: NEMO/branches/2021/dev_r14116_HPC-10_mcastril_Mixed_Precision_implementation/src/OCE/DYN/dynhpg.F90 @ 15540

Last change on this file since 15540 was 15540, checked in by sparonuz, 3 years ago

Mixed precision version, tested up to 30 years on ORCA2.

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 76.0 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(dp), 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=puu(:,:,:,Krhs), clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
134         &                                  tab3d_2=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(dp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::  zts_top, zrhd   ! hypothesys on isf density
158      REAL(dp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::  zrhdtop_isf    ! density at bottom of ISF
159      REAL(dp), 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(dp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
269      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls)) ::  zhpi, zhpj
270      !!----------------------------------------------------------------------
271      !
272      IF( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
273         IF( kt == nit000 ) THEN
274            IF(lwp) WRITE(numout,*)
275            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
276            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
277         ENDIF
278      ENDIF
279      !
280      zcoef0 = - grav * 0.5_wp            ! Local constant initialization
281      !
282      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )                 ! Surface value
283         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,1,Kmm)
284         !                                   ! hydrostatic pressure gradient
285         zhpi(ji,jj) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
286         zhpj(ji,jj) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
287         !                                   ! add to the general momentum trend
288         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj)
289         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj)
290      END_2D
291      !
292      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )        ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
293         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,jk,Kmm)
294         !                                   ! hydrostatic pressure gradient
295         zhpi(ji,jj) = zhpi(ji,jj) + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )  &
296            &                                  - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
297
298         zhpj(ji,jj) = zhpj(ji,jj) + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )  &
299            &                                  - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
300         !                                   ! add to the general momentum trend
301         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj)
302         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj)
303      END_3D
304      !
305   END SUBROUTINE hpg_zco
306
307
308   SUBROUTINE hpg_zps( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
309      !!---------------------------------------------------------------------
310      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
311      !!
312      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
313      !!
314      !! ** Action  : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
315      !!----------------------------------------------------------------------
316      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
317      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
318      REAL(dp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
319      !!
320      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
321      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
322      REAL(dp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
323      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk ) :: zhpi, zhpj
324      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpts) :: zgtsu, zgtsv
325      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls)     ) :: zgru, zgrv
326      !!----------------------------------------------------------------------
327      !
328      IF( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
329         IF( kt == nit000 ) THEN
330            IF(lwp) WRITE(numout,*)
331            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
332            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
333         ENDIF
334      ENDIF
335
336      ! Partial steps: Compute NOW horizontal gradient of t, s, rd at the last ocean level
337      CALL zps_hde( kt, Kmm, jpts, ts(:,:,:,:,Kmm), zgtsu, zgtsv, rhd, zgru , zgrv )
338
339      ! Local constant initialization
340      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
341
342      !  Surface value (also valid in partial step case)
343      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
344         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,1,Kmm)
345         ! hydrostatic pressure gradient
346         zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
347         zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
348         ! add to the general momentum trend
349         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1)
350         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1)
351      END_2D
352
353      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
354      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
355         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,jk,Kmm)
356         ! hydrostatic pressure gradient
357         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
358            &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
359            &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
360
361         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
362            &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
363            &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
364         ! add to the general momentum trend
365         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk)
366         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk)
367      END_3D
368
369      ! partial steps correction at the last level  (use zgru & zgrv computed in zpshde.F90)
370      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
371         iku = mbku(ji,jj)
372         ikv = mbkv(ji,jj)
373         zcoef2 = zcoef0 * MIN( e3w(ji,jj,iku,Kmm), e3w(ji+1,jj  ,iku,Kmm) )
374         zcoef3 = zcoef0 * MIN( e3w(ji,jj,ikv,Kmm), e3w(ji  ,jj+1,ikv,Kmm) )
375         IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
376            puu  (ji,jj,iku,Krhs) = puu(ji,jj,iku,Krhs) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
377            zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
378               &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + zgru(ji,jj) ) * r1_e1u(ji,jj)
379            puu  (ji,jj,iku,Krhs) = puu(ji,jj,iku,Krhs) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
380         ENDIF
381         IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
382            pvv  (ji,jj,ikv,Krhs) = pvv(ji,jj,ikv,Krhs) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
383            zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
384               &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + zgrv(ji,jj) ) * r1_e2v(ji,jj)
385            pvv  (ji,jj,ikv,Krhs) = pvv(ji,jj,ikv,Krhs) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
386         ENDIF
387      END_2D
388      !
389   END SUBROUTINE hpg_zps
390
391
392   SUBROUTINE hpg_sco( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
393      !!---------------------------------------------------------------------
394      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
395      !!
396      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
397      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
398      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
399      !!      density gradient along the model level from the suface to that
400      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
401      !!      to the horizontal pressure gradient :
402      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
403      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
404      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
405      !!         puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
406      !!         pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
407      !!
408      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
409      !!----------------------------------------------------------------------
410      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
411      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
412      REAL(dp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
413      !!
414      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jii, jjj           ! dummy loop indices
415      REAL(wp)  :: zcoef0, zuap, zvap! local scalars
416      REAL(dp)  :: ztmp! local scalars
417      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2               ! local logical variables
418      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk)  ::   zhpi, zhpj
419      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
420      !!----------------------------------------------------------------------
421      !
422      IF( ln_wd_il ) ALLOCATE(zcpx(A2D(nn_hls)), zcpy(A2D(nn_hls)))
423      !
424      IF( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
425         IF( kt == nit000 ) THEN
426            IF(lwp) WRITE(numout,*)
427            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
428            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OCE original scheme used'
429         ENDIF
430      ENDIF
431      !
432      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
433      !
434      IF( ln_wd_il ) THEN
435        DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
436          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)               ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
437               &    MAX( -ht_0(ji,jj)               , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
438               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) +  ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
439               &                                                       > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
440          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)              -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (       &
441               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
442               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
443
444          IF(ll_tmp1) THEN
445            zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
446          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
447            ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
448            zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
449                        &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
450          ELSE
451            zcpx(ji,jj) = 0._wp
452          END IF
453   
454          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
455               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
456               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
457               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
458          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
459               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
460               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
461
462          IF(ll_tmp1) THEN
463            zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
464          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
465            ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
466            zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
467                        &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
468          ELSE
469            zcpy(ji,jj) = 0._wp
470          END IF
471        END_2D
472      END IF
473      !
474      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )              ! Surface value
475         !                                   ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
476         zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)                      &
477            &          * (  e3w(ji+1,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji+1,jj  ,1)  &
478            &             - e3w(ji  ,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj  ,1)  )
479         zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)                      &
480            &          * (  e3w(ji  ,jj+1,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj+1,1)  &
481            &             - e3w(ji  ,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj  ,1)  )
482         !                                   ! s-coordinate pressure gradient correction
483         zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
484            &           * ( gde3w(ji+1,jj,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
485         zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
486            &           * ( gde3w(ji,jj+1,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
487         !
488         IF( ln_wd_il ) THEN
489            zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
490            zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
491            zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
492            zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
493         ENDIF
494         !                                   ! add to the general momentum trend
495         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
496         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
497      END_2D
498      !
499      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )    ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
500         !                                   ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
501         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)                         &
502            &           * (  e3w(ji+1,jj,jk,Kmm) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )  &
503            &              - e3w(ji  ,jj,jk,Kmm) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  )
504         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)                         &
505            &           * (  e3w(ji,jj+1,jk,Kmm) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )  &
506            &              - e3w(ji,jj  ,jk,Kmm) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  )
507         !                                   ! s-coordinate pressure gradient correction
508         zuap = -zcoef0 * ( rhd  (ji+1,jj  ,jk) + rhd  (ji,jj,jk) ) &
509            &           * ( gde3w(ji+1,jj  ,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) * r1_e1u(ji,jj)
510         zvap = -zcoef0 * ( rhd  (ji  ,jj+1,jk) + rhd  (ji,jj,jk) ) &
511            &           * ( gde3w(ji  ,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) * r1_e2v(ji,jj)
512         !
513         IF( ln_wd_il ) THEN
514            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
515            zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
516            zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
517            zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
518         ENDIF
519         !
520         ! add to the general momentum trend
521         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
522         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
523      END_3D
524      !
525      IF( ln_wd_il )  DEALLOCATE( zcpx , zcpy )
526      !
527   END SUBROUTINE hpg_sco
528
529
530   SUBROUTINE hpg_isf( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
531      !!---------------------------------------------------------------------
532      !!                  ***  ROUTINE hpg_isf  ***
533      !!
534      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
535      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
536      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
537      !!      density gradient along the model level from the suface to that
538      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
539      !!      to the horizontal pressure gradient :
540      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
541      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
542      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
543      !!         puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
544      !!         pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
545      !!      iceload is added
546      !!     
547      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
548      !!----------------------------------------------------------------------
549      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
550      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
551      REAL(dp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
552      !!
553      INTEGER  ::   ji, jj, jk             ! dummy loop indices
554      INTEGER  ::   ikt ,  ikti1,  iktj1   ! local integer
555      REAL(dp) ::   ze3w, ze3wi1, ze3wj1   ! local scalars
556      REAL(dp) ::   zcoef0, zuap, zvap     !   -      -
557      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk ) ::  zhpi, zhpj
558      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpts) ::  zts_top
559      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls))      ::  zrhdtop_oce
560      !!----------------------------------------------------------------------
561      !
562      zcoef0 = - grav * 0.5_wp   ! Local constant initialization
563      !
564      !                          ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
565      zhpi(:,:,:) = 0._wp   ;   zhpj(:,:,:) = 0._wp
566
567      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
568      ! usefull to reduce residual current in the test case ISOMIP with no melting
569      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
570         ikt = mikt(ji,jj)
571         zts_top(ji,jj,1) = ts(ji,jj,ikt,1,Kmm)
572         zts_top(ji,jj,2) = ts(ji,jj,ikt,2,Kmm)
573      END_2D
574      CALL eos( zts_top, CASTDP(risfdep), zrhdtop_oce )
575
576      !                     !===========================!
577      !                     !=====  surface value  =====!
578      !                     !===========================!
579      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
580         ikt   = mikt(ji  ,jj  )   ;   ze3w   = e3w(ji  ,jj  ,ikt  ,Kmm)
581         ikti1 = mikt(ji+1,jj  )   ;   ze3wi1 = e3w(ji+1,jj  ,ikti1,Kmm)
582         iktj1 = mikt(ji  ,jj+1)   ;   ze3wj1 = e3w(ji  ,jj+1,iktj1,Kmm)
583         !                          ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
584         !                          ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
585         zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * (   risfload(ji+1,jj) - risfload(ji,jj)  &
586            &                                       + 0.5_wp * ( ze3wi1 * ( rhd(ji+1,jj,ikti1) + zrhdtop_oce(ji+1,jj) )     &
587            &                                                  - ze3w   * ( rhd(ji  ,jj,ikt  ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj) ) )   )
588         zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * (   risfload(ji,jj+1) - risfload(ji,jj)  &
589            &                                       + 0.5_wp * ( ze3wj1 * ( rhd(ji,jj+1,iktj1) + zrhdtop_oce(ji,jj+1) )      &
590            &                                                  - ze3w   * ( rhd(ji,jj  ,ikt  ) + zrhdtop_oce(ji,jj  ) ) )   ) 
591         !                          ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
592         zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
593            &           * ( gde3w(ji+1,jj,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
594         zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
595            &           * ( gde3w(ji,jj+1,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
596         !                          ! add to the general momentum trend
597         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
598         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
599      END_2D
600      !   
601      !                     !=============================!
602      !                     !=====  interior values  =====!
603      !                     !=============================!
604      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
605         ze3w   = e3w(ji  ,jj  ,jk,Kmm)
606         ze3wi1 = e3w(ji+1,jj  ,jk,Kmm)
607         ze3wj1 = e3w(ji  ,jj+1,jk,Kmm)
608         !                          ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
609         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
610            &           * (  ze3wi1 * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) ) * wmask(ji+1,jj,jk)   &
611            &              - ze3w   * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) ) * wmask(ji  ,jj,jk)   )
612         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
613            &           * (  ze3wj1 * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) ) * wmask(ji,jj+1,jk)   &
614            &              - ze3w   * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) ) * wmask(ji,jj  ,jk)   )
615         !                          ! s-coordinate pressure gradient correction
616         zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )   &
617            &           * ( gde3w(ji+1,jj  ,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
618         zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )   &
619            &           * ( gde3w(ji  ,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
620         !                          ! add to the general momentum trend
621         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + (zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
622         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + (zhpj(ji,jj,jk) + zvap) * vmask(ji,jj,jk)
623      END_3D
624      !
625   END SUBROUTINE hpg_isf
626
627
628   SUBROUTINE hpg_djc( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
629      !!---------------------------------------------------------------------
630      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
631      !!
632      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
633      !!
634      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
635      !!----------------------------------------------------------------------
636      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
637      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
638      REAL(dp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
639      !!
640      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
641      INTEGER  ::   iktb, iktt          ! jk indices at tracer points for top and bottom points
642      REAL(dp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
643      REAL(dp) ::   z_grav_10, z1_12, z1_cff
644      REAL(dp) ::   cffu, cffx          !    "         "
645      REAL(dp) ::   cffv, cffy          !    "         "
646      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2    ! local logical variables
647      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zhpi, zhpj
648
649      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdzx, zdzy, zdzz                          ! Primitive grid differences ('delta_xyz')
650      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdz_i, zdz_j, zdz_k                       ! Harmonic average of primitive grid differences ('d_xyz')
651      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdrhox, zdrhoy, zdrhoz                    ! Primitive rho differences ('delta_rho')
652      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdrho_i, zdrho_j, zdrho_k                 ! Harmonic average of primitive rho differences ('d_rho')
653      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   z_rho_i, z_rho_j, z_rho_k                 ! Face intergrals
654      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls))     ::   zz_dz_i, zz_dz_j, zz_drho_i, zz_drho_j    ! temporary arrays
655      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
656      !!----------------------------------------------------------------------
657      !
658      IF( ln_wd_il ) THEN
659         ALLOCATE( zcpx(A2D(nn_hls)) , zcpy(A2D(nn_hls)) )
660        DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
661          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
662               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
663               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
664               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
665          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
666               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
667               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
668          IF(ll_tmp1) THEN
669            zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
670          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
671            ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
672            zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
673                        &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
674          ELSE
675            zcpx(ji,jj) = 0._wp
676          END IF
677   
678          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
679               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
680               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
681               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
682          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
683               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
684               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
685
686          IF(ll_tmp1) THEN
687            zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
688          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
689            ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
690            zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
691                        &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
692          ELSE
693            zcpy(ji,jj) = 0._wp
694          END IF
695        END_2D
696      END IF
697
698      IF( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
699         IF( kt == nit000 ) THEN
700            IF(lwp) WRITE(numout,*)
701            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
702            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
703         ENDIF
704      ENDIF
705
706      ! Local constant initialization
707      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
708      z_grav_10  = grav / 10._wp
709      z1_12  = 1.0_wp / 12._wp
710
711      !----------------------------------------------------------------------------------------
712      !  1. compute and store elementary vertical differences in provisional arrays
713      !----------------------------------------------------------------------------------------
714
715!!bug gm   Not a true bug, but... zdzz=e3w  for zdzx, zdzy verify what it is really
716
717      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpkm1 ) 
718         zdrhoz(ji,jj,jk) =   rhd    (ji  ,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1)
719         zdzz  (ji,jj,jk) = - gde3w(ji  ,jj  ,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1)
720      END_3D
721
722      !-------------------------------------------------------------------------
723      ! 2. compute harmonic averages for vertical differences using eq. 5.18
724      !-------------------------------------------------------------------------
725      zep = 1.e-15
726
727!! mb zdrho_k, zdz_k, zdrho_i, zdz_i, zdrho_j, zdz_j re-centred about the point (ji,jj,jk)
728      zdrho_k(:,:,:) = 0._wp
729      zdz_k  (:,:,:) = 0._wp
730
731      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpk-2 )
732         cffw = MAX( 2._wp * zdrhoz(ji,jj,jk) * zdrhoz(ji,jj,jk+1), 0._wp )
733         z1_cff = zdrhoz(ji,jj,jk) + zdrhoz(ji,jj,jk+1)
734         zdrho_k(ji,jj,jk) = cffw / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
735         zdz_k(ji,jj,jk) = 2._wp *   zdzz(ji,jj,jk) * zdzz(ji,jj,jk+1)   &
736            &                  / ( zdzz(ji,jj,jk) + zdzz(ji,jj,jk+1) )
737      END_3D
738
739      !----------------------------------------------------------------------------------
740      ! 3. apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
741      !----------------------------------------------------------------------------------
742
743! mb for sea-ice shelves we will need to re-write this upper boundary condition in the same form as the lower boundary condition
744      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
745         zdrho_k(ji,jj,1) = aco_bc_vrt * ( rhd  (ji,jj,2) - rhd  (ji,jj,1) ) - bco_bc_vrt * zdrho_k(ji,jj,2)
746         zdz_k  (ji,jj,1) = aco_bc_vrt * (-gde3w(ji,jj,2) + gde3w(ji,jj,1) ) - bco_bc_vrt * zdz_k  (ji,jj,2)
747      END_2D
748
749      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
750         IF ( mbkt(ji,jj)>1 ) THEN
751            iktb = mbkt(ji,jj)
752            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)
753            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) 
754         END IF
755      END_2D
756
757      !--------------------------------------------------------------
758      ! 4. Compute side face integrals
759      !-------------------------------------------------------------
760
761!! ssh replaces e3w_n ; gde3w is a depth; the formulae involve heights 
762!! rho_k stores grav * FX / rho_0 
763
764      !--------------------------------------------------------------
765      ! 4. a) Upper half of top-most grid box, compute and store
766      !-------------------------------------------------------------
767! *** AY note: ssh(ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) = e3w(ji,jj,1,Kmm)
768      DO_2D( 0, 1, 0, 1)
769         z_rho_k(ji,jj,1) =  grav * ( ssh(ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) )                        & 
770            &                     * (  rhd(ji,jj,1)                                        &
771            &                     + 0.5_wp * (   rhd    (ji,jj,2) - rhd    (ji,jj,1) ) &
772            &                              * (   ssh   (ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) )          &
773            &                              / ( - gde3w(ji,jj,2) + gde3w(ji,jj,1) )  )
774      END_2D
775
776      !--------------------------------------------------------------
777      ! 4. b) Interior faces, compute and store
778      !-------------------------------------------------------------
779
780      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 2, jpkm1 )
781         z_rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * (   rhd    (ji,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk-1) )                                   &
782            &                       * ( - gde3w(ji,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1) )                                               &
783            &                       + z_grav_10 * (                                                                           &
784            &     (   zdrho_k  (ji,jj,jk) - zdrho_k  (ji,jj,jk-1) )                                                           &
785            &   * ( - gde3w(ji,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( zdz_k  (ji,jj,jk) + zdz_k  (ji,jj,jk-1) ) )             &
786            &   - ( zdz_k    (ji,jj,jk) - zdz_k    (ji,jj,jk-1) )                                                             &
787            &   * ( rhd    (ji,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( zdrho_k(ji,jj,jk) + zdrho_k(ji,jj,jk-1) ) )   &
788            &                             )
789      END_3D
790
791      !----------------------------------------------------------------------------------------
792      !  5. compute and store elementary horizontal differences in provisional arrays
793      !----------------------------------------------------------------------------------------
794      zdrhox(:,:,:) = 0._wp
795      zdzx  (:,:,:) = 0._wp
796      zdrhoy(:,:,:) = 0._wp
797      zdzy  (:,:,:) = 0._wp
798
799      DO_3D( nn_hls-1, nn_hls-1, nn_hls-1, nn_hls-1, 1, jpkm1 )
800         zdrhox(ji,jj,jk) = rhd  (ji+1,jj  ,jk) - rhd  (ji  ,jj  ,jk)
801         zdzx  (ji,jj,jk) = gde3w(ji  ,jj  ,jk) - gde3w(ji+1,jj  ,jk)
802         zdrhoy(ji,jj,jk) = rhd  (ji  ,jj+1,jk) - rhd  (ji  ,jj  ,jk)
803         zdzy  (ji,jj,jk) = gde3w(ji  ,jj  ,jk) - gde3w(ji  ,jj+1,jk)
804      END_3D
805
806      IF( nn_hls == 1 ) CALL lbc_lnk( 'dynhpg', zdrhox, 'U', -1._wp, zdzx, 'U', -1._wp, zdrhoy, 'V', -1._wp, zdzy, 'V', -1._wp )
807
808      !-------------------------------------------------------------------------
809      ! 6. compute harmonic averages using eq. 5.18
810      !-------------------------------------------------------------------------
811
812      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 1, jpkm1 )
813         cffu = MAX( 2._wp * zdrhox(ji-1,jj,jk) * zdrhox(ji,jj,jk), 0._wp )
814         z1_cff = zdrhox(ji-1,jj,jk) + zdrhox(ji,jj,jk)
815         zdrho_i(ji,jj,jk) = cffu / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
816
817         cffx = MAX( 2._wp * zdzx(ji-1,jj,jk)   * zdzx(ji,jj,jk), 0._wp )
818         z1_cff = zdzx(ji-1,jj,jk)   + zdzx(ji,jj,jk)
819         zdz_i(ji,jj,jk)   = cffx / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
820
821         cffv = MAX( 2._wp * zdrhoy(ji,jj-1,jk) * zdrhoy(ji,jj,jk), 0._wp )
822         z1_cff = zdrhoy(ji,jj-1,jk) + zdrhoy(ji,jj,jk)
823         zdrho_j(ji,jj,jk) = cffv / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
824
825         cffy = MAX( 2._wp * zdzy(ji,jj-1,jk)   * zdzy(ji,jj,jk), 0._wp )
826         z1_cff = zdzy(ji,jj-1,jk)   + zdzy(ji,jj,jk)
827         zdz_j(ji,jj,jk)   = cffy / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
828      END_3D
829     
830!!! Note that zdzx, zdzy, zdzz, zdrhox, zdrhoy and zdrhoz should NOT be used beyond this point     
831
832      !----------------------------------------------------------------------------------
833      ! 6B. apply boundary conditions at side boundaries using 5.36-5.37
834      !----------------------------------------------------------------------------------
835
836      DO jk = 1, jpkm1
837         zz_drho_i(:,:) = zdrho_i(:,:,jk)
838         zz_dz_i  (:,:) = zdz_i  (:,:,jk)
839         zz_drho_j(:,:) = zdrho_j(:,:,jk)
840         zz_dz_j  (:,:) = zdz_j  (:,:,jk)
841         ! Walls coming from left: should check from 2 to jpi-1 (and jpj=2-jpj)
842         DO_2D( 0, 0, 0, 1 )
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_2D
848         ! Walls coming from right: should check from 3 to jpi (and jpj=2-jpj)
849         DO_2D( -1, 1, 0, 1 )
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_2D
855         ! Walls coming from left: should check from 2 to jpj-1 (and jpi=2-jpi)
856         DO_2D( 0, 1, 0, 0 )
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_2D
862         ! Walls coming from right: should check from 3 to jpj (and jpi=2-jpi)
863         DO_2D( 0, 1, -1, 1 )
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_2D
869         zdrho_i(:,:,jk) = zz_drho_i(:,:)
870         zdz_i  (:,:,jk) = zz_dz_i  (:,:)
871         zdrho_j(:,:,jk) = zz_drho_j(:,:)
872         zdz_j  (:,:,jk) = zz_dz_j  (:,:)
873      END DO
874
875      !--------------------------------------------------------------
876      ! 7. Calculate integrals on side faces 
877      !-------------------------------------------------------------
878
879      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
880! two -ve signs cancel in next two lines (within zcoef0 and because gde3w is a depth not a height)
881         z_rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                       &
882             &                    * ( gde3w(ji+1,jj,jk) - gde3w(ji,jj,jk) )                                   
883         IF ( umask(ji-1, jj, jk) > 0.5 .OR. umask(ji+1, jj, jk) > 0.5 ) THEN
884            z_rho_i(ji,jj,jk) = z_rho_i(ji,jj,jk) - z_grav_10 * (                                                               &
885             &     (   zdrho_i  (ji+1,jj,jk) - zdrho_i  (ji,jj,jk) )                                                            &
886             &   * ( - gde3w(ji+1,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdz_i  (ji+1,jj,jk) + zdz_i  (ji,jj,jk) ) )              &
887             &   - (   zdz_i    (ji+1,jj,jk) - zdz_i    (ji,jj,jk) )                                                            &
888             &   * (   rhd    (ji+1,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdrho_i(ji+1,jj,jk) + zdrho_i(ji,jj,jk) ) )  &
889             &                                               )
890         END IF
891 
892         z_rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                       &
893             &                    * ( gde3w(ji,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) )                                 
894         IF ( vmask(ji, jj-1, jk) > 0.5 .OR. vmask(ji, jj+1, jk) > 0.5 ) THEN
895            z_rho_j(ji,jj,jk) = z_rho_j(ji,jj,jk) - z_grav_10 * (                                                               &
896             &     (   zdrho_j  (ji,jj+1,jk) - zdrho_j  (ji,jj,jk) )                                                            &
897             &   * ( - gde3w(ji,jj+1,jk) + gde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdz_j  (ji,jj+1,jk) + zdz_j  (ji,jj,jk) ) )              &
898             &   - (   zdz_j    (ji,jj+1,jk) - zdz_j    (ji,jj,jk) )                                                            &
899             &   * (   rhd    (ji,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdrho_j(ji,jj+1,jk) + zdrho_j(ji,jj,jk) ) )  &
900             &                                                 )
901         END IF
902      END_3D
903
904      !--------------------------------------------------------------
905      ! 8. Integrate in the vertical   
906      !-------------------------------------------------------------
907      !
908      ! ---------------
909      !  Surface value
910      ! ---------------
911      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
912         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)
913         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)
914         IF( ln_wd_il ) THEN
915           zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
916           zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
917         ENDIF
918         ! add to the general momentum trend
919         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1)
920         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1)
921      END_2D
922
923      ! ----------------
924      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
925      ! ----------------
926      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
927         ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
928         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                                     &
929            &           + (  ( z_rho_k(ji,jj,jk) - z_rho_k(ji+1,jj,jk  ) )                     &
930            &              - ( z_rho_i(ji,jj,jk) - z_rho_i(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
931         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                                     &
932            &           + (  ( z_rho_k(ji,jj,jk) - z_rho_k(ji,jj+1,jk  ) )                     &
933            &               -( z_rho_j(ji,jj,jk) - z_rho_j(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
934         IF( ln_wd_il ) THEN
935           zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
936           zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
937         ENDIF
938         ! add to the general momentum trend
939         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk)
940         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk)
941      END_3D
942      !
943      IF( ln_wd_il )   DEALLOCATE( zcpx, zcpy )
944      !
945   END SUBROUTINE hpg_djc
946
947
948   SUBROUTINE hpg_prj( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
949      !!---------------------------------------------------------------------
950      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
951      !!
952      !! ** Method  :   s-coordinate case.
953      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
954      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
955      !!      all vertical coordinate systems
956      !!
957      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
958      !!----------------------------------------------------------------------
959      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
960      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
961      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
962      REAL(dp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
963      !!
964      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
965      REAL(dp) ::   zcoef0, znad                    ! local scalars
966      !
967      !! The local variables for the correction term
968      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
969      LOGICAL  :: ll_tmp1, ll_tmp2                  ! local logical variables
970      REAL(dp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
971      REAL(dp) :: zrhdt1
972      REAL(dp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
973      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls))     ::   zpgu, zpgv   ! 2D workspace
974      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls))     ::   zsshu_n, zsshv_n
975      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdept, zrhh
976      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp
977      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
978      !!----------------------------------------------------------------------
979      !
980      IF( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
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      ENDIF
987
988      ! Local constant initialization
989      zcoef0 = - grav
990      znad = 1._wp
991      IF( ln_linssh )   znad = 1._wp
992      !
993      ! ---------------
994      !  Surface pressure gradient to be removed
995      ! ---------------
996      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
997         zpgu(ji,jj) = - grav * ( ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm) ) * r1_e1u(ji,jj)
998         zpgv(ji,jj) = - grav * ( ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm) ) * r1_e2v(ji,jj)
999      END_2D
1000      !
1001      IF( ln_wd_il ) THEN
1002         ALLOCATE( zcpx(A2D(nn_hls)) , zcpy(A2D(nn_hls)) )
1003         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1004            ll_tmp1 = MIN(   ssh(ji,jj,Kmm)              ,   ssh(ji+1,jj,Kmm)                 ) >       &
1005               &      MAX( -ht_0(ji,jj)                  , -ht_0(ji+1,jj)                     ) .AND.   &
1006               &      MAX(   ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),   ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) ) >       &
1007               &      rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1008            ll_tmp2 = ( ABS(   ssh(ji,jj,Kmm) -   ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND.                   &
1009               &      ( MAX(   ssh(ji,jj,Kmm) ,   ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                                  &
1010               &        MAX( -ht_0(ji,jj)     , -ht_0(ji+1,jj)     ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
1011
1012            IF(ll_tmp1) THEN
1013               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
1014            ELSE IF(ll_tmp2) THEN
1015               ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
1016               zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
1017                           &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
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            ELSE
1039               zcpy(ji,jj) = 0._wp
1040            ENDIF
1041         END_2D
1042      ENDIF
1043
1044      ! Clean 3-D work arrays
1045      zhpi(:,:,:) = 0._wp
1046      zrhh(:,:,:) = rhd(A2D(nn_hls),:)
1047
1048      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
1049      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1050         jk = mbkt(ji,jj)
1051         IF(     jk <=  1   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,    :   ) = 0._wp
1052         ELSEIF( jk ==  2   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
1053         ELSEIF( jk < jpkm1 ) THEN
1054            DO jkk = jk+1, jpk
1055               zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(gde3w(ji,jj,jkk  ), gde3w(ji,jj,jkk-1),   &
1056                  &                      gde3w(ji,jj,jkk-2), zrhh (ji,jj,jkk-1), zrhh(ji,jj,jkk-2))
1057            END DO
1058         ENDIF
1059      END_2D
1060
1061      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1062      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1063         zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm)
1064      END_2D
1065
1066      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpk )
1067         zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + e3w(ji,jj,jk,Kmm)
1068      END_3D
1069
1070      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1071      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1072
1073      ! Construct the vertical density profile with the
1074      ! constrained cubic spline interpolation
1075      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1076      CALL cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1077
1078      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1079      DO_2D( 0, 1, 0, 1 )
1080         zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3( zdept(ji,jj,1), asp(ji,jj,1), bsp(ji,jj,1),  &
1081            &                                              csp(ji,jj,1), dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm)
1082
1083         ! assuming linear profile across the top half surface layer
1084         zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm) * zrhdt1
1085      END_2D
1086
1087      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1088      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 2, jpkm1 )
1089         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                                  &
1090            &             integ_spline( zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),   &
1091            &                           asp  (ji,jj,jk-1), bsp  (ji,jj,jk-1), &
1092            &                           csp  (ji,jj,jk-1), dsp  (ji,jj,jk-1)  )
1093      END_3D
1094
1095      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1096
1097      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1098      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1099!!gm BUG ?    if it is ssh at u- & v-point then it should be:
1100!          zsshu_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2t(ji+1,jj) * ssh(ji+1,jj,Kmm)) * &
1101!                         & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1102!          zsshv_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2t(ji,jj+1) * ssh(ji,jj+1,Kmm)) * &
1103!                         & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1104!!gm not this:
1105         zsshu_n(ji,jj) = (e1e2u(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2u(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) = (e1e2v(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2v(ji+1, jj) * ssh(ji,jj+1,Kmm)) * &
1108                        & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1109      END_2D
1110
1111      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1112         zu(ji,jj,1) = - ( e3u(ji,jj,1,Kmm) - zsshu_n(ji,jj) )
1113         zv(ji,jj,1) = - ( e3v(ji,jj,1,Kmm) - zsshv_n(ji,jj) )
1114      END_2D
1115
1116      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
1117         zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1) - e3u(ji,jj,jk,Kmm)
1118         zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1) - e3v(ji,jj,jk,Kmm)
1119      END_3D
1120
1121      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1122         zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3u(ji,jj,jk,Kmm)
1123         zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3v(ji,jj,jk,Kmm)
1124      END_3D
1125
1126      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1127         zu(ji,jj,jk) = MIN(  zu(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1128         zu(ji,jj,jk) = MAX(  zu(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1129         zv(ji,jj,jk) = MIN(  zv(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1130         zv(ji,jj,jk) = MAX(  zv(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1131      END_3D
1132
1133
1134      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1135         zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1136         zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1137         zuijk = zu(ji,jj,jk)
1138         zvijk = zv(ji,jj,jk)
1139
1140         !!!!!     for u equation
1141         IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1142            IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1143              jis = ji + 1; jid = ji
1144            ELSE
1145              jis = ji;     jid = ji +1
1146            ENDIF
1147
1148            ! integrate the pressure on the shallow side
1149            jk1 = jk
1150            DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1151               IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1152                  zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1153                  EXIT
1154               ENDIF
1155               zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1156               zpwes = zpwes +                                      &
1157                  integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1158                                 asp(jis,jj,jk1), bsp(jis,jj,jk1),  &
1159                                 csp(jis,jj,jk1), dsp(jis,jj,jk1))
1160               jk1 = jk1 + 1
1161            END DO
1162
1163            ! integrate the pressure on the deep side
1164            jk1 = jk
1165            DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1166               IF( jk1 == 1 ) THEN
1167                  zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, ssh(jid,jj,Kmm)*znad)
1168                  zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1169                                                    bsp(jid,jj,1)  , csp(jid,jj,1), &
1170                                                    dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1171                  zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1172                  EXIT
1173               ENDIF
1174               zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1175               zpwed = zpwed +                                        &
1176                  integ_spline(zdeps,             zdept(jid,jj,jk1),  &
1177                               asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1178                               csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1179               jk1 = jk1 - 1
1180            END DO
1181
1182            ! update the momentum trends in u direction
1183            zdpdx1 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * ( zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1184            IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1185               zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * &
1186                  &    ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (ssh(ji+1,jj,Kmm)-ssh(ji,jj,Kmm)) )
1187            ELSE
1188               zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1189            ENDIF
1190            IF( ln_wd_il ) THEN
1191               zdpdx1 = zdpdx1 * zcpx(ji,jj) * wdrampu(ji,jj)
1192               zdpdx2 = zdpdx2 * zcpx(ji,jj) * wdrampu(ji,jj)
1193            ENDIF
1194            puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + (zdpdx1 + zdpdx2 - zpgu(ji,jj)) * umask(ji,jj,jk)
1195         ENDIF
1196
1197         !!!!!     for v equation
1198         IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
1199            IF( -zdept(ji,jj+1,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1200               jjs = jj + 1; jjd = jj
1201            ELSE
1202               jjs = jj    ; jjd = jj + 1
1203            ENDIF
1204
1205            ! integrate the pressure on the shallow side
1206            jk1 = jk
1207            DO WHILE ( -zdept(ji,jjs,jk1) > zvijk )
1208               IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
1209                  zvijk = -zdept(ji,jjs,jk1)
1210                  EXIT
1211               ENDIF
1212               zdeps = MIN(zdept(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
1213               zpnss = zpnss +                                       &
1214                  integ_spline(zdept(ji,jjs,jk1), zdeps,             &
1215                               asp(ji,jjs,jk1),   bsp(ji,jjs,jk1),   &
1216                               csp(ji,jjs,jk1),   dsp(ji,jjs,jk1) )
1217              jk1 = jk1 + 1
1218            END DO
1219
1220            ! integrate the pressure on the deep side
1221            jk1 = jk
1222            DO WHILE ( -zdept(ji,jjd,jk1) < zvijk )
1223               IF( jk1 == 1 ) THEN
1224                  zdeps = zdept(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, ssh(ji,jjd,Kmm)*znad)
1225                  zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdept(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
1226                                                    bsp(ji,jjd,1)  , csp(ji,jjd,1), &
1227                                                    dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
1228                  zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
1229                  EXIT
1230               ENDIF
1231               zdeps = MAX(zdept(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
1232               zpnsd = zpnsd +                                        &
1233                  integ_spline(zdeps,             zdept(ji,jjd,jk1),  &
1234                               asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1),  &
1235                               csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
1236               jk1 = jk1 - 1
1237            END DO
1238
1239            ! update the momentum trends in v direction
1240            zdpdy1 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * ( zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1241            IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1242               zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * &
1243                       ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (ssh(ji,jj+1,Kmm)-ssh(ji,jj,Kmm)) )
1244            ELSE
1245               zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1246            ENDIF
1247            IF( ln_wd_il ) THEN
1248               zdpdy1 = zdpdy1 * zcpy(ji,jj) * wdrampv(ji,jj)
1249               zdpdy2 = zdpdy2 * zcpy(ji,jj) * wdrampv(ji,jj)
1250            ENDIF
1251
1252            pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + (zdpdy1 + zdpdy2 - zpgv(ji,jj)) * vmask(ji,jj,jk)
1253         ENDIF
1254         !
1255      END_3D
1256      !
1257      IF( ln_wd_il )   DEALLOCATE( zcpx, zcpy )
1258      !
1259   END SUBROUTINE hpg_prj
1260
1261
1262   SUBROUTINE cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1263      !!----------------------------------------------------------------------
1264      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1265      !!
1266      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1267      !!
1268      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1269      !!
1270      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1271      !!----------------------------------------------------------------------
1272      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk), INTENT(in   ) ::   fsp, xsp           ! value and coordinate
1273      REAL(dp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk), INTENT(  out) ::   asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of the interpoated function
1274      INTEGER                             , INTENT(in   ) ::   polynomial_type    ! 1: cubic spline   ;   2: Linear
1275      !
1276      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1277      REAL(dp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1278      REAL(dp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1279      REAL(dp) ::   zdf(jpk)
1280      !!----------------------------------------------------------------------
1281      !
1282      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1283         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1284            !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1285            !    DO jk = 2, jpkm1-1
1286            !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1287            !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1288            !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1289            !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1290            !
1291            !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1292            !
1293            !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1294            !           zdf(jk) = 0._wp
1295            !       ELSE
1296            !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1297            !       ENDIF
1298            !    END DO
1299
1300            !!Simply geometric average
1301            DO jk = 2, jpk-2
1302               zdf1 = (fsp(ji,jj,jk  ) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk  ) - xsp(ji,jj,jk-1))
1303               zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk  )) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk  ))
1304
1305               IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1306                  zdf(jk) = 0._wp
1307               ELSE
1308                  zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1309               ENDIF
1310            END DO
1311
1312            zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1313                       &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) )           -  0.5_wp * zdf(2)
1314            zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1315                       &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - 0.5_wp * zdf(jpk - 2)
1316
1317            DO jk = 1, jpk-2
1318               zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1319               ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1320               ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1321               zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1322               ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1323               zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1324
1325               dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1326               csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1327               bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1328                             & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1329                             & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1330                             &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1331               asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1332                             &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1333                             &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1334            END DO
1335         END_2D
1336
1337      ELSEIF ( polynomial_type == 2 ) THEN     ! Linear
1338         DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpk-2 )
1339            zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1340            ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1341
1342            dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1343            csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1344            bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1345            asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1346         END_3D
1347         !
1348      ELSE
1349         CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1350      ENDIF
1351      !
1352   END SUBROUTINE cspline
1353
1354
1355   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1356      !!----------------------------------------------------------------------
1357      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1358      !!
1359      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1360      !!
1361      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1362      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1363      !!----------------------------------------------------------------------
1364      REAL(dp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1365      REAL(dp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1366      REAL(dp)             ::  zdeltx
1367      !!----------------------------------------------------------------------
1368      !
1369      zdeltx = xr - xl
1370      IF( abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x) ) THEN
1371         f = 0.5_wp * (fl + fr)
1372      ELSE
1373         f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1374      ENDIF
1375      !
1376   END FUNCTION interp1
1377
1378
1379   FUNCTION interp2( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1380      !!----------------------------------------------------------------------
1381      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1382      !!
1383      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1384      !!
1385      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1386      !!
1387      !!----------------------------------------------------------------------
1388      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1389      REAL(dp)             ::  f ! value from the interpolation
1390      !!----------------------------------------------------------------------
1391      !
1392      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1393      !
1394   END FUNCTION interp2
1395
1396
1397   FUNCTION interp3( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1398      !!----------------------------------------------------------------------
1399      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1400      !!
1401      !! ** Purpose :   Calculate the first order of derivative of
1402      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1403      !!
1404      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1405      !!
1406      !!----------------------------------------------------------------------
1407      REAL(dp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1408      REAL(dp)             ::  f ! value from the interpolation
1409      !!----------------------------------------------------------------------
1410      !
1411      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1412      !
1413   END FUNCTION interp3
1414
1415
1416   FUNCTION integ_spline( xl, xr, a, b, c, d )  RESULT(f)
1417      !!----------------------------------------------------------------------
1418      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1419      !!
1420      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1421      !!
1422      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1423      !!
1424      !!----------------------------------------------------------------------
1425      REAL(dp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1426      REAL(dp)             ::  za1, za2, za3
1427      REAL(dp)             ::  f                   ! integration result
1428      !!----------------------------------------------------------------------
1429      !
1430      za1 = 0.5_wp * b
1431      za2 = c / 3.0_wp
1432      za3 = 0.25_wp * d
1433      !
1434      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1435         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1436      !
1437   END FUNCTION integ_spline
1438
1439   !!======================================================================
1440END MODULE dynhpg
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.