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_r14273_HPC-02_Daley_Tiling/src/OCE/DYN – NEMO

source: NEMO/branches/2021/dev_r14273_HPC-02_Daley_Tiling/src/OCE/DYN/dynhpg.F90 @ 14787

Last change on this file since 14787 was 14787, checked in by hadcv, 3 years ago

#2600: Clean up part 2- remove/modify comments & remove bug fixes to be committed separately

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 76.2 KB
Line 
1MODULE dynhpg
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynhpg  ***
4   !! Ocean dynamics:  hydrostatic pressure gradient trend
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  !  1987-09  (P. Andrich, M.-A. Foujols)  hpg_zco: Original code
7   !!            5.0  !  1991-11  (G. Madec)
8   !!            7.0  !  1996-01  (G. Madec)  hpg_sco: Original code for s-coordinates
9   !!            8.0  !  1997-05  (G. Madec)  split dynber into dynkeg and dynhpg
10   !!            8.5  !  2002-07  (G. Madec)  F90: Free form and module
11   !!            8.5  !  2002-08  (A. Bozec)  hpg_zps: Original code
12   !!   NEMO     1.0  !  2005-10  (A. Beckmann, B.W. An)  various s-coordinate options
13   !!                 !         Original code for hpg_ctl, hpg_hel hpg_wdj, hpg_djc, hpg_rot
14   !!             -   !  2005-11  (G. Madec) style & small optimisation
15   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
16   !!            3.4  !  2011-11  (H. Liu) hpg_prj: Original code for s-coordinates
17   !!                 !           (A. Coward) suppression of hel, wdj and rot options
18   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) hpg_isf: original code for ice shelf cavity
19   !!            4.2  !  2020-12  (M. Bell, A. Young) hpg_djc: revised djc scheme
20   !!----------------------------------------------------------------------
21
22   !!----------------------------------------------------------------------
23   !!   dyn_hpg      : update the momentum trend with the now horizontal
24   !!                  gradient of the hydrostatic pressure
25   !!   dyn_hpg_init : initialisation and control of options
26   !!       hpg_zco  : z-coordinate scheme
27   !!       hpg_zps  : z-coordinate plus partial steps (interpolation)
28   !!       hpg_sco  : s-coordinate (standard jacobian formulation)
29   !!       hpg_isf  : s-coordinate (sco formulation) adapted to ice shelf
30   !!       hpg_djc  : s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
31   !!       hpg_prj  : s-coordinate (Pressure Jacobian with Cubic polynomial)
32   !!----------------------------------------------------------------------
33   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
34   USE isf_oce , ONLY : risfload  ! ice shelf  (risfload variable)
35   USE isfload , ONLY : isf_load  ! ice shelf  (isf_load routine )
36   USE sbc_oce         ! surface variable (only for the flag with ice shelf)
37   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
38   USE wet_dry         ! wetting and drying
39   USE phycst          ! physical constants
40   USE trd_oce         ! trends: ocean variables
41   USE trddyn          ! trend manager: dynamics
42   USE zpshde          ! partial step: hor. derivative     (zps_hde routine)
43   !
44   USE in_out_manager  ! I/O manager
45   USE prtctl          ! Print control
46   USE lbclnk          ! lateral boundary condition
47   USE lib_mpp         ! MPP library
48   USE eosbn2          ! compute density
49   USE timing          ! Timing
50   USE iom
51
52   IMPLICIT NONE
53   PRIVATE
54
55   PUBLIC   dyn_hpg        ! routine called by step module
56   PUBLIC   dyn_hpg_init   ! routine called by opa module
57
58   !                                !!* Namelist namdyn_hpg : hydrostatic pressure gradient
59   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_zco   !: z-coordinate - full steps
60   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_zps   !: z-coordinate - partial steps (interpolation)
61   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_sco   !: s-coordinate (standard jacobian formulation)
62   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_djc   !: s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
63   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_prj   !: s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
64   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_isf   !: s-coordinate similar to sco modify for isf
65
66   !                                !! Flag to control the type of hydrostatic pressure gradient
67   INTEGER, PARAMETER ::   np_ERROR  =-10   ! error in specification of lateral diffusion
68   INTEGER, PARAMETER ::   np_zco    =  0   ! z-coordinate - full steps
69   INTEGER, PARAMETER ::   np_zps    =  1   ! z-coordinate - partial steps (interpolation)
70   INTEGER, PARAMETER ::   np_sco    =  2   ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
71   INTEGER, PARAMETER ::   np_djc    =  3   ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
72   INTEGER, PARAMETER ::   np_prj    =  4   ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
73   INTEGER, PARAMETER ::   np_isf    =  5   ! s-coordinate similar to sco modify for isf
74   !
75   INTEGER, PUBLIC  ::   nhpg         !: type of pressure gradient scheme used ! (deduced from ln_hpg_... flags) (PUBLIC for TAM)
76   !
77   LOGICAL          ::   ln_hpg_djc_vnh, ln_hpg_djc_vnv                 ! flag to specify hpg_djc boundary condition type
78   REAL(wp), PUBLIC ::   aco_bc_hor, bco_bc_hor, aco_bc_vrt, bco_bc_vrt !: coefficients for hpg_djc hor and vert boundary conditions
79
80   !! * Substitutions
81#  include "do_loop_substitute.h90"
82#  include "domzgr_substitute.h90"
83
84   !!----------------------------------------------------------------------
85   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
86   !! $Id$
87   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
88   !!----------------------------------------------------------------------
89CONTAINS
90
91   SUBROUTINE dyn_hpg( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
92      !!---------------------------------------------------------------------
93      !!                  ***  ROUTINE dyn_hpg  ***
94      !!
95      !! ** Method  :   Call the hydrostatic pressure gradient routine
96      !!              using the scheme defined in the namelist
97      !!
98      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
99      !!             - send trends to trd_dyn for futher diagnostics (l_trddyn=T)
100      !!----------------------------------------------------------------------
101      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
102      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
103      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
104      !
105      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::   ztrdu, ztrdv
106      !!----------------------------------------------------------------------
107      !
108      IF( ln_timing )   CALL timing_start('dyn_hpg')
109      !
110      IF( l_trddyn ) THEN                    ! Temporary saving of puu(:,:,:,Krhs) and pvv(:,:,:,Krhs) trends (l_trddyn)
111         ALLOCATE( ztrdu(jpi,jpj,jpk) , ztrdv(jpi,jpj,jpk) )
112         ztrdu(:,:,:) = puu(:,:,:,Krhs)
113         ztrdv(:,:,:) = pvv(:,:,:,Krhs)
114      ENDIF
115      !
116      SELECT CASE ( nhpg )      ! Hydrostatic pressure gradient computation
117      CASE ( np_zco )   ;   CALL hpg_zco    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! z-coordinate
118      CASE ( np_zps )   ;   CALL hpg_zps    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! z-coordinate plus partial steps (interpolation)
119      CASE ( np_sco )   ;   CALL hpg_sco    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
120      CASE ( np_djc )
121             ! [ comm_cleanup ] : it should not be needed but the removal/shift of this lbc_lnk results in a seg_fault error
122             ! TODO: [tiling] to check if still needed
123!#if defined key_qco
124!             IF (nn_hls==2) CALL lbc_lnk( 'dynhpg', r3t(:,:,Kmm), 'T', 1.)
125!#endif
126                            CALL hpg_djc    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
127      CASE ( np_prj )   ;   CALL hpg_prj    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
128      CASE ( np_isf )   ;   CALL hpg_isf    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate similar to sco modify for ice shelf
129      END SELECT
130      !
131      IF( l_trddyn ) THEN      ! save the hydrostatic pressure gradient trends for momentum trend diagnostics
132         ztrdu(:,:,:) = puu(:,:,:,Krhs) - ztrdu(:,:,:)
133         ztrdv(:,:,:) = pvv(:,:,:,Krhs) - ztrdv(:,:,:)
134         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_hpg, kt, Kmm )
135         DEALLOCATE( ztrdu , ztrdv )
136      ENDIF
137      !
138      IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=puu(:,:,:,Krhs), clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
139         &                                  tab3d_2=pvv(:,:,:,Krhs), clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
140      !
141      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('dyn_hpg')
142      !
143   END SUBROUTINE dyn_hpg
144
145
146   SUBROUTINE dyn_hpg_init( Kmm )
147      !!----------------------------------------------------------------------
148      !!                 ***  ROUTINE dyn_hpg_init  ***
149      !!
150      !! ** Purpose :   initializations for the hydrostatic pressure gradient
151      !!              computation and consistency control
152      !!
153      !! ** Action  :   Read the namelist namdyn_hpg and check the consistency
154      !!      with the type of vertical coordinate used (zco, zps, sco)
155      !!----------------------------------------------------------------------
156      INTEGER, INTENT( in ) :: Kmm   ! ocean time level index
157      !
158      INTEGER ::   ioptio = 0      ! temporary integer
159      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
160      !!
161      INTEGER  ::   ji, jj, jk, ikt    ! dummy loop indices      ISF
162      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::  zts_top, zrhd   ! hypothesys on isf density
163      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::  zrhdtop_isf    ! density at bottom of ISF
164      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::  ziceload       ! density at bottom of ISF
165      !!
166      NAMELIST/namdyn_hpg/ ln_hpg_zco, ln_hpg_zps, ln_hpg_sco,     &
167         &                 ln_hpg_djc, ln_hpg_prj, ln_hpg_isf,     &
168         &                 ln_hpg_djc_vnh, ln_hpg_djc_vnv
169      !!----------------------------------------------------------------------
170      !
171      READ  ( numnam_ref, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
172901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in reference namelist' )
173      !
174      READ  ( numnam_cfg, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
175902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in configuration namelist' )
176      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_hpg )
177      !
178      IF(lwp) THEN                   ! Control print
179         WRITE(numout,*)
180         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
181         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
182         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
183         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
184         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
185         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
186         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation) for isf  ln_hpg_isf    = ', ln_hpg_isf
187         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
188         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
189      ENDIF
190      !
191      IF( .NOT.ln_linssh .AND. (ln_hpg_zco.OR.ln_hpg_zps) )   &
192         &   CALL ctl_stop( 'dyn_hpg_init : non-linear free surface incompatible with hpg_zco or hpg_zps' )
193      !
194      IF( (.NOT.ln_hpg_isf .AND. ln_isfcav) .OR. (ln_hpg_isf .AND. .NOT.ln_isfcav) )                  &
195         &   CALL ctl_stop( 'dyn_hpg_init : ln_hpg_isf=T requires ln_isfcav=T and vice versa' ) 
196      !
197#if defined key_qco
198      IF( ln_hpg_isf ) THEN
199         CALL ctl_stop( 'dyn_hpg_init : key_qco and ln_hpg_isf not yet compatible' )
200      ENDIF
201#endif
202      !
203      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags & consistency check
204      nhpg   = np_ERROR
205      ioptio = 0
206      IF( ln_hpg_zco ) THEN   ;   nhpg = np_zco   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
207      IF( ln_hpg_zps ) THEN   ;   nhpg = np_zps   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
208      IF( ln_hpg_sco ) THEN   ;   nhpg = np_sco   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
209      IF( ln_hpg_djc ) THEN   ;   nhpg = np_djc   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
210      IF( ln_hpg_prj ) THEN   ;   nhpg = np_prj   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
211      IF( ln_hpg_isf ) THEN   ;   nhpg = np_isf   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
212      !
213      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
214      !
215      IF(lwp) THEN
216         WRITE(numout,*)
217         SELECT CASE( nhpg )
218         CASE( np_zco )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   z-coord. - full steps '
219         CASE( np_zps )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   z-coord. - partial steps (interpolation)'
220         CASE( np_sco )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (standard jacobian formulation)'
221         CASE( np_djc )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)'
222         CASE( np_prj )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)'
223         CASE( np_isf )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (standard jacobian formulation) for isf'
224         END SELECT
225         WRITE(numout,*)
226      ENDIF
227      !                         
228      IF ( ln_hpg_djc ) THEN
229         IF (ln_hpg_djc_vnh) THEN ! Von Neumann boundary condition
230           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           horizontal bc: von Neumann '
231           aco_bc_hor = 6.0_wp/5.0_wp
232           bco_bc_hor = 7.0_wp/15.0_wp
233         ELSE ! Linear extrapolation
234           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           horizontal bc: linear extrapolation'
235           aco_bc_hor = 3.0_wp/2.0_wp
236           bco_bc_hor = 1.0_wp/2.0_wp
237         END IF
238         IF (ln_hpg_djc_vnv) THEN ! Von Neumann boundary condition
239           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           vertical bc: von Neumann '
240           aco_bc_vrt = 6.0_wp/5.0_wp
241           bco_bc_vrt = 7.0_wp/15.0_wp
242         ELSE ! Linear extrapolation
243           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           vertical bc: linear extrapolation'
244           aco_bc_vrt = 3.0_wp/2.0_wp
245           bco_bc_vrt = 1.0_wp/2.0_wp
246         END IF
247      END IF
248      !
249   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
250
251
252   SUBROUTINE hpg_zco( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
253      !!---------------------------------------------------------------------
254      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
255      !!
256      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
257      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
258      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
259      !!      density gradient along the model level from the suface to that
260      !!      level:    zhpi = grav .....
261      !!                zhpj = grav .....
262      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
263      !!            puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
264      !!            pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
265      !!
266      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
267      !!----------------------------------------------------------------------
268      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
269      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
270      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
271      !
272      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
273      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
274      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls)) ::  zhpi, zhpj
275      !!----------------------------------------------------------------------
276      !
277      IF( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
278         IF( kt == nit000 ) THEN
279            IF(lwp) WRITE(numout,*)
280            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
281            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
282         ENDIF
283      ENDIF
284      !
285      zcoef0 = - grav * 0.5_wp            ! Local constant initialization
286      !
287      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )                 ! Surface value
288         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,1,Kmm)
289         !                                   ! hydrostatic pressure gradient
290         zhpi(ji,jj) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
291         zhpj(ji,jj) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
292         !                                   ! add to the general momentum trend
293         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj)
294         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj)
295      END_2D
296      !
297      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )        ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
298         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,jk,Kmm)
299         !                                   ! hydrostatic pressure gradient
300         zhpi(ji,jj) = zhpi(ji,jj) + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )  &
301            &                                  - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
302
303         zhpj(ji,jj) = zhpj(ji,jj) + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )  &
304            &                                  - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
305         !                                   ! add to the general momentum trend
306         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj)
307         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj)
308      END_3D
309      !
310   END SUBROUTINE hpg_zco
311
312
313   SUBROUTINE hpg_zps( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
314      !!---------------------------------------------------------------------
315      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
316      !!
317      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
318      !!
319      !! ** Action  : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
320      !!----------------------------------------------------------------------
321      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
322      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
323      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
324      !!
325      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
326      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
327      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
328      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk ) :: zhpi, zhpj
329      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpts) :: zgtsu, zgtsv
330      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls)     ) :: zgru, zgrv
331      !!----------------------------------------------------------------------
332      !
333      IF( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
334         IF( kt == nit000 ) THEN
335            IF(lwp) WRITE(numout,*)
336            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
337            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
338         ENDIF
339      ENDIF
340
341      ! Partial steps: Compute NOW horizontal gradient of t, s, rd at the last ocean level
342      CALL zps_hde( kt, Kmm, jpts, ts(:,:,:,:,Kmm), zgtsu, zgtsv, rhd, zgru , zgrv )
343
344      ! Local constant initialization
345      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
346
347      !  Surface value (also valid in partial step case)
348      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
349         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,1,Kmm)
350         ! hydrostatic pressure gradient
351         zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
352         zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
353         ! add to the general momentum trend
354         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1)
355         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1)
356      END_2D
357
358      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
359      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
360         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,jk,Kmm)
361         ! hydrostatic pressure gradient
362         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
363            &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
364            &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
365
366         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
367            &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
368            &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
369         ! add to the general momentum trend
370         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk)
371         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk)
372      END_3D
373
374      ! partial steps correction at the last level  (use zgru & zgrv computed in zpshde.F90)
375      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
376         iku = mbku(ji,jj)
377         ikv = mbkv(ji,jj)
378         zcoef2 = zcoef0 * MIN( e3w(ji,jj,iku,Kmm), e3w(ji+1,jj  ,iku,Kmm) )
379         zcoef3 = zcoef0 * MIN( e3w(ji,jj,ikv,Kmm), e3w(ji  ,jj+1,ikv,Kmm) )
380         IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
381            puu  (ji,jj,iku,Krhs) = puu(ji,jj,iku,Krhs) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
382            zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
383               &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + zgru(ji,jj) ) * r1_e1u(ji,jj)
384            puu  (ji,jj,iku,Krhs) = puu(ji,jj,iku,Krhs) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
385         ENDIF
386         IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
387            pvv  (ji,jj,ikv,Krhs) = pvv(ji,jj,ikv,Krhs) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
388            zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
389               &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + zgrv(ji,jj) ) * r1_e2v(ji,jj)
390            pvv  (ji,jj,ikv,Krhs) = pvv(ji,jj,ikv,Krhs) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
391         ENDIF
392      END_2D
393      !
394   END SUBROUTINE hpg_zps
395
396
397   SUBROUTINE hpg_sco( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
398      !!---------------------------------------------------------------------
399      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
400      !!
401      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
402      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
403      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
404      !!      density gradient along the model level from the suface to that
405      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
406      !!      to the horizontal pressure gradient :
407      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
408      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
409      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
410      !!         puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
411      !!         pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
412      !!
413      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
414      !!----------------------------------------------------------------------
415      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
416      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
417      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
418      !!
419      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jii, jjj           ! dummy loop indices
420      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, ztmp       ! local scalars
421      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2               ! local logical variables
422      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk)  ::   zhpi, zhpj
423      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
424      !!----------------------------------------------------------------------
425      !
426      IF( ln_wd_il ) ALLOCATE(zcpx(A2D(nn_hls)), zcpy(A2D(nn_hls)))
427      !
428      IF( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
429         IF( kt == nit000 ) THEN
430            IF(lwp) WRITE(numout,*)
431            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
432            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OCE original scheme used'
433         ENDIF
434      ENDIF
435      !
436      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
437      !
438      IF( ln_wd_il ) THEN
439        DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
440          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)               ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
441               &    MAX( -ht_0(ji,jj)               , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
442               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) +  ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
443               &                                                       > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
444          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)              -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (       &
445               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
446               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
447
448          IF(ll_tmp1) THEN
449            zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
450          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
451            ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
452            zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
453                        &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
454          ELSE
455            zcpx(ji,jj) = 0._wp
456          END IF
457   
458          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
459               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
460               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
461               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
462          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
463               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
464               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
465
466          IF(ll_tmp1) THEN
467            zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
468          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
469            ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
470            zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
471                        &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
472          ELSE
473            zcpy(ji,jj) = 0._wp
474          END IF
475        END_2D
476      END IF
477      !
478      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )              ! Surface value
479         !                                   ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
480         zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)                      &
481            &          * (  e3w(ji+1,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji+1,jj  ,1)  &
482            &             - e3w(ji  ,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj  ,1)  )
483         zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)                      &
484            &          * (  e3w(ji  ,jj+1,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj+1,1)  &
485            &             - e3w(ji  ,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj  ,1)  )
486         !                                   ! s-coordinate pressure gradient correction
487         zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
488            &           * ( gde3w(ji+1,jj,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
489         zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
490            &           * ( gde3w(ji,jj+1,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
491         !
492         IF( ln_wd_il ) THEN
493            zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
494            zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
495            zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
496            zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
497         ENDIF
498         !                                   ! add to the general momentum trend
499         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
500         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
501      END_2D
502      !
503      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )    ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
504         !                                   ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
505         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)                         &
506            &           * (  e3w(ji+1,jj,jk,Kmm) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )  &
507            &              - e3w(ji  ,jj,jk,Kmm) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  )
508         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)                         &
509            &           * (  e3w(ji,jj+1,jk,Kmm) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )  &
510            &              - e3w(ji,jj  ,jk,Kmm) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  )
511         !                                   ! s-coordinate pressure gradient correction
512         zuap = -zcoef0 * ( rhd  (ji+1,jj  ,jk) + rhd  (ji,jj,jk) ) &
513            &           * ( gde3w(ji+1,jj  ,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) * r1_e1u(ji,jj)
514         zvap = -zcoef0 * ( rhd  (ji  ,jj+1,jk) + rhd  (ji,jj,jk) ) &
515            &           * ( gde3w(ji  ,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) * r1_e2v(ji,jj)
516         !
517         IF( ln_wd_il ) THEN
518            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
519            zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
520            zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
521            zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
522         ENDIF
523         !
524         ! add to the general momentum trend
525         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
526         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
527      END_3D
528      !
529      IF( ln_wd_il )  DEALLOCATE( zcpx , zcpy )
530      !
531   END SUBROUTINE hpg_sco
532
533
534   SUBROUTINE hpg_isf( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
535      !!---------------------------------------------------------------------
536      !!                  ***  ROUTINE hpg_isf  ***
537      !!
538      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
539      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
540      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
541      !!      density gradient along the model level from the suface to that
542      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
543      !!      to the horizontal pressure gradient :
544      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
545      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
546      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
547      !!         puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
548      !!         pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
549      !!      iceload is added
550      !!     
551      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
552      !!----------------------------------------------------------------------
553      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
554      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
555      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
556      !!
557      INTEGER  ::   ji, jj, jk             ! dummy loop indices
558      INTEGER  ::   ikt ,  ikti1,  iktj1   ! local integer
559      REAL(wp) ::   ze3w, ze3wi1, ze3wj1   ! local scalars
560      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap     !   -      -
561      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk ) ::  zhpi, zhpj
562      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpts) ::  zts_top
563      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls))      ::  zrhdtop_oce
564      !!----------------------------------------------------------------------
565      !
566      zcoef0 = - grav * 0.5_wp   ! Local constant initialization
567      !
568      !                          ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
569      zhpi(:,:,:) = 0._wp   ;   zhpj(:,:,:) = 0._wp
570
571      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
572      ! usefull to reduce residual current in the test case ISOMIP with no melting
573      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
574         ikt = mikt(ji,jj)
575         zts_top(ji,jj,1) = ts(ji,jj,ikt,1,Kmm)
576         zts_top(ji,jj,2) = ts(ji,jj,ikt,2,Kmm)
577      END_2D
578      CALL eos( zts_top, risfdep, zrhdtop_oce )
579
580      !                     !===========================!
581      !                     !=====  surface value  =====!
582      !                     !===========================!
583      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
584         ikt   = mikt(ji  ,jj  )   ;   ze3w   = e3w(ji  ,jj  ,ikt  ,Kmm)
585         ikti1 = mikt(ji+1,jj  )   ;   ze3wi1 = e3w(ji+1,jj  ,ikti1,Kmm)
586         iktj1 = mikt(ji  ,jj+1)   ;   ze3wj1 = e3w(ji  ,jj+1,iktj1,Kmm)
587         !                          ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
588         !                          ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
589         zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * (   risfload(ji+1,jj) - risfload(ji,jj)  &
590            &                                       + 0.5_wp * ( ze3wi1 * ( rhd(ji+1,jj,ikti1) + zrhdtop_oce(ji+1,jj) )     &
591            &                                                  - ze3w   * ( rhd(ji  ,jj,ikt  ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj) ) )   )
592         zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * (   risfload(ji,jj+1) - risfload(ji,jj)  &
593            &                                       + 0.5_wp * ( ze3wj1 * ( rhd(ji,jj+1,iktj1) + zrhdtop_oce(ji,jj+1) )      &
594            &                                                  - ze3w   * ( rhd(ji,jj  ,ikt  ) + zrhdtop_oce(ji,jj  ) ) )   ) 
595         !                          ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
596         zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
597            &           * ( gde3w(ji+1,jj,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
598         zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
599            &           * ( gde3w(ji,jj+1,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
600         !                          ! add to the general momentum trend
601         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
602         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
603      END_2D
604      !   
605      !                     !=============================!
606      !                     !=====  interior values  =====!
607      !                     !=============================!
608      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
609         ze3w   = e3w(ji  ,jj  ,jk,Kmm)
610         ze3wi1 = e3w(ji+1,jj  ,jk,Kmm)
611         ze3wj1 = e3w(ji  ,jj+1,jk,Kmm)
612         !                          ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
613         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
614            &           * (  ze3wi1 * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) ) * wmask(ji+1,jj,jk)   &
615            &              - ze3w   * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) ) * wmask(ji  ,jj,jk)   )
616         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
617            &           * (  ze3wj1 * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) ) * wmask(ji,jj+1,jk)   &
618            &              - ze3w   * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) ) * wmask(ji,jj  ,jk)   )
619         !                          ! s-coordinate pressure gradient correction
620         zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )   &
621            &           * ( gde3w(ji+1,jj  ,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
622         zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )   &
623            &           * ( gde3w(ji  ,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
624         !                          ! add to the general momentum trend
625         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + (zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
626         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + (zhpj(ji,jj,jk) + zvap) * vmask(ji,jj,jk)
627      END_3D
628      !
629   END SUBROUTINE hpg_isf
630
631
632   SUBROUTINE hpg_djc( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
633      !!---------------------------------------------------------------------
634      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
635      !!
636      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
637      !!
638      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
639      !!----------------------------------------------------------------------
640      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
641      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
642      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
643      !!
644      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
645      INTEGER  ::   iktb, iktt          ! jk indices at tracer points for top and bottom points
646      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
647      REAL(wp) ::   z_grav_10, z1_12, z1_cff
648      REAL(wp) ::   cffu, cffx          !    "         "
649      REAL(wp) ::   cffv, cffy          !    "         "
650      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2    ! local logical variables
651      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zhpi, zhpj
652
653      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdzx, zdzy, zdzz                          ! Primitive grid differences ('delta_xyz')
654      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdz_i, zdz_j, zdz_k                       ! Harmonic average of primitive grid differences ('d_xyz')
655      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdrhox, zdrhoy, zdrhoz                    ! Primitive rho differences ('delta_rho')
656      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdrho_i, zdrho_j, zdrho_k                 ! Harmonic average of primitive rho differences ('d_rho')
657      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   z_rho_i, z_rho_j, z_rho_k                 ! Face intergrals
658      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls))     ::   zz_dz_i, zz_dz_j, zz_drho_i, zz_drho_j    ! temporary arrays
659      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
660      !!----------------------------------------------------------------------
661      !
662      IF( ln_wd_il ) THEN
663         ALLOCATE( zcpx(A2D(nn_hls)) , zcpy(A2D(nn_hls)) )
664        DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
665          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
666               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
667               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
668               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
669          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
670               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
671               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
672          IF(ll_tmp1) THEN
673            zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
674          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
675            ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
676            zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
677                        &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
678          ELSE
679            zcpx(ji,jj) = 0._wp
680          END IF
681   
682          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
683               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
684               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
685               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
686          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
687               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
688               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
689
690          IF(ll_tmp1) THEN
691            zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
692          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
693            ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
694            zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
695                        &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
696          ELSE
697            zcpy(ji,jj) = 0._wp
698          END IF
699        END_2D
700      END IF
701
702      IF( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
703         IF( kt == nit000 ) THEN
704            IF(lwp) WRITE(numout,*)
705            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
706            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
707         ENDIF
708      ENDIF
709
710      ! Local constant initialization
711      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
712      z_grav_10  = grav / 10._wp
713      z1_12  = 1.0_wp / 12._wp
714
715      !----------------------------------------------------------------------------------------
716      !  1. compute and store elementary vertical differences in provisional arrays
717      !----------------------------------------------------------------------------------------
718
719!!bug gm   Not a true bug, but... zdzz=e3w  for zdzx, zdzy verify what it is really
720
721      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpkm1 ) 
722         zdrhoz(ji,jj,jk) =   rhd    (ji  ,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1)
723         zdzz  (ji,jj,jk) = - gde3w(ji  ,jj  ,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1)
724      END_3D
725
726      !-------------------------------------------------------------------------
727      ! 2. compute harmonic averages for vertical differences using eq. 5.18
728      !-------------------------------------------------------------------------
729      zep = 1.e-15
730
731!! mb zdrho_k, zdz_k, zdrho_i, zdz_i, zdrho_j, zdz_j re-centred about the point (ji,jj,jk)
732      zdrho_k(:,:,:) = 0._wp
733      zdz_k  (:,:,:) = 0._wp
734
735      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpk-2 )
736         cffw = MAX( 2._wp * zdrhoz(ji,jj,jk) * zdrhoz(ji,jj,jk+1), 0._wp )
737         z1_cff = zdrhoz(ji,jj,jk) + zdrhoz(ji,jj,jk+1)
738         zdrho_k(ji,jj,jk) = cffw / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
739         zdz_k(ji,jj,jk) = 2._wp *   zdzz(ji,jj,jk) * zdzz(ji,jj,jk+1)   &
740            &                  / ( zdzz(ji,jj,jk) + zdzz(ji,jj,jk+1) )
741      END_3D
742
743      !----------------------------------------------------------------------------------
744      ! 3. apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
745      !----------------------------------------------------------------------------------
746
747! mb for sea-ice shelves we will need to re-write this upper boundary condition in the same form as the lower boundary condition
748      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
749         zdrho_k(ji,jj,1) = aco_bc_vrt * ( rhd  (ji,jj,2) - rhd  (ji,jj,1) ) - bco_bc_vrt * zdrho_k(ji,jj,2)
750         zdz_k  (ji,jj,1) = aco_bc_vrt * (-gde3w(ji,jj,2) + gde3w(ji,jj,1) ) - bco_bc_vrt * zdz_k  (ji,jj,2)
751      END_2D
752
753      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
754         IF ( mbkt(ji,jj)>1 ) THEN
755            iktb = mbkt(ji,jj)
756            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)
757            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) 
758         END IF
759      END_2D
760
761      !--------------------------------------------------------------
762      ! 4. Compute side face integrals
763      !-------------------------------------------------------------
764
765!! ssh replaces e3w_n ; gde3w is a depth; the formulae involve heights 
766!! rho_k stores grav * FX / rho_0 
767
768      !--------------------------------------------------------------
769      ! 4. a) Upper half of top-most grid box, compute and store
770      !-------------------------------------------------------------
771! *** AY note: ssh(ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) = e3w(ji,jj,1,Kmm)
772      DO_2D( 0, 1, 0, 1)
773         z_rho_k(ji,jj,1) =  grav * ( ssh(ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) )                        & 
774            &                     * (  rhd(ji,jj,1)                                        &
775            &                     + 0.5_wp * (   rhd    (ji,jj,2) - rhd    (ji,jj,1) ) &
776            &                              * (   ssh   (ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) )          &
777            &                              / ( - gde3w(ji,jj,2) + gde3w(ji,jj,1) )  )
778      END_2D
779
780      !--------------------------------------------------------------
781      ! 4. b) Interior faces, compute and store
782      !-------------------------------------------------------------
783
784      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 2, jpkm1 )
785         z_rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * (   rhd    (ji,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk-1) )                                   &
786            &                       * ( - gde3w(ji,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1) )                                               &
787            &                       + z_grav_10 * (                                                                           &
788            &     (   zdrho_k  (ji,jj,jk) - zdrho_k  (ji,jj,jk-1) )                                                           &
789            &   * ( - gde3w(ji,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( zdz_k  (ji,jj,jk) + zdz_k  (ji,jj,jk-1) ) )             &
790            &   - ( zdz_k    (ji,jj,jk) - zdz_k    (ji,jj,jk-1) )                                                             &
791            &   * ( rhd    (ji,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( zdrho_k(ji,jj,jk) + zdrho_k(ji,jj,jk-1) ) )   &
792            &                             )
793      END_3D
794
795      !----------------------------------------------------------------------------------------
796      !  5. compute and store elementary horizontal differences in provisional arrays
797      !----------------------------------------------------------------------------------------
798      zdrhox(:,:,:) = 0._wp
799      zdzx  (:,:,:) = 0._wp
800      zdrhoy(:,:,:) = 0._wp
801      zdzy  (:,:,:) = 0._wp
802
803      DO_3D( nn_hls-1, nn_hls-1, nn_hls-1, nn_hls-1, 1, jpkm1 )
804         zdrhox(ji,jj,jk) = rhd  (ji+1,jj  ,jk) - rhd  (ji  ,jj  ,jk)
805         zdzx  (ji,jj,jk) = gde3w(ji  ,jj  ,jk) - gde3w(ji+1,jj  ,jk)
806         zdrhoy(ji,jj,jk) = rhd  (ji  ,jj+1,jk) - rhd  (ji  ,jj  ,jk)
807         zdzy  (ji,jj,jk) = gde3w(ji  ,jj  ,jk) - gde3w(ji  ,jj+1,jk)
808      END_3D
809
810      IF( nn_hls == 1 ) CALL lbc_lnk( 'dynhpg', zdrhox, 'U', -1._wp, zdzx, 'U', -1._wp, zdrhoy, 'V', -1._wp, zdzy, 'V', -1._wp )
811
812      !-------------------------------------------------------------------------
813      ! 6. compute harmonic averages using eq. 5.18
814      !-------------------------------------------------------------------------
815
816      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 1, jpkm1 )
817         cffu = MAX( 2._wp * zdrhox(ji-1,jj,jk) * zdrhox(ji,jj,jk), 0._wp )
818         z1_cff = zdrhox(ji-1,jj,jk) + zdrhox(ji,jj,jk)
819         zdrho_i(ji,jj,jk) = cffu / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
820
821         cffx = MAX( 2._wp * zdzx(ji-1,jj,jk)   * zdzx(ji,jj,jk), 0._wp )
822         z1_cff = zdzx(ji-1,jj,jk)   + zdzx(ji,jj,jk)
823         zdz_i(ji,jj,jk)   = cffx / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
824
825         cffv = MAX( 2._wp * zdrhoy(ji,jj-1,jk) * zdrhoy(ji,jj,jk), 0._wp )
826         z1_cff = zdrhoy(ji,jj-1,jk) + zdrhoy(ji,jj,jk)
827         zdrho_j(ji,jj,jk) = cffv / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
828
829         cffy = MAX( 2._wp * zdzy(ji,jj-1,jk)   * zdzy(ji,jj,jk), 0._wp )
830         z1_cff = zdzy(ji,jj-1,jk)   + zdzy(ji,jj,jk)
831         zdz_j(ji,jj,jk)   = cffy / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
832      END_3D
833     
834!!! Note that zdzx, zdzy, zdzz, zdrhox, zdrhoy and zdrhoz should NOT be used beyond this point     
835
836      !----------------------------------------------------------------------------------
837      ! 6B. apply boundary conditions at side boundaries using 5.36-5.37
838      !----------------------------------------------------------------------------------
839
840      DO jk = 1, jpkm1
841         zz_drho_i(:,:) = zdrho_i(:,:,jk)
842         zz_dz_i  (:,:) = zdz_i  (:,:,jk)
843         zz_drho_j(:,:) = zdrho_j(:,:,jk)
844         zz_dz_j  (:,:) = zdz_j  (:,:,jk)
845         ! Walls coming from left: should check from 2 to jpi-1 (and jpj=2-jpj)
846         DO_2D( 0, 0, 0, 1 )
847            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
848               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)
849               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)
850            END IF
851         END_2D
852         ! Walls coming from right: should check from 3 to jpi (and jpj=2-jpj)
853         DO_2D( -1, 1, 0, 1 )
854            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
855               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)
856               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)
857            END IF
858         END_2D
859         ! Walls coming from left: should check from 2 to jpj-1 (and jpi=2-jpi)
860         DO_2D( 0, 1, 0, 0 )
861            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
862               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)
863               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)
864            END IF
865         END_2D
866         ! Walls coming from right: should check from 3 to jpj (and jpi=2-jpi)
867         DO_2D( 0, 1, -1, 1 )
868            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
869               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)
870               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)
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(wp), 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(A2D(nn_hls))     ::   zpgu, zpgv   ! 2D workspace
978      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls))     ::   zsshu_n, zsshv_n
979      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdept, zrhh
980      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),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( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
985         IF( kt == nit000 ) THEN
986            IF(lwp) WRITE(numout,*)
987            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
988            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
989         ENDIF
990      ENDIF
991
992      ! Local constant initialization
993      zcoef0 = - grav
994      znad = 1._wp
995      IF( ln_linssh )   znad = 1._wp
996      !
997      ! ---------------
998      !  Surface pressure gradient to be removed
999      ! ---------------
1000      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1001         zpgu(ji,jj) = - grav * ( ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm) ) * r1_e1u(ji,jj)
1002         zpgv(ji,jj) = - grav * ( ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm) ) * r1_e2v(ji,jj)
1003      END_2D
1004      !
1005      IF( ln_wd_il ) THEN
1006         ALLOCATE( zcpx(A2D(nn_hls)) , zcpy(A2D(nn_hls)) )
1007         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1008            ll_tmp1 = MIN(   ssh(ji,jj,Kmm)              ,   ssh(ji+1,jj,Kmm)                 ) >       &
1009               &      MAX( -ht_0(ji,jj)                  , -ht_0(ji+1,jj)                     ) .AND.   &
1010               &      MAX(   ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),   ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) ) >       &
1011               &      rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1012            ll_tmp2 = ( ABS(   ssh(ji,jj,Kmm) -   ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND.                   &
1013               &      ( MAX(   ssh(ji,jj,Kmm) ,   ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                                  &
1014               &        MAX( -ht_0(ji,jj)     , -ht_0(ji+1,jj)     ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
1015
1016            IF(ll_tmp1) THEN
1017               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
1018            ELSE IF(ll_tmp2) THEN
1019               ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
1020               zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
1021                           &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
1022               zcpx(ji,jj) = MAX(MIN( zcpx(ji,jj) , 1.0_wp),0.0_wp)
1023            ELSE
1024               zcpx(ji,jj) = 0._wp
1025            END IF
1026
1027            ll_tmp1 = MIN(   ssh(ji,jj,Kmm)              ,   ssh(ji,jj+1,Kmm)                 ) >       &
1028               &      MAX( -ht_0(ji,jj)                  , -ht_0(ji,jj+1)                     ) .AND.   &
1029               &      MAX(   ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),   ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) ) >       &
1030               &      rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1031            ll_tmp2 = ( ABS(   ssh(ji,jj,Kmm) -   ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND.                   &
1032               &      ( MAX(   ssh(ji,jj,Kmm) ,   ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                                  &
1033               &        MAX( -ht_0(ji,jj)     , -ht_0(ji,jj+1)     ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
1034
1035            IF(ll_tmp1) THEN
1036               zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
1037            ELSE IF(ll_tmp2) THEN
1038               ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
1039               zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
1040                           &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
1041               zcpy(ji,jj) = MAX(MIN( zcpy(ji,jj) , 1.0_wp),0.0_wp)
1042            ELSE
1043               zcpy(ji,jj) = 0._wp
1044            ENDIF
1045         END_2D
1046      ENDIF
1047
1048      ! Clean 3-D work arrays
1049      zhpi(:,:,:) = 0._wp
1050      zrhh(:,:,:) = rhd(A2D(nn_hls),:)
1051
1052      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
1053      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1054         jk = mbkt(ji,jj)
1055         IF(     jk <=  1   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,    :   ) = 0._wp
1056         ELSEIF( jk ==  2   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
1057         ELSEIF( jk < jpkm1 ) THEN
1058            DO jkk = jk+1, jpk
1059               zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(gde3w(ji,jj,jkk  ), gde3w(ji,jj,jkk-1),   &
1060                  &                      gde3w(ji,jj,jkk-2), zrhh (ji,jj,jkk-1), zrhh(ji,jj,jkk-2))
1061            END DO
1062         ENDIF
1063      END_2D
1064
1065      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1066      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1067         zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm)
1068      END_2D
1069
1070      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpk )
1071         zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + e3w(ji,jj,jk,Kmm)
1072      END_3D
1073
1074      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1075      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1076
1077      ! Construct the vertical density profile with the
1078      ! constrained cubic spline interpolation
1079      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1080      CALL cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1081
1082      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1083      DO_2D( 0, 1, 0, 1 )
1084         zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3( zdept(ji,jj,1), asp(ji,jj,1), bsp(ji,jj,1),  &
1085            &                                              csp(ji,jj,1), dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm)
1086
1087         ! assuming linear profile across the top half surface layer
1088         zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm) * zrhdt1
1089      END_2D
1090
1091      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1092      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 2, jpkm1 )
1093         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                                  &
1094            &             integ_spline( zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),   &
1095            &                           asp  (ji,jj,jk-1), bsp  (ji,jj,jk-1), &
1096            &                           csp  (ji,jj,jk-1), dsp  (ji,jj,jk-1)  )
1097      END_3D
1098
1099      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1100
1101      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1102      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1103!!gm BUG ?    if it is ssh at u- & v-point then it should be:
1104!          zsshu_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2t(ji+1,jj) * ssh(ji+1,jj,Kmm)) * &
1105!                         & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1106!          zsshv_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2t(ji,jj+1) * ssh(ji,jj+1,Kmm)) * &
1107!                         & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1108!!gm not this:
1109         zsshu_n(ji,jj) = (e1e2u(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2u(ji+1, jj) * ssh(ji+1,jj,Kmm)) * &
1110                        & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1111         zsshv_n(ji,jj) = (e1e2v(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2v(ji+1, jj) * ssh(ji,jj+1,Kmm)) * &
1112                        & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1113      END_2D
1114
1115      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1116         zu(ji,jj,1) = - ( e3u(ji,jj,1,Kmm) - zsshu_n(ji,jj) )
1117         zv(ji,jj,1) = - ( e3v(ji,jj,1,Kmm) - zsshv_n(ji,jj) )
1118      END_2D
1119
1120      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
1121         zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1) - e3u(ji,jj,jk,Kmm)
1122         zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1) - e3v(ji,jj,jk,Kmm)
1123      END_3D
1124
1125      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1126         zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3u(ji,jj,jk,Kmm)
1127         zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3v(ji,jj,jk,Kmm)
1128      END_3D
1129
1130      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1131         zu(ji,jj,jk) = MIN(  zu(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1132         zu(ji,jj,jk) = MAX(  zu(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1133         zv(ji,jj,jk) = MIN(  zv(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1134         zv(ji,jj,jk) = MAX(  zv(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1135      END_3D
1136
1137
1138      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1139         zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1140         zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1141         zuijk = zu(ji,jj,jk)
1142         zvijk = zv(ji,jj,jk)
1143
1144         !!!!!     for u equation
1145         IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1146            IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1147              jis = ji + 1; jid = ji
1148            ELSE
1149              jis = ji;     jid = ji +1
1150            ENDIF
1151
1152            ! integrate the pressure on the shallow side
1153            jk1 = jk
1154            DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1155               IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1156                  zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1157                  EXIT
1158               ENDIF
1159               zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1160               zpwes = zpwes +                                      &
1161                  integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1162                                 asp(jis,jj,jk1), bsp(jis,jj,jk1),  &
1163                                 csp(jis,jj,jk1), dsp(jis,jj,jk1))
1164               jk1 = jk1 + 1
1165            END DO
1166
1167            ! integrate the pressure on the deep side
1168            jk1 = jk
1169            DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1170               IF( jk1 == 1 ) THEN
1171                  zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, ssh(jid,jj,Kmm)*znad)
1172                  zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1173                                                    bsp(jid,jj,1)  , csp(jid,jj,1), &
1174                                                    dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1175                  zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1176                  EXIT
1177               ENDIF
1178               zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1179               zpwed = zpwed +                                        &
1180                  integ_spline(zdeps,             zdept(jid,jj,jk1),  &
1181                               asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1182                               csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1183               jk1 = jk1 - 1
1184            END DO
1185
1186            ! update the momentum trends in u direction
1187            zdpdx1 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * ( zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1188            IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1189               zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * &
1190                  &    ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (ssh(ji+1,jj,Kmm)-ssh(ji,jj,Kmm)) )
1191            ELSE
1192               zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1193            ENDIF
1194            IF( ln_wd_il ) THEN
1195               zdpdx1 = zdpdx1 * zcpx(ji,jj) * wdrampu(ji,jj)
1196               zdpdx2 = zdpdx2 * zcpx(ji,jj) * wdrampu(ji,jj)
1197            ENDIF
1198            puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + (zdpdx1 + zdpdx2 - zpgu(ji,jj)) * umask(ji,jj,jk)
1199         ENDIF
1200
1201         !!!!!     for v equation
1202         IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
1203            IF( -zdept(ji,jj+1,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1204               jjs = jj + 1; jjd = jj
1205            ELSE
1206               jjs = jj    ; jjd = jj + 1
1207            ENDIF
1208
1209            ! integrate the pressure on the shallow side
1210            jk1 = jk
1211            DO WHILE ( -zdept(ji,jjs,jk1) > zvijk )
1212               IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
1213                  zvijk = -zdept(ji,jjs,jk1)
1214                  EXIT
1215               ENDIF
1216               zdeps = MIN(zdept(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
1217               zpnss = zpnss +                                       &
1218                  integ_spline(zdept(ji,jjs,jk1), zdeps,             &
1219                               asp(ji,jjs,jk1),   bsp(ji,jjs,jk1),   &
1220                               csp(ji,jjs,jk1),   dsp(ji,jjs,jk1) )
1221              jk1 = jk1 + 1
1222            END DO
1223
1224            ! integrate the pressure on the deep side
1225            jk1 = jk
1226            DO WHILE ( -zdept(ji,jjd,jk1) < zvijk )
1227               IF( jk1 == 1 ) THEN
1228                  zdeps = zdept(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, ssh(ji,jjd,Kmm)*znad)
1229                  zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdept(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
1230                                                    bsp(ji,jjd,1)  , csp(ji,jjd,1), &
1231                                                    dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
1232                  zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
1233                  EXIT
1234               ENDIF
1235               zdeps = MAX(zdept(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
1236               zpnsd = zpnsd +                                        &
1237                  integ_spline(zdeps,             zdept(ji,jjd,jk1),  &
1238                               asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1),  &
1239                               csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
1240               jk1 = jk1 - 1
1241            END DO
1242
1243            ! update the momentum trends in v direction
1244            zdpdy1 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * ( zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1245            IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1246               zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * &
1247                       ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (ssh(ji,jj+1,Kmm)-ssh(ji,jj,Kmm)) )
1248            ELSE
1249               zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1250            ENDIF
1251            IF( ln_wd_il ) THEN
1252               zdpdy1 = zdpdy1 * zcpy(ji,jj) * wdrampv(ji,jj)
1253               zdpdy2 = zdpdy2 * zcpy(ji,jj) * wdrampv(ji,jj)
1254            ENDIF
1255
1256            pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + (zdpdy1 + zdpdy2 - zpgv(ji,jj)) * vmask(ji,jj,jk)
1257         ENDIF
1258         !
1259      END_3D
1260      !
1261      IF( ln_wd_il )   DEALLOCATE( zcpx, zcpy )
1262      !
1263   END SUBROUTINE hpg_prj
1264
1265
1266   SUBROUTINE cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1267      !!----------------------------------------------------------------------
1268      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1269      !!
1270      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1271      !!
1272      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1273      !!
1274      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1275      !!----------------------------------------------------------------------
1276      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk), INTENT(in   ) ::   fsp, xsp           ! value and coordinate
1277      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk), INTENT(  out) ::   asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of the interpoated function
1278      INTEGER                             , INTENT(in   ) ::   polynomial_type    ! 1: cubic spline   ;   2: Linear
1279      !
1280      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1281      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1282      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1283      REAL(wp) ::   zdf(jpk)
1284      !!----------------------------------------------------------------------
1285      !
1286      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1287         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1288            !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1289            !    DO jk = 2, jpkm1-1
1290            !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1291            !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1292            !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1293            !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1294            !
1295            !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1296            !
1297            !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1298            !           zdf(jk) = 0._wp
1299            !       ELSE
1300            !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1301            !       ENDIF
1302            !    END DO
1303
1304            !!Simply geometric average
1305            DO jk = 2, jpk-2
1306               zdf1 = (fsp(ji,jj,jk  ) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk  ) - xsp(ji,jj,jk-1))
1307               zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk  )) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk  ))
1308
1309               IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1310                  zdf(jk) = 0._wp
1311               ELSE
1312                  zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1313               ENDIF
1314            END DO
1315
1316            zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1317                       &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) )           -  0.5_wp * zdf(2)
1318            zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1319                       &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - 0.5_wp * zdf(jpk - 2)
1320
1321            DO jk = 1, jpk-2
1322               zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1323               ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1324               ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1325               zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1326               ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1327               zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1328
1329               dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1330               csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1331               bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1332                             & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1333                             & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1334                             &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1335               asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1336                             &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1337                             &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1338            END DO
1339         END_2D
1340
1341      ELSEIF ( polynomial_type == 2 ) THEN     ! Linear
1342         DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpk-2 )
1343            zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1344            ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1345
1346            dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1347            csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1348            bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1349            asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1350         END_3D
1351         !
1352      ELSE
1353         CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1354      ENDIF
1355      !
1356   END SUBROUTINE cspline
1357
1358
1359   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1360      !!----------------------------------------------------------------------
1361      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1362      !!
1363      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1364      !!
1365      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1366      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1367      !!----------------------------------------------------------------------
1368      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1369      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1370      REAL(wp)             ::  zdeltx
1371      !!----------------------------------------------------------------------
1372      !
1373      zdeltx = xr - xl
1374      IF( abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x) ) THEN
1375         f = 0.5_wp * (fl + fr)
1376      ELSE
1377         f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1378      ENDIF
1379      !
1380   END FUNCTION interp1
1381
1382
1383   FUNCTION interp2( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1384      !!----------------------------------------------------------------------
1385      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1386      !!
1387      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1388      !!
1389      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1390      !!
1391      !!----------------------------------------------------------------------
1392      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1393      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1394      !!----------------------------------------------------------------------
1395      !
1396      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1397      !
1398   END FUNCTION interp2
1399
1400
1401   FUNCTION interp3( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1402      !!----------------------------------------------------------------------
1403      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1404      !!
1405      !! ** Purpose :   Calculate the first order of derivative of
1406      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1407      !!
1408      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1409      !!
1410      !!----------------------------------------------------------------------
1411      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1412      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1413      !!----------------------------------------------------------------------
1414      !
1415      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1416      !
1417   END FUNCTION interp3
1418
1419
1420   FUNCTION integ_spline( xl, xr, a, b, c, d )  RESULT(f)
1421      !!----------------------------------------------------------------------
1422      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1423      !!
1424      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1425      !!
1426      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1427      !!
1428      !!----------------------------------------------------------------------
1429      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1430      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3
1431      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1432      !!----------------------------------------------------------------------
1433      !
1434      za1 = 0.5_wp * b
1435      za2 = c / 3.0_wp
1436      za3 = 0.25_wp * d
1437      !
1438      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1439         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1440      !
1441   END FUNCTION integ_spline
1442
1443   !!======================================================================
1444END MODULE dynhpg
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.