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/UKMO/dev_r10037_GPU/src/OCE/DYN – NEMO

source: NEMO/branches/UKMO/dev_r10037_GPU/src/OCE/DYN/dynhpg.F90 @ 11467

Last change on this file since 11467 was 11467, checked in by andmirek, 5 years ago

Ticket #2197 allocate arrays at the beggining of the run

File size: 72.1 KB
Line 
1MODULE dynhpg
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynhpg  ***
4   !! Ocean dynamics:  hydrostatic pressure gradient trend
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  !  1987-09  (P. Andrich, M.-A. Foujols)  hpg_zco: Original code
7   !!            5.0  !  1991-11  (G. Madec)
8   !!            7.0  !  1996-01  (G. Madec)  hpg_sco: Original code for s-coordinates
9   !!            8.0  !  1997-05  (G. Madec)  split dynber into dynkeg and dynhpg
10   !!            8.5  !  2002-07  (G. Madec)  F90: Free form and module
11   !!            8.5  !  2002-08  (A. Bozec)  hpg_zps: Original code
12   !!   NEMO     1.0  !  2005-10  (A. Beckmann, B.W. An)  various s-coordinate options
13   !!                 !         Original code for hpg_ctl, hpg_hel hpg_wdj, hpg_djc, hpg_rot
14   !!             -   !  2005-11  (G. Madec) style & small optimisation
15   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
16   !!            3.4  !  2011-11  (H. Liu) hpg_prj: Original code for s-coordinates
17   !!                 !           (A. Coward) suppression of hel, wdj and rot options
18   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) hpg_isf: original code for ice shelf cavity
19   !!----------------------------------------------------------------------
20
21   !!----------------------------------------------------------------------
22   !!   dyn_hpg      : update the momentum trend with the now horizontal
23   !!                  gradient of the hydrostatic pressure
24   !!   dyn_hpg_init : initialisation and control of options
25   !!       hpg_zco  : z-coordinate scheme
26   !!       hpg_zps  : z-coordinate plus partial steps (interpolation)
27   !!       hpg_sco  : s-coordinate (standard jacobian formulation)
28   !!       hpg_isf  : s-coordinate (sco formulation) adapted to ice shelf
29   !!       hpg_djc  : s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
30   !!       hpg_prj  : s-coordinate (Pressure Jacobian with Cubic polynomial)
31   !!----------------------------------------------------------------------
32   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
33   USE sbc_oce         ! surface variable (only for the flag with ice shelf)
34   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
35   USE wet_dry         ! wetting and drying
36   USE phycst          ! physical constants
37   USE trd_oce         ! trends: ocean variables
38   USE trddyn          ! trend manager: dynamics
39!jc   USE zpshde          ! partial step: hor. derivative     (zps_hde routine)
40   !
41   USE in_out_manager  ! I/O manager
42   USE prtctl          ! Print control
43   USE lbclnk          ! lateral boundary condition
44   USE lib_mpp         ! MPP library
45   USE eosbn2          ! compute density
46   USE timing          ! Timing
47   USE iom
48
49   IMPLICIT NONE
50   PRIVATE
51
52   PUBLIC   dyn_hpg        ! routine called by step module
53   PUBLIC   dyn_hpg_init   ! routine called by opa module
54
55   !                                !!* Namelist namdyn_hpg : hydrostatic pressure gradient
56   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_zco   !: z-coordinate - full steps
57   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_zps   !: z-coordinate - partial steps (interpolation)
58   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_sco   !: s-coordinate (standard jacobian formulation)
59   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_djc   !: s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
60   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_prj   !: s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
61   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_isf   !: s-coordinate similar to sco modify for isf
62
63   !                                !! Flag to control the type of hydrostatic pressure gradient
64   INTEGER, PARAMETER ::   np_ERROR  =-10   ! error in specification of lateral diffusion
65   INTEGER, PARAMETER ::   np_zco    =  0   ! z-coordinate - full steps
66   INTEGER, PARAMETER ::   np_zps    =  1   ! z-coordinate - partial steps (interpolation)
67   INTEGER, PARAMETER ::   np_sco    =  2   ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
68   INTEGER, PARAMETER ::   np_djc    =  3   ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
69   INTEGER, PARAMETER ::   np_prj    =  4   ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
70   INTEGER, PARAMETER ::   np_isf    =  5   ! s-coordinate similar to sco modify for isf
71   !
72   INTEGER, PUBLIC ::   nhpg         !: type of pressure gradient scheme used ! (deduced from ln_hpg_... flags) (PUBLIC for TAM)
73
74   !! * Substitutions
75#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
76   !!----------------------------------------------------------------------
77   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
78   !! $Id$
79   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
80   !!----------------------------------------------------------------------
81CONTAINS
82
83   SUBROUTINE dyn_hpg( kt )
84      !!---------------------------------------------------------------------
85      !!                  ***  ROUTINE dyn_hpg  ***
86      !!
87      !! ** Method  :   Call the hydrostatic pressure gradient routine
88      !!              using the scheme defined in the namelist
89      !!
90      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
91      !!             - send trends to trd_dyn for futher diagnostics (l_trddyn=T)
92      !!----------------------------------------------------------------------
93      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step index
94      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::   ztrdu, ztrdv
95      !!----------------------------------------------------------------------
96      !
97      IF( ln_timing )   CALL timing_start('dyn_hpg')
98      !
99      IF( l_trddyn ) THEN                    ! Temporary saving of ua and va trends (l_trddyn)
100         ALLOCATE( ztrdu(jpi,jpj,jpk) , ztrdv(jpi,jpj,jpk) )
101         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
102         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
103      ENDIF
104      !
105      SELECT CASE ( nhpg )      ! Hydrostatic pressure gradient computation
106      CASE ( np_zco )   ;   CALL hpg_zco    ( kt )      ! z-coordinate
107      CASE ( np_zps )   ;   CALL hpg_zps    ( kt )      ! z-coordinate plus partial steps (interpolation)
108      CASE ( np_sco )   ;   CALL hpg_sco    ( kt )      ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
109      CASE ( np_djc )   ;   CALL hpg_djc    ( kt )      ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
110      CASE ( np_prj )   ;   CALL hpg_prj    ( kt )      ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
111      CASE ( np_isf )   ;   CALL hpg_isf    ( kt )      ! s-coordinate similar to sco modify for ice shelf
112      END SELECT
113      !
114      IF( l_trddyn ) THEN      ! save the hydrostatic pressure gradient trends for momentum trend diagnostics
115         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
116         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
117         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_hpg, kt )
118         DEALLOCATE( ztrdu , ztrdv )
119      ENDIF
120      !
121      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
122         &                       tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
123      !
124      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('dyn_hpg')
125      !
126   END SUBROUTINE dyn_hpg
127
128
129   SUBROUTINE dyn_hpg_init
130      !!----------------------------------------------------------------------
131      !!                 ***  ROUTINE dyn_hpg_init  ***
132      !!
133      !! ** Purpose :   initializations for the hydrostatic pressure gradient
134      !!              computation and consistency control
135      !!
136      !! ** Action  :   Read the namelist namdyn_hpg and check the consistency
137      !!      with the type of vertical coordinate used (zco, zps, sco)
138      !!----------------------------------------------------------------------
139      INTEGER ::   ioptio = 0      ! temporary integer
140      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
141      !!
142      INTEGER  ::   ji, jj, jk, ikt    ! dummy loop indices      ISF
143      REAL(wp) ::   znad
144      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::  zts_top, zrhd   ! hypothesys on isf density
145      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::  zrhdtop_isf    ! density at bottom of ISF
146      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::  ziceload       ! density at bottom of ISF
147      !!
148      NAMELIST/namdyn_hpg/ ln_hpg_zco, ln_hpg_zps, ln_hpg_sco,     &
149         &                 ln_hpg_djc, ln_hpg_prj, ln_hpg_isf
150      !!----------------------------------------------------------------------
151      !
152      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namdyn_hpg in reference namelist : Hydrostatic pressure gradient
153      READ  ( numnam_ref, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
154901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in reference namelist', lwp )
155      !
156      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namdyn_hpg in configuration namelist : Hydrostatic pressure gradient
157      READ  ( numnam_cfg, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
158902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in configuration namelist', lwp )
159      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_hpg )
160      !
161      IF(lwp) THEN                   ! Control print
162         WRITE(numout,*)
163         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
164         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
165         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
166         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
167         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
168         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
169         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation) for isf  ln_hpg_isf    = ', ln_hpg_isf
170         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
171         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
172      ENDIF
173      !
174      IF( ln_hpg_djc )   &
175         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : Density Jacobian: Cubic polynominal method',   &
176         &                 '   currently disabled (bugs under investigation).'        ,   &
177         &                 '   Please select either  ln_hpg_sco or  ln_hpg_prj instead' )
178         !
179      IF( .NOT.ln_linssh .AND. .NOT.(ln_hpg_sco.OR.ln_hpg_prj.OR.ln_hpg_isf) )          &
180         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : non-linear free surface requires either ',   &
181         &                 '   the standard jacobian formulation hpg_sco    or '    ,   &
182         &                 '   the pressure jacobian formulation hpg_prj'             )
183         !
184      IF( ln_hpg_isf ) THEN
185         IF( .NOT. ln_isfcav )   CALL ctl_stop( ' hpg_isf not available if ln_isfcav = false ' )
186       ELSE
187         IF(       ln_isfcav )   CALL ctl_stop( 'Only hpg_isf has been corrected to work with ice shelf cavity.' )
188      ENDIF
189      !
190      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags & consistency check
191      nhpg   = np_ERROR
192      ioptio = 0
193      IF( ln_hpg_zco ) THEN   ;   nhpg = np_zco   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
194      IF( ln_hpg_zps ) THEN   ;   nhpg = np_zps   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
195      IF( ln_hpg_sco ) THEN   ;   nhpg = np_sco   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
196      IF( ln_hpg_djc ) THEN   ;   nhpg = np_djc   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
197      IF( ln_hpg_prj ) THEN   ;   nhpg = np_prj   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
198      IF( ln_hpg_isf ) THEN   ;   nhpg = np_isf   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
199      !
200      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
201      !
202      IF(lwp) THEN
203         WRITE(numout,*)
204         SELECT CASE( nhpg )
205         CASE( np_zco )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   z-coord. - full steps '
206         CASE( np_zps )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   z-coord. - partial steps (interpolation)'
207         CASE( np_sco )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (standard jacobian formulation)'
208         CASE( np_djc )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)'
209         CASE( np_prj )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)'
210         CASE( np_isf )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (standard jacobian formulation) for isf'
211         END SELECT
212         WRITE(numout,*)
213      ENDIF
214      !                         
215      IF ( .NOT. ln_isfcav ) THEN     !--- no ice shelf load
216         riceload(:,:) = 0._wp
217         !
218      ELSE                            !--- set an ice shelf load
219         !
220         IF(lwp) WRITE(numout,*)
221         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ice shelf case: set the ice-shelf load'
222         ALLOCATE( zts_top(jpi,jpj,jpts) , zrhd(jpi,jpj,jpk) , zrhdtop_isf(jpi,jpj) , ziceload(jpi,jpj) ) 
223         !
224         znad = 1._wp                     !- To use density and not density anomaly
225         !
226         !                                !- assume water displaced by the ice shelf is at T=-1.9 and S=34.4 (rude)
227         zts_top(:,:,jp_tem) = -1.9_wp   ;   zts_top(:,:,jp_sal) = 34.4_wp
228         !
229         DO jk = 1, jpk                   !- compute density of the water displaced by the ice shelf
230            CALL eos( zts_top(:,:,:), gdept_n(:,:,jk), zrhd(:,:,jk) )
231         END DO
232         !
233         !                                !- compute rhd at the ice/oce interface (ice shelf side)
234         CALL eos( zts_top , risfdep, zrhdtop_isf )
235         !
236         !                                !- Surface value + ice shelf gradient
237         ziceload = 0._wp                       ! compute pressure due to ice shelf load
238         DO jj = 1, jpj                         ! (used to compute hpgi/j for all the level from 1 to miku/v)
239            DO ji = 1, jpi                      ! divided by 2 later
240               ikt = mikt(ji,jj)
241               ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (znad + zrhd(ji,jj,1) ) * e3w_n(ji,jj,1) * (1._wp - tmask(ji,jj,1))
242               DO jk = 2, ikt-1
243                  ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + zrhd(ji,jj,jk-1) + zrhd(ji,jj,jk)) * e3w_n(ji,jj,jk) &
244                     &                              * (1._wp - tmask(ji,jj,jk))
245               END DO
246               IF (ikt  >=  2) ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + zrhdtop_isf(ji,jj) + zrhd(ji,jj,ikt-1)) &
247                  &                                              * ( risfdep(ji,jj) - gdept_1d(ikt-1) )
248            END DO
249         END DO
250         riceload(:,:) = ziceload(:,:)  ! need to be saved for diaar5
251         !
252         DEALLOCATE( zts_top , zrhd , zrhdtop_isf , ziceload ) 
253      ENDIF
254      !
255   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
256
257
258   SUBROUTINE hpg_zco( kt )
259      !!---------------------------------------------------------------------
260      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
261      !!
262      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
263      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
264      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
265      !!      density gradient along the model level from the suface to that
266      !!      level:    zhpi = grav .....
267      !!                zhpj = grav .....
268      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
269      !!            ua = ua - 1/e1u * zhpi
270      !!            va = va - 1/e2v * zhpj
271      !!
272      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
273      !!----------------------------------------------------------------------
274      USE scoce, ONLY : zhpi => scr1, zhpj => scr2
275      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
276      !
277      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
278      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
279      !!----------------------------------------------------------------------
280      !
281      IF( kt == nit000 ) THEN
282         IF(lwp) WRITE(numout,*)
283         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
284         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
285      ENDIF
286
287      zcoef0 = - grav * 0.5_wp      ! Local constant initialization
288
289      ! Surface value
290      DO jj = 2, jpjm1
291         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
292            zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,1)
293            ! hydrostatic pressure gradient
294            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
295            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
296            ! add to the general momentum trend
297            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
298            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
299         END DO
300      END DO
301
302      !
303      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
304      DO jk = 2, jpkm1
305         DO jj = 2, jpjm1
306            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
307               zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,jk)
308               ! hydrostatic pressure gradient
309               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
310                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )    &
311                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
312
313               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
314                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )    &
315                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
316               ! add to the general momentum trend
317               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
318               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
319            END DO
320         END DO
321      END DO
322      !
323   END SUBROUTINE hpg_zco
324
325
326   SUBROUTINE hpg_zps( kt )
327      !!---------------------------------------------------------------------
328      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
329      !!
330      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
331      !!
332      !! ** Action  : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
333      !!----------------------------------------------------------------------
334      USE scoce, ONLY : zhpi => scr1, zhpj => scr2
335      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
336      !!
337      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
338      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
339      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
340      !!----------------------------------------------------------------------
341      !
342      IF( kt == nit000 ) THEN
343         IF(lwp) WRITE(numout,*)
344         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
345         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
346      ENDIF
347
348      ! Partial steps: bottom before horizontal gradient of t, s, rd at the last ocean level
349!jc      CALL zps_hde    ( kt, jpts, tsn, gtsu, gtsv, rhd, gru , grv )
350
351      ! Local constant initialization
352      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
353
354      !  Surface value (also valid in partial step case)
355      DO jj = 2, jpjm1
356         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
357            zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,1)
358            ! hydrostatic pressure gradient
359            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
360            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
361            ! add to the general momentum trend
362            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
363            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
364         END DO
365      END DO
366
367      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
368      DO jk = 2, jpkm1
369         DO jj = 2, jpjm1
370            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
371               zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,jk)
372               ! hydrostatic pressure gradient
373               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
374                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
375                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
376
377               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
378                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
379                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
380               ! add to the general momentum trend
381               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
382               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
383            END DO
384         END DO
385      END DO
386
387      ! partial steps correction at the last level  (use gru & grv computed in zpshde.F90)
388      DO jj = 2, jpjm1
389         DO ji = 2, jpim1
390            iku = mbku(ji,jj)
391            ikv = mbkv(ji,jj)
392            zcoef2 = zcoef0 * MIN( e3w_n(ji,jj,iku), e3w_n(ji+1,jj  ,iku) )
393            zcoef3 = zcoef0 * MIN( e3w_n(ji,jj,ikv), e3w_n(ji  ,jj+1,ikv) )
394            IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
395               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
396               zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
397                  &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + gru(ji,jj) ) * r1_e1u(ji,jj)
398               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
399            ENDIF
400            IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
401               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
402               zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
403                  &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + grv(ji,jj) ) * r1_e2v(ji,jj)
404               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
405            ENDIF
406         END DO
407      END DO
408      !
409   END SUBROUTINE hpg_zps
410
411
412   SUBROUTINE hpg_sco( kt )
413      !!---------------------------------------------------------------------
414      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
415      !!
416      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
417      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
418      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
419      !!      density gradient along the model level from the suface to that
420      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
421      !!      to the horizontal pressure gradient :
422      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
423      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
424      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
425      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
426      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
427      !!
428      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
429      !!----------------------------------------------------------------------
430      USE scoce, ONLY : zhpi => scr1, zhpj => scr2, &
431                       zcpx => scr2D1, zcpy => scr2D2   ! W/D pressure filter
432      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
433      !!
434      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jii, jjj                 ! dummy loop indices
435      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad, ztmp       ! temporary scalars
436      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2                     ! local logical variables
437      !!----------------------------------------------------------------------
438      !
439      IF( kt == nit000 ) THEN
440         IF(lwp) WRITE(numout,*)
441         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
442         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
443      ENDIF
444      !
445      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
446      IF ( ln_linssh ) THEN   ;   znad = 0._wp         ! Fixed    volume: density anomaly
447      ELSE                    ;   znad = 1._wp         ! Variable volume: density
448      ENDIF
449      !
450      IF( ln_wd_il ) THEN
451        DO jj = 2, jpjm1
452           DO ji = 2, jpim1 
453             ll_tmp1 = MIN(  sshn(ji,jj)               ,  sshn(ji+1,jj) ) >                &
454                  &    MAX( -ht_0(ji,jj)               , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
455                  &    MAX(  sshn(ji,jj) +  ht_0(ji,jj),  sshn(ji+1,jj) + ht_0(ji+1,jj) )  &
456                  &                                                       > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
457             ll_tmp2 = ( ABS( sshn(ji,jj)              -  sshn(ji+1,jj) ) > 1.E-12 ) .AND. (       &
458                  &    MAX(   sshn(ji,jj)              ,  sshn(ji+1,jj) ) >                &
459                  &    MAX(  -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
460
461             IF(ll_tmp1) THEN
462               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
463             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
464               ! no worries about  sshn(ji+1,jj) -  sshn(ji  ,jj) = 0, it won't happen ! here
465               zcpx(ji,jj) = ABS( (sshn(ji+1,jj) + ht_0(ji+1,jj) - sshn(ji,jj) - ht_0(ji,jj)) &
466                           &    / (sshn(ji+1,jj) - sshn(ji  ,jj)) )
467             ELSE
468               zcpx(ji,jj) = 0._wp
469             END IF
470     
471             ll_tmp1 = MIN(  sshn(ji,jj)              ,  sshn(ji,jj+1) ) >                &
472                  &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
473                  &    MAX(  sshn(ji,jj) + ht_0(ji,jj),  sshn(ji,jj+1) + ht_0(ji,jj+1) )  &
474                  &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
475             ll_tmp2 = ( ABS( sshn(ji,jj)             -  sshn(ji,jj+1) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
476                  &    MAX(   sshn(ji,jj)             ,  sshn(ji,jj+1) ) >                &
477                  &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
478
479             IF(ll_tmp1) THEN
480               zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
481             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
482               ! no worries about  sshn(ji,jj+1) -  sshn(ji,jj  ) = 0, it won't happen ! here
483               zcpy(ji,jj) = ABS( (sshn(ji,jj+1) + ht_0(ji,jj+1) - sshn(ji,jj) - ht_0(ji,jj)) &
484                           &    / (sshn(ji,jj+1) - sshn(ji,jj  )) )
485             ELSE
486               zcpy(ji,jj) = 0._wp
487             END IF
488           END DO
489        END DO
490        CALL lbc_lnk_multi( zcpx, 'U', 1., zcpy, 'V', 1. )
491      END IF
492
493      ! Surface value
494      DO jj = 2, jpjm1
495         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
496            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
497            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * (  e3w_n(ji+1,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji+1,jj  ,1) )    &
498               &                      - e3w_n(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
499            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * (  e3w_n(ji  ,jj+1,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj+1,1) )    &
500               &                      - e3w_n(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
501            ! s-coordinate pressure gradient correction
502            zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
503               &           * ( gde3w_n(ji+1,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
504            zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
505               &           * ( gde3w_n(ji,jj+1,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
506            !
507            IF( ln_wd_il ) THEN
508               zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
509               zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
510               zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
511               zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
512            ENDIF
513            !
514            ! add to the general momentum trend
515            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
516            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
517         END DO
518      END DO
519
520      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
521      DO jk = 2, jpkm1
522         DO jj = 2, jpjm1
523            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
524               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
525               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)   &
526                  &           * (  e3w_n(ji+1,jj,jk) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad )   &
527                  &              - e3w_n(ji  ,jj,jk) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad )  )
528               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)   &
529                  &           * (  e3w_n(ji,jj+1,jk) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad )   &
530                  &              - e3w_n(ji,jj  ,jk) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad )  )
531               ! s-coordinate pressure gradient correction
532               zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj  ,jk) + rhd    (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
533                  &           * ( gde3w_n(ji+1,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) * r1_e1u(ji,jj)
534               zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji  ,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
535                  &           * ( gde3w_n(ji  ,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) * r1_e2v(ji,jj)
536               !
537               IF( ln_wd_il ) THEN
538                  zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
539                  zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
540                  zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
541                  zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
542               ENDIF
543               !
544               ! add to the general momentum trend
545               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
546               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
547            END DO
548         END DO
549      END DO
550      !
551   END SUBROUTINE hpg_sco
552
553
554   SUBROUTINE hpg_isf( kt )
555      !!---------------------------------------------------------------------
556      !!                  ***  ROUTINE hpg_isf  ***
557      !!
558      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
559      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
560      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
561      !!      density gradient along the model level from the suface to that
562      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
563      !!      to the horizontal pressure gradient :
564      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
565      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
566      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
567      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
568      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
569      !!      iceload is added and partial cell case are added to the top and bottom
570      !!     
571      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
572      !!----------------------------------------------------------------------
573      USE scoce, ONLY : zhpi => scr1, zhpj => scr2, &
574                       zrhdtop_oce => scr2D1,      &
575                       zts_top => scr3D1
576      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
577      !!
578      INTEGER  ::   ji, jj, jk, ikt, iktp1i, iktp1j   ! dummy loop indices
579      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad          ! temporary scalars
580!     REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpts) ::  zts_top
581      !!----------------------------------------------------------------------
582      !
583      zcoef0 = - grav * 0.5_wp   ! Local constant initialization
584      !
585      znad=1._wp                 ! To use density and not density anomaly
586      !
587      !                          ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
588      zhpi(:,:,:) = 0._wp   ;   zhpj(:,:,:) = 0._wp
589
590      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
591      ! usefull to reduce residual current in the test case ISOMIP with no melting
592      DO ji = 1, jpi
593        DO jj = 1, jpj
594          ikt = mikt(ji,jj)
595          zts_top(ji,jj,1) = tsn(ji,jj,ikt,1)
596          zts_top(ji,jj,2) = tsn(ji,jj,ikt,2)
597        END DO
598      END DO
599      CALL eos( zts_top, risfdep, zrhdtop_oce )
600
601!==================================================================================     
602!===== Compute surface value =====================================================
603!==================================================================================
604      DO jj = 2, jpjm1
605         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
606            ikt    = mikt(ji,jj)
607            iktp1i = mikt(ji+1,jj)
608            iktp1j = mikt(ji,jj+1)
609            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
610            ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
611            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( 0.5_wp * e3w_n(ji+1,jj,iktp1i)                                    &
612               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji+1,jj,iktp1i) + zrhdtop_oce(ji+1,jj) )   &
613               &                                  - 0.5_wp * e3w_n(ji,jj,ikt)                                         &
614               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji,jj,ikt) + zrhdtop_oce(ji,jj) )          &
615               &                                  + ( riceload(ji+1,jj) - riceload(ji,jj))                            ) 
616            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( 0.5_wp * e3w_n(ji,jj+1,iktp1j)                                    &
617               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji,jj+1,iktp1j) + zrhdtop_oce(ji,jj+1) )   &
618               &                                  - 0.5_wp * e3w_n(ji,jj,ikt)                                         & 
619               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji,jj,ikt) + zrhdtop_oce(ji,jj) )          &
620               &                                  + ( riceload(ji,jj+1) - riceload(ji,jj))                            ) 
621            ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
622            zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
623               &           * ( gde3w_n(ji+1,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
624            zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
625               &           * ( gde3w_n(ji,jj+1,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
626            ! add to the general momentum trend
627            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
628            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
629         END DO
630      END DO
631!==================================================================================     
632!===== Compute interior value =====================================================
633!==================================================================================
634      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
635      DO jk = 2, jpkm1
636         DO jj = 2, jpjm1
637            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
638               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
639               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
640                  &           * (  e3w_n(ji+1,jj,jk) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji+1,jj,jk)   &
641                  &              - e3w_n(ji  ,jj,jk) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji  ,jj,jk)   )
642               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
643                  &           * (  e3w_n(ji,jj+1,jk) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji,jj+1,jk)   &
644                  &              - e3w_n(ji,jj  ,jk) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji,jj  ,jk)   )
645               ! s-coordinate pressure gradient correction
646               zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
647                  &           * ( gde3w_n(ji+1,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
648               zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
649                  &           * ( gde3w_n(ji  ,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
650               ! add to the general momentum trend
651               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + (zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
652               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + (zhpj(ji,jj,jk) + zvap) * vmask(ji,jj,jk)
653            END DO
654         END DO
655      END DO
656      !
657   END SUBROUTINE hpg_isf
658
659
660   SUBROUTINE hpg_djc( kt )
661      !!---------------------------------------------------------------------
662      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
663      !!
664      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
665      !!
666      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
667      !!----------------------------------------------------------------------
668      USE scoce, ONLY : zcpx => scr2D1, zcpy => scr2D2
669      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
670      !!
671      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
672      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
673      REAL(wp) ::   z1_10, cffu, cffx   !    "         "
674      REAL(wp) ::   z1_12, cffv, cffy   !    "         "
675      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2    ! local logical variables
676      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zhpi, zhpj
677      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   dzx, dzy, dzz, dzu, dzv, dzw
678      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow
679      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   rho_i, rho_j, rho_k
680      !!----------------------------------------------------------------------
681      !
682      IF( ln_wd_il ) THEN
683        DO jj = 2, jpjm1
684           DO ji = 2, jpim1 
685             ll_tmp1 = MIN(  sshn(ji,jj)              ,  sshn(ji+1,jj) ) >                &
686                  &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
687                  &    MAX(  sshn(ji,jj) + ht_0(ji,jj),  sshn(ji+1,jj) + ht_0(ji+1,jj) )  &
688                  &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
689             ll_tmp2 = ( ABS( sshn(ji,jj)             -  sshn(ji+1,jj) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
690                  &    MAX(   sshn(ji,jj)             ,  sshn(ji+1,jj) ) >                &
691                  &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
692             IF(ll_tmp1) THEN
693               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
694             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
695               ! no worries about  sshn(ji+1,jj) -  sshn(ji  ,jj) = 0, it won't happen ! here
696               zcpx(ji,jj) = ABS( (sshn(ji+1,jj) + ht_0(ji+1,jj) - sshn(ji,jj) - ht_0(ji,jj)) &
697                           &    / (sshn(ji+1,jj) - sshn(ji  ,jj)) )
698             ELSE
699               zcpx(ji,jj) = 0._wp
700             END IF
701     
702             ll_tmp1 = MIN(  sshn(ji,jj)              ,  sshn(ji,jj+1) ) >                &
703                  &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
704                  &    MAX(  sshn(ji,jj) + ht_0(ji,jj),  sshn(ji,jj+1) + ht_0(ji,jj+1) )  &
705                  &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
706             ll_tmp2 = ( ABS( sshn(ji,jj)             -  sshn(ji,jj+1) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
707                  &    MAX(   sshn(ji,jj)             ,  sshn(ji,jj+1) ) >                &
708                  &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
709
710             IF(ll_tmp1) THEN
711               zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
712             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
713               ! no worries about  sshn(ji,jj+1) -  sshn(ji,jj  ) = 0, it won't happen ! here
714               zcpy(ji,jj) = ABS( (sshn(ji,jj+1) + ht_0(ji,jj+1) - sshn(ji,jj) - ht_0(ji,jj)) &
715                           &    / (sshn(ji,jj+1) - sshn(ji,jj  )) )
716             ELSE
717               zcpy(ji,jj) = 0._wp
718             END IF
719           END DO
720        END DO
721        CALL lbc_lnk_multi( zcpx, 'U', 1., zcpy, 'V', 1. )
722      END IF
723
724      IF( kt == nit000 ) THEN
725         IF(lwp) WRITE(numout,*)
726         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
727         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
728      ENDIF
729
730      ! Local constant initialization
731      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
732      z1_10  = 1._wp / 10._wp
733      z1_12  = 1._wp / 12._wp
734
735      !----------------------------------------------------------------------------------------
736      !  compute and store in provisional arrays elementary vertical and horizontal differences
737      !----------------------------------------------------------------------------------------
738
739!!bug gm   Not a true bug, but... dzz=e3w  for dzx, dzy verify what it is really
740
741      DO jk = 2, jpkm1
742         DO jj = 2, jpjm1
743            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
744               drhoz(ji,jj,jk) = rhd    (ji  ,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1)
745               dzz  (ji,jj,jk) = gde3w_n(ji  ,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk-1)
746               drhox(ji,jj,jk) = rhd    (ji+1,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk  )
747               dzx  (ji,jj,jk) = gde3w_n(ji+1,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk  )
748               drhoy(ji,jj,jk) = rhd    (ji  ,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk  )
749               dzy  (ji,jj,jk) = gde3w_n(ji  ,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk  )
750            END DO
751         END DO
752      END DO
753
754      !-------------------------------------------------------------------------
755      ! compute harmonic averages using eq. 5.18
756      !-------------------------------------------------------------------------
757      zep = 1.e-15
758
759!!bug  gm  drhoz not defined at level 1 and used (jk-1 with jk=2)
760!!bug  gm  idem for drhox, drhoy et ji=jpi and jj=jpj
761
762      DO jk = 2, jpkm1
763         DO jj = 2, jpjm1
764            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
765               cffw = 2._wp * drhoz(ji  ,jj  ,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)
766
767               cffu = 2._wp * drhox(ji+1,jj  ,jk) * drhox(ji,jj,jk  )
768               cffx = 2._wp * dzx  (ji+1,jj  ,jk) * dzx  (ji,jj,jk  )
769
770               cffv = 2._wp * drhoy(ji  ,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk  )
771               cffy = 2._wp * dzy  (ji  ,jj+1,jk) * dzy  (ji,jj,jk  )
772
773               IF( cffw > zep) THEN
774                  drhow(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoz(ji,jj,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)   &
775                     &                    / ( drhoz(ji,jj,jk) + drhoz(ji,jj,jk-1) )
776               ELSE
777                  drhow(ji,jj,jk) = 0._wp
778               ENDIF
779
780               dzw(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzz(ji,jj,jk) * dzz(ji,jj,jk-1)   &
781                  &                  / ( dzz(ji,jj,jk) + dzz(ji,jj,jk-1) )
782
783               IF( cffu > zep ) THEN
784                  drhou(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhox(ji+1,jj,jk) * drhox(ji,jj,jk)   &
785                     &                    / ( drhox(ji+1,jj,jk) + drhox(ji,jj,jk) )
786               ELSE
787                  drhou(ji,jj,jk ) = 0._wp
788               ENDIF
789
790               IF( cffx > zep ) THEN
791                  dzu(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzx(ji+1,jj,jk) * dzx(ji,jj,jk)   &
792                     &                  / ( dzx(ji+1,jj,jk) + dzx(ji,jj,jk) )
793               ELSE
794                  dzu(ji,jj,jk) = 0._wp
795               ENDIF
796
797               IF( cffv > zep ) THEN
798                  drhov(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoy(ji,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk)   &
799                     &                    / ( drhoy(ji,jj+1,jk) + drhoy(ji,jj,jk) )
800               ELSE
801                  drhov(ji,jj,jk) = 0._wp
802               ENDIF
803
804               IF( cffy > zep ) THEN
805                  dzv(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzy(ji,jj+1,jk) * dzy(ji,jj,jk)   &
806                     &                  / ( dzy(ji,jj+1,jk) + dzy(ji,jj,jk) )
807               ELSE
808                  dzv(ji,jj,jk) = 0._wp
809               ENDIF
810
811            END DO
812         END DO
813      END DO
814
815      !----------------------------------------------------------------------------------
816      ! apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
817      !----------------------------------------------------------------------------------
818      drhow(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:, 2 ) - drhoz(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,  2  )
819      drhou(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhox(:,:, 2 ) - drhox(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,  2  )
820      drhov(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:, 2 ) - drhoy(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,  2  )
821
822      drhow(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:,jpk) - drhoz(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,jpkm1)
823      drhou(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhox(:,:,jpk) - drhox(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,jpkm1)
824      drhov(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:,jpk) - drhoy(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,jpkm1)
825
826
827      !--------------------------------------------------------------
828      ! Upper half of top-most grid box, compute and store
829      !-------------------------------------------------------------
830
831!!bug gm   :  e3w-gde3w = 0.5*e3w  ....  and gde3w(2)-gde3w(1)=e3w(2) ....   to be verified
832!          true if gde3w is really defined as the sum of the e3w scale factors as, it seems to me, it should be
833
834      DO jj = 2, jpjm1
835         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
836            rho_k(ji,jj,1) = -grav * ( e3w_n(ji,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) )               &
837               &                   * (  rhd(ji,jj,1)                                     &
838               &                     + 0.5_wp * ( rhd    (ji,jj,2) - rhd    (ji,jj,1) )  &
839               &                              * ( e3w_n  (ji,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) )  &
840               &                              / ( gde3w_n(ji,jj,2) - gde3w_n(ji,jj,1) )  )
841         END DO
842      END DO
843
844!!bug gm    : here also, simplification is possible
845!!bug gm    : optimisation: 1/10 and 1/12 the division should be done before the loop
846
847      DO jk = 2, jpkm1
848         DO jj = 2, jpjm1
849            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
850
851               rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk-1) )                                   &
852                  &                     * ( gde3w_n(ji,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk-1) )                                   &
853                  &            - grav * z1_10 * (                                                                   &
854                  &     ( drhow  (ji,jj,jk) - drhow  (ji,jj,jk-1) )                                                     &
855                  &   * ( gde3w_n(ji,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( dzw  (ji,jj,jk) + dzw  (ji,jj,jk-1) ) )   &
856                  &   - ( dzw    (ji,jj,jk) - dzw    (ji,jj,jk-1) )                                                     &
857                  &   * ( rhd    (ji,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( drhow(ji,jj,jk) + drhow(ji,jj,jk-1) ) )   &
858                  &                             )
859
860               rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                   &
861                  &                     * ( gde3w_n(ji+1,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) )                                   &
862                  &            - grav* z1_10 * (                                                                    &
863                  &     ( drhou  (ji+1,jj,jk) - drhou  (ji,jj,jk) )                                                     &
864                  &   * ( gde3w_n(ji+1,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzu  (ji+1,jj,jk) + dzu  (ji,jj,jk) ) )   &
865                  &   - ( dzu    (ji+1,jj,jk) - dzu    (ji,jj,jk) )                                                     &
866                  &   * ( rhd    (ji+1,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhou(ji+1,jj,jk) + drhou(ji,jj,jk) ) )   &
867                  &                            )
868
869               rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                 &
870                  &                     * ( gde3w_n(ji,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) )                                   &
871                  &            - grav* z1_10 * (                                                                    &
872                  &     ( drhov  (ji,jj+1,jk) - drhov  (ji,jj,jk) )                                                     &
873                  &   * ( gde3w_n(ji,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzv  (ji,jj+1,jk) + dzv  (ji,jj,jk) ) )   &
874                  &   - ( dzv    (ji,jj+1,jk) - dzv    (ji,jj,jk) )                                                     &
875                  &   * ( rhd    (ji,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhov(ji,jj+1,jk) + drhov(ji,jj,jk) ) )   &
876                  &                            )
877
878            END DO
879         END DO
880      END DO
881      CALL lbc_lnk_multi( rho_k, 'W', 1., rho_i, 'U', 1., rho_j, 'V', 1. )
882
883      ! ---------------
884      !  Surface value
885      ! ---------------
886      DO jj = 2, jpjm1
887         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
888            zhpi(ji,jj,1) = ( rho_k(ji+1,jj  ,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_i(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
889            zhpj(ji,jj,1) = ( rho_k(ji  ,jj+1,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_j(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
890            IF( ln_wd_il ) THEN
891              zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
892              zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
893            ENDIF
894            ! add to the general momentum trend
895            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
896            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
897         END DO
898      END DO
899
900      ! ----------------
901      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
902      ! ----------------
903      DO jk = 2, jpkm1
904         DO jj = 2, jpjm1
905            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
906               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
907               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                &
908                  &           + (  ( rho_k(ji+1,jj,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
909                  &              - ( rho_i(ji  ,jj,jk) - rho_i(ji,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
910               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                &
911                  &           + (  ( rho_k(ji,jj+1,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
912                  &               -( rho_j(ji,jj  ,jk) - rho_j(ji,jj,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
913               IF( ln_wd_il ) THEN
914                 zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
915                 zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
916               ENDIF
917               ! add to the general momentum trend
918               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
919               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
920            END DO
921         END DO
922      END DO
923      !
924   END SUBROUTINE hpg_djc
925
926
927   SUBROUTINE hpg_prj( kt )
928      !!---------------------------------------------------------------------
929      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
930      !!
931      !! ** Method  :   s-coordinate case.
932      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
933      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
934      !!      all vertical coordinate systems
935      !!
936      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
937      !!----------------------------------------------------------------------
938      USE scoce, ONLY : zdept => scr1, zrhh => scr2,                          &
939                       zhpi => scr3, zu => scr4, zv => scr5, fsp => scr6,    &
940                       xsp => scr7, asp => scr8, bsp => scr9,                &
941                       csp => scr10, dsp => scr11,                           &
942                       zsshu_n => scr2D1, zsshv_n => scr2D2, &
943                       zcpx => scr2D3, zcpy => scr2D4
944      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
945      INTEGER, INTENT(in) ::   kt                   ! ocean time-step index
946      !!
947      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
948      REAL(wp) ::   zcoef0, znad                    ! local scalars
949      !
950      !! The local variables for the correction term
951      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
952      LOGICAL  :: ll_tmp1, ll_tmp2                  ! local logical variables
953      REAL(wp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
954      REAL(wp) :: zrhdt1
955      REAL(wp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
956      !!----------------------------------------------------------------------
957      !
958      IF( kt == nit000 ) THEN
959         IF(lwp) WRITE(numout,*)
960         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
961         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
962      ENDIF
963
964      ! Local constant initialization
965      zcoef0 = - grav
966      znad = 1._wp
967      IF( ln_linssh )   znad = 0._wp
968
969      IF( ln_wd_il ) THEN
970         DO jj = 2, jpjm1
971           DO ji = 2, jpim1 
972             ll_tmp1 = MIN(  sshn(ji,jj)              ,  sshn(ji+1,jj) ) >                &
973                  &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
974                  &    MAX(  sshn(ji,jj) + ht_0(ji,jj),  sshn(ji+1,jj) + ht_0(ji+1,jj) )  &
975                  &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
976             ll_tmp2 = ( ABS( sshn(ji,jj)             -  sshn(ji+1,jj) ) > 1.E-12 ) .AND. (         &
977                  &    MAX(   sshn(ji,jj)             ,  sshn(ji+1,jj) ) >                &
978                  &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
979
980             IF(ll_tmp1) THEN
981               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
982             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
983               ! no worries about  sshn(ji+1,jj) -  sshn(ji  ,jj) = 0, it won't happen ! here
984               zcpx(ji,jj) = ABS( (sshn(ji+1,jj) + ht_0(ji+1,jj) - sshn(ji,jj) - ht_0(ji,jj)) &
985                           &    / (sshn(ji+1,jj) -  sshn(ji  ,jj)) )
986             
987                zcpx(ji,jj) = max(min( zcpx(ji,jj) , 1.0_wp),0.0_wp)
988             ELSE
989               zcpx(ji,jj) = 0._wp
990             END IF
991     
992             ll_tmp1 = MIN(  sshn(ji,jj)              ,  sshn(ji,jj+1) ) >                &
993                  &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
994                  &    MAX(  sshn(ji,jj) + ht_0(ji,jj),  sshn(ji,jj+1) + ht_0(ji,jj+1) )  &
995                  &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
996             ll_tmp2 = ( ABS( sshn(ji,jj)             -  sshn(ji,jj+1) ) > 1.E-12 ) .AND. (      &
997                  &    MAX(   sshn(ji,jj)             ,  sshn(ji,jj+1) ) >                &
998                  &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
999
1000             IF(ll_tmp1) THEN
1001               zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
1002             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
1003               ! no worries about  sshn(ji,jj+1) -  sshn(ji,jj  ) = 0, it won't happen ! here
1004               zcpy(ji,jj) = ABS( (sshn(ji,jj+1) + ht_0(ji,jj+1) - sshn(ji,jj) - ht_0(ji,jj)) &
1005                           &    / (sshn(ji,jj+1) - sshn(ji,jj  )) )
1006                zcpy(ji,jj) = max(min( zcpy(ji,jj) , 1.0_wp),0.0_wp)
1007
1008               ELSE
1009                  zcpy(ji,jj) = 0._wp
1010               ENDIF
1011            END DO
1012         END DO
1013         CALL lbc_lnk_multi( zcpx, 'U', 1., zcpy, 'V', 1. )
1014      ENDIF
1015
1016      ! Clean 3-D work arrays
1017      zhpi(:,:,:) = 0._wp
1018      zrhh(:,:,:) = rhd(:,:,:)
1019
1020      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
1021      DO jj = 1, jpj
1022        DO ji = 1, jpi
1023          jk = mbkt(ji,jj)+1
1024          IF(     jk <=  0   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,    :   ) = 0._wp
1025          ELSEIF( jk ==  1   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
1026          ELSEIF( jk < jpkm1 ) THEN
1027             DO jkk = jk+1, jpk
1028                zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(gde3w_n(ji,jj,jkk  ), gde3w_n(ji,jj,jkk-1),   &
1029                   &                      gde3w_n(ji,jj,jkk-2), rhd    (ji,jj,jkk-1), rhd(ji,jj,jkk-2))
1030             END DO
1031          ENDIF
1032        END DO
1033      END DO
1034
1035      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1036      DO jj = 1, jpj
1037         DO ji = 1, jpi
1038            zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * e3w_n(ji,jj,1) - sshn(ji,jj) * znad
1039         END DO
1040      END DO
1041
1042      DO jk = 2, jpk
1043         DO jj = 1, jpj
1044            DO ji = 1, jpi
1045               zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + e3w_n(ji,jj,jk)
1046            END DO
1047         END DO
1048      END DO
1049
1050      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1051      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1052
1053      ! Construct the vertical density profile with the
1054      ! constrained cubic spline interpolation
1055      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1056      CALL cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1057
1058      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1059      DO jj = 2, jpj
1060        DO ji = 2, jpi
1061          zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3( zdept(ji,jj,1), asp(ji,jj,1), bsp(ji,jj,1),  &
1062             &                                              csp(ji,jj,1), dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * e3w_n(ji,jj,1)
1063
1064          ! assuming linear profile across the top half surface layer
1065          zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * e3w_n(ji,jj,1) * zrhdt1
1066        END DO
1067      END DO
1068
1069      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1070      DO jk = 2, jpkm1
1071        DO jj = 2, jpj
1072          DO ji = 2, jpi
1073            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                                  &
1074               &             integ_spline( zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),   &
1075               &                           asp  (ji,jj,jk-1), bsp  (ji,jj,jk-1), &
1076               &                           csp  (ji,jj,jk-1), dsp  (ji,jj,jk-1)  )
1077          END DO
1078        END DO
1079      END DO
1080
1081      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1082
1083      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1084      DO jj = 2, jpjm1
1085        DO ji = 2, jpim1
1086!!gm BUG ?    if it is ssh at u- & v-point then it should be:
1087!          zsshu_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e1e2t(ji+1,jj) * sshn(ji+1,jj)) * &
1088!                         & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1089!          zsshv_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e1e2t(ji,jj+1) * sshn(ji,jj+1)) * &
1090!                         & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1091!!gm not this:
1092          zsshu_n(ji,jj) = (e1e2u(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e1e2u(ji+1, jj) * sshn(ji+1,jj)) * &
1093                         & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1094          zsshv_n(ji,jj) = (e1e2v(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e1e2v(ji+1, jj) * sshn(ji,jj+1)) * &
1095                         & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1096        END DO
1097      END DO
1098
1099      CALL lbc_lnk_multi (zsshu_n, 'U', 1., zsshv_n, 'V', 1. )
1100
1101      DO jj = 2, jpjm1
1102        DO ji = 2, jpim1
1103          zu(ji,jj,1) = - ( e3u_n(ji,jj,1) - zsshu_n(ji,jj) * znad) 
1104          zv(ji,jj,1) = - ( e3v_n(ji,jj,1) - zsshv_n(ji,jj) * znad)
1105        END DO
1106      END DO
1107
1108      DO jk = 2, jpkm1
1109        DO jj = 2, jpjm1
1110          DO ji = 2, jpim1
1111            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1) - e3u_n(ji,jj,jk)
1112            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1) - e3v_n(ji,jj,jk)
1113          END DO
1114        END DO
1115      END DO
1116
1117      DO jk = 1, jpkm1
1118        DO jj = 2, jpjm1
1119          DO ji = 2, jpim1
1120            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3u_n(ji,jj,jk)
1121            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3v_n(ji,jj,jk)
1122          END DO
1123        END DO
1124      END DO
1125
1126      DO jk = 1, jpkm1
1127        DO jj = 2, jpjm1
1128          DO ji = 2, jpim1
1129            zu(ji,jj,jk) = MIN(  zu(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1130            zu(ji,jj,jk) = MAX(  zu(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1131            zv(ji,jj,jk) = MIN(  zv(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1132            zv(ji,jj,jk) = MAX(  zv(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1133          END DO
1134        END DO
1135      END DO
1136
1137
1138      DO jk = 1, jpkm1
1139        DO jj = 2, jpjm1
1140          DO ji = 2, jpim1
1141            zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1142            zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1143            zuijk = zu(ji,jj,jk)
1144            zvijk = zv(ji,jj,jk)
1145
1146            !!!!!     for u equation
1147            IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1148               IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1149                 jis = ji + 1; jid = ji
1150               ELSE
1151                 jis = ji;     jid = ji +1
1152               ENDIF
1153
1154               ! integrate the pressure on the shallow side
1155               jk1 = jk
1156               DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1157                 IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1158                   zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1159                   EXIT
1160                 ENDIF
1161                 zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1162                 zpwes = zpwes +                                    &
1163                      integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1164                             asp(jis,jj,jk1),    bsp(jis,jj,jk1), &
1165                             csp(jis,jj,jk1),    dsp(jis,jj,jk1))
1166                 jk1 = jk1 + 1
1167               END DO
1168
1169               ! integrate the pressure on the deep side
1170               jk1 = jk
1171               DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1172                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1173                   zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, sshn(jid,jj)*znad)
1174                   zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1175                                                     bsp(jid,jj,1),   csp(jid,jj,1), &
1176                                                     dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1177                   zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1178                   EXIT
1179                 ENDIF
1180                 zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1181                 zpwed = zpwed +                                        &
1182                        integ_spline(zdeps,              zdept(jid,jj,jk1), &
1183                               asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1184                               csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1185                 jk1 = jk1 - 1
1186               END DO
1187
1188               ! update the momentum trends in u direction
1189
1190               zdpdx1 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * ( zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1191               IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1192                 zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * &
1193                    &    ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (sshn(ji+1,jj)-sshn(ji,jj)) )
1194                ELSE
1195                 zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1196               ENDIF
1197               IF( ln_wd_il ) THEN
1198                  zdpdx1 = zdpdx1 * zcpx(ji,jj) * wdrampu(ji,jj)
1199                  zdpdx2 = zdpdx2 * zcpx(ji,jj) * wdrampu(ji,jj)
1200               ENDIF
1201               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + (zdpdx1 + zdpdx2) * umask(ji,jj,jk) 
1202            ENDIF
1203
1204            !!!!!     for v equation
1205            IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
1206               IF( -zdept(ji,jj+1,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1207                 jjs = jj + 1; jjd = jj
1208               ELSE
1209                 jjs = jj    ; jjd = jj + 1
1210               ENDIF
1211
1212               ! integrate the pressure on the shallow side
1213               jk1 = jk
1214               DO WHILE ( -zdept(ji,jjs,jk1) > zvijk )
1215                 IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
1216                   zvijk = -zdept(ji,jjs,jk1)
1217                   EXIT
1218                 ENDIF
1219                 zdeps = MIN(zdept(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
1220                 zpnss = zpnss +                                      &
1221                        integ_spline(zdept(ji,jjs,jk1), zdeps,            &
1222                               asp(ji,jjs,jk1),    bsp(ji,jjs,jk1), &
1223                               csp(ji,jjs,jk1),    dsp(ji,jjs,jk1) )
1224                 jk1 = jk1 + 1
1225               END DO
1226
1227               ! integrate the pressure on the deep side
1228               jk1 = jk
1229               DO WHILE ( -zdept(ji,jjd,jk1) < zvijk )
1230                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1231                   zdeps = zdept(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, sshn(ji,jjd)*znad)
1232                   zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdept(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
1233                                                     bsp(ji,jjd,1),   csp(ji,jjd,1), &
1234                                                     dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
1235                   zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
1236                   EXIT
1237                 ENDIF
1238                 zdeps = MAX(zdept(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
1239                 zpnsd = zpnsd +                                        &
1240                        integ_spline(zdeps,              zdept(ji,jjd,jk1), &
1241                               asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1), &
1242                               csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
1243                 jk1 = jk1 - 1
1244               END DO
1245
1246
1247               ! update the momentum trends in v direction
1248
1249               zdpdy1 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * ( zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1250               IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1251                  zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * &
1252                          ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (sshn(ji,jj+1)-sshn(ji,jj)) )
1253               ELSE
1254                  zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1255               ENDIF
1256               IF( ln_wd_il ) THEN
1257                  zdpdy1 = zdpdy1 * zcpy(ji,jj) * wdrampv(ji,jj) 
1258                  zdpdy2 = zdpdy2 * zcpy(ji,jj) * wdrampv(ji,jj) 
1259               ENDIF
1260
1261               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + (zdpdy1 + zdpdy2) * vmask(ji,jj,jk)
1262            ENDIF
1263               !
1264            END DO
1265         END DO
1266      END DO
1267      !
1268   END SUBROUTINE hpg_prj
1269
1270
1271   SUBROUTINE cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1272      !!----------------------------------------------------------------------
1273      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1274      !!
1275      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1276      !!
1277      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1278      !!
1279      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1280      !!----------------------------------------------------------------------
1281      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   fsp, xsp           ! value and coordinate
1282      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of the interpoated function
1283      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   polynomial_type    ! 1: cubic spline   ;   2: Linear
1284      !
1285      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1286      INTEGER  ::   jpi, jpj, jpkm1
1287      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1288      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1289      REAL(wp) ::   zdf(size(fsp,3))
1290      !!----------------------------------------------------------------------
1291      !
1292!!gm  WHAT !!!!!   THIS IS VERY DANGEROUS !!!!! 
1293      jpi   = size(fsp,1)
1294      jpj   = size(fsp,2)
1295      jpkm1 = MAX( 1, size(fsp,3) - 1 )
1296      !
1297      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1298         DO ji = 1, jpi
1299            DO jj = 1, jpj
1300           !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1301           !    DO jk = 2, jpkm1-1
1302           !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1303           !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1304           !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1305           !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1306           !
1307           !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1308           !
1309           !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1310           !           zdf(jk) = 0._wp
1311           !       ELSE
1312           !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1313           !       ENDIF
1314           !    END DO
1315
1316           !!Simply geometric average
1317               DO jk = 2, jpkm1-1
1318                  zdf1 = (fsp(ji,jj,jk  ) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk  ) - xsp(ji,jj,jk-1))
1319                  zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk  )) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk  ))
1320
1321                  IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1322                     zdf(jk) = 0._wp
1323                  ELSE
1324                     zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1325                  ENDIF
1326               END DO
1327
1328               zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1329                          &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) )           -  0.5_wp * zdf(2)
1330               zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1331                          &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - 0.5_wp * zdf(jpkm1 - 1)
1332
1333               DO jk = 1, jpkm1 - 1
1334                 zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1335                 ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1336                 ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1337                 zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1338                 ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1339                 zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1340
1341                 dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1342                 csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1343                 bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1344                               & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1345                               & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1346                               &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1347                 asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1348                               &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1349                               &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1350               END DO
1351            END DO
1352         END DO
1353
1354      ELSEIF ( polynomial_type == 2 ) THEN     ! Linear
1355         DO ji = 1, jpi
1356            DO jj = 1, jpj
1357               DO jk = 1, jpkm1-1
1358                  zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1359                  ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1360
1361                  dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1362                  csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1363                  bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1364                  asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1365               END DO
1366            END DO
1367         END DO
1368         !
1369      ELSE
1370         CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1371      ENDIF
1372      !
1373   END SUBROUTINE cspline
1374
1375
1376   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1377      !!----------------------------------------------------------------------
1378      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1379      !!
1380      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1381      !!
1382      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1383      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1384      !!----------------------------------------------------------------------
1385      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1386      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1387      REAL(wp)             ::  zdeltx
1388      !!----------------------------------------------------------------------
1389      !
1390      zdeltx = xr - xl
1391      IF( abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x) ) THEN
1392         f = 0.5_wp * (fl + fr)
1393      ELSE
1394         f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1395      ENDIF
1396      !
1397   END FUNCTION interp1
1398
1399
1400   FUNCTION interp2( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1401      !!----------------------------------------------------------------------
1402      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1403      !!
1404      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1405      !!
1406      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1407      !!
1408      !!----------------------------------------------------------------------
1409      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1410      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1411      !!----------------------------------------------------------------------
1412      !
1413      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1414      !
1415   END FUNCTION interp2
1416
1417
1418   FUNCTION interp3( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1419      !!----------------------------------------------------------------------
1420      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1421      !!
1422      !! ** Purpose :   Calculate the first order of derivative of
1423      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1424      !!
1425      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1426      !!
1427      !!----------------------------------------------------------------------
1428      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1429      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1430      !!----------------------------------------------------------------------
1431      !
1432      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1433      !
1434   END FUNCTION interp3
1435
1436
1437   FUNCTION integ_spline( xl, xr, a, b, c, d )  RESULT(f)
1438      !!----------------------------------------------------------------------
1439      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1440      !!
1441      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1442      !!
1443      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1444      !!
1445      !!----------------------------------------------------------------------
1446      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1447      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3
1448      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1449      !!----------------------------------------------------------------------
1450      !
1451      za1 = 0.5_wp * b
1452      za2 = c / 3.0_wp
1453      za3 = 0.25_wp * d
1454      !
1455      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1456         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1457      !
1458   END FUNCTION integ_spline
1459
1460   !!======================================================================
1461END MODULE dynhpg
1462
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.