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/trunk/src/OCE/DYN – NEMO

source: NEMO/trunk/src/OCE/DYN/dynhpg.F90

Last change on this file was 15529, checked in by techene, 2 years ago

#2695 : isf+qco are now compatible

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 75.8 KB
Line 
1MODULE dynhpg
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynhpg  ***
4   !! Ocean dynamics:  hydrostatic pressure gradient trend
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  !  1987-09  (P. Andrich, M.-A. Foujols)  hpg_zco: Original code
7   !!            5.0  !  1991-11  (G. Madec)
8   !!            7.0  !  1996-01  (G. Madec)  hpg_sco: Original code for s-coordinates
9   !!            8.0  !  1997-05  (G. Madec)  split dynber into dynkeg and dynhpg
10   !!            8.5  !  2002-07  (G. Madec)  F90: Free form and module
11   !!            8.5  !  2002-08  (A. Bozec)  hpg_zps: Original code
12   !!   NEMO     1.0  !  2005-10  (A. Beckmann, B.W. An)  various s-coordinate options
13   !!                 !         Original code for hpg_ctl, hpg_hel hpg_wdj, hpg_djc, hpg_rot
14   !!             -   !  2005-11  (G. Madec) style & small optimisation
15   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
16   !!            3.4  !  2011-11  (H. Liu) hpg_prj: Original code for s-coordinates
17   !!                 !           (A. Coward) suppression of hel, wdj and rot options
18   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) hpg_isf: original code for ice shelf cavity
19   !!            4.2  !  2020-12  (M. Bell, A. Young) hpg_djc: revised djc scheme
20   !!----------------------------------------------------------------------
21
22   !!----------------------------------------------------------------------
23   !!   dyn_hpg      : update the momentum trend with the now horizontal
24   !!                  gradient of the hydrostatic pressure
25   !!   dyn_hpg_init : initialisation and control of options
26   !!       hpg_zco  : z-coordinate scheme
27   !!       hpg_zps  : z-coordinate plus partial steps (interpolation)
28   !!       hpg_sco  : s-coordinate (standard jacobian formulation)
29   !!       hpg_isf  : s-coordinate (sco formulation) adapted to ice shelf
30   !!       hpg_djc  : s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
31   !!       hpg_prj  : s-coordinate (Pressure Jacobian with Cubic polynomial)
32   !!----------------------------------------------------------------------
33   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
34   USE isf_oce , ONLY : risfload  ! ice shelf  (risfload variable)
35   USE isfload , ONLY : isf_load  ! ice shelf  (isf_load routine )
36   USE sbc_oce         ! surface variable (only for the flag with ice shelf)
37   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
38   USE wet_dry         ! wetting and drying
39   USE phycst          ! physical constants
40   USE trd_oce         ! trends: ocean variables
41   USE trddyn          ! trend manager: dynamics
42   USE zpshde          ! partial step: hor. derivative     (zps_hde routine)
43   !
44   USE in_out_manager  ! I/O manager
45   USE prtctl          ! Print control
46   USE lbclnk          ! lateral boundary condition
47   USE lib_mpp         ! MPP library
48   USE eosbn2          ! compute density
49   USE timing          ! Timing
50   USE iom
51
52   IMPLICIT NONE
53   PRIVATE
54
55   PUBLIC   dyn_hpg        ! routine called by step module
56   PUBLIC   dyn_hpg_init   ! routine called by opa module
57
58   !                                !!* Namelist namdyn_hpg : hydrostatic pressure gradient
59   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_zco   !: z-coordinate - full steps
60   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_zps   !: z-coordinate - partial steps (interpolation)
61   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_sco   !: s-coordinate (standard jacobian formulation)
62   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_djc   !: s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
63   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_prj   !: s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
64   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_hpg_isf   !: s-coordinate similar to sco modify for isf
65
66   !                                !! Flag to control the type of hydrostatic pressure gradient
67   INTEGER, PARAMETER ::   np_ERROR  =-10   ! error in specification of lateral diffusion
68   INTEGER, PARAMETER ::   np_zco    =  0   ! z-coordinate - full steps
69   INTEGER, PARAMETER ::   np_zps    =  1   ! z-coordinate - partial steps (interpolation)
70   INTEGER, PARAMETER ::   np_sco    =  2   ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
71   INTEGER, PARAMETER ::   np_djc    =  3   ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
72   INTEGER, PARAMETER ::   np_prj    =  4   ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
73   INTEGER, PARAMETER ::   np_isf    =  5   ! s-coordinate similar to sco modify for isf
74   !
75   INTEGER, PUBLIC  ::   nhpg         !: type of pressure gradient scheme used ! (deduced from ln_hpg_... flags) (PUBLIC for TAM)
76   !
77   LOGICAL          ::   ln_hpg_djc_vnh, ln_hpg_djc_vnv                 ! flag to specify hpg_djc boundary condition type
78   REAL(wp), PUBLIC ::   aco_bc_hor, bco_bc_hor, aco_bc_vrt, bco_bc_vrt !: coefficients for hpg_djc hor and vert boundary conditions
79
80   !! * Substitutions
81#  include "do_loop_substitute.h90"
82#  include "domzgr_substitute.h90"
83
84   !!----------------------------------------------------------------------
85   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
86   !! $Id$
87   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
88   !!----------------------------------------------------------------------
89CONTAINS
90
91   SUBROUTINE dyn_hpg( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
92      !!---------------------------------------------------------------------
93      !!                  ***  ROUTINE dyn_hpg  ***
94      !!
95      !! ** Method  :   Call the hydrostatic pressure gradient routine
96      !!              using the scheme defined in the namelist
97      !!
98      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
99      !!             - send trends to trd_dyn for futher diagnostics (l_trddyn=T)
100      !!----------------------------------------------------------------------
101      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
102      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
103      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
104      !
105      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::   ztrdu, ztrdv
106      !!----------------------------------------------------------------------
107      !
108      IF( ln_timing )   CALL timing_start('dyn_hpg')
109      !
110      IF( l_trddyn ) THEN                    ! Temporary saving of puu(:,:,:,Krhs) and pvv(:,:,:,Krhs) trends (l_trddyn)
111         ALLOCATE( ztrdu(jpi,jpj,jpk) , ztrdv(jpi,jpj,jpk) )
112         ztrdu(:,:,:) = puu(:,:,:,Krhs)
113         ztrdv(:,:,:) = pvv(:,:,:,Krhs)
114      ENDIF
115      !
116      SELECT CASE ( nhpg )      ! Hydrostatic pressure gradient computation
117      CASE ( np_zco )   ;   CALL hpg_zco    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! z-coordinate
118      CASE ( np_zps )   ;   CALL hpg_zps    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! z-coordinate plus partial steps (interpolation)
119      CASE ( np_sco )   ;   CALL hpg_sco    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
120      CASE ( np_djc )   ;   CALL hpg_djc    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
121      CASE ( np_prj )   ;   CALL hpg_prj    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
122      CASE ( np_isf )   ;   CALL hpg_isf    ( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )  ! s-coordinate similar to sco modify for ice shelf
123      END SELECT
124      !
125      IF( l_trddyn ) THEN      ! save the hydrostatic pressure gradient trends for momentum trend diagnostics
126         ztrdu(:,:,:) = puu(:,:,:,Krhs) - ztrdu(:,:,:)
127         ztrdv(:,:,:) = pvv(:,:,:,Krhs) - ztrdv(:,:,:)
128         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_hpg, kt, Kmm )
129         DEALLOCATE( ztrdu , ztrdv )
130      ENDIF
131      !
132      IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=puu(:,:,:,Krhs), clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
133         &                                  tab3d_2=pvv(:,:,:,Krhs), clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
134      !
135      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('dyn_hpg')
136      !
137   END SUBROUTINE dyn_hpg
138
139
140   SUBROUTINE dyn_hpg_init( Kmm )
141      !!----------------------------------------------------------------------
142      !!                 ***  ROUTINE dyn_hpg_init  ***
143      !!
144      !! ** Purpose :   initializations for the hydrostatic pressure gradient
145      !!              computation and consistency control
146      !!
147      !! ** Action  :   Read the namelist namdyn_hpg and check the consistency
148      !!      with the type of vertical coordinate used (zco, zps, sco)
149      !!----------------------------------------------------------------------
150      INTEGER, INTENT( in ) :: Kmm   ! ocean time level index
151      !
152      INTEGER ::   ioptio = 0      ! temporary integer
153      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
154      !!
155      INTEGER  ::   ji, jj, jk, ikt    ! dummy loop indices      ISF
156      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) ::  zts_top, zrhd   ! hypothesys on isf density
157      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::  zrhdtop_isf    ! density at bottom of ISF
158      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)   ::  ziceload       ! density at bottom of ISF
159      !!
160      NAMELIST/namdyn_hpg/ ln_hpg_zco, ln_hpg_zps, ln_hpg_sco,     &
161         &                 ln_hpg_djc, ln_hpg_prj, ln_hpg_isf,     &
162         &                 ln_hpg_djc_vnh, ln_hpg_djc_vnv
163      !!----------------------------------------------------------------------
164      !
165      READ  ( numnam_ref, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
166901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in reference namelist' )
167      !
168      READ  ( numnam_cfg, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
169902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in configuration namelist' )
170      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_hpg )
171      !
172      IF(lwp) THEN                   ! Control print
173         WRITE(numout,*)
174         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
175         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
176         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
177         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
178         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
179         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
180         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation) for isf  ln_hpg_isf    = ', ln_hpg_isf
181         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
182         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
183      ENDIF
184      !
185      IF( .NOT.ln_linssh .AND. (ln_hpg_zco.OR.ln_hpg_zps) )   &
186         &   CALL ctl_stop( 'dyn_hpg_init : non-linear free surface incompatible with hpg_zco or hpg_zps' )
187      !
188      IF( (.NOT.ln_hpg_isf .AND. ln_isfcav) .OR. (ln_hpg_isf .AND. .NOT.ln_isfcav) )                  &
189         &   CALL ctl_stop( 'dyn_hpg_init : ln_hpg_isf=T requires ln_isfcav=T and vice versa' ) 
190      !
191      !
192      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags & consistency check
193      nhpg   = np_ERROR
194      ioptio = 0
195      IF( ln_hpg_zco ) THEN   ;   nhpg = np_zco   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
196      IF( ln_hpg_zps ) THEN   ;   nhpg = np_zps   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
197      IF( ln_hpg_sco ) THEN   ;   nhpg = np_sco   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
198      IF( ln_hpg_djc ) THEN   ;   nhpg = np_djc   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
199      IF( ln_hpg_prj ) THEN   ;   nhpg = np_prj   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
200      IF( ln_hpg_isf ) THEN   ;   nhpg = np_isf   ;   ioptio = ioptio +1   ;   ENDIF
201      !
202      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
203      !
204      IF(lwp) THEN
205         WRITE(numout,*)
206         SELECT CASE( nhpg )
207         CASE( np_zco )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   z-coord. - full steps '
208         CASE( np_zps )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   z-coord. - partial steps (interpolation)'
209         CASE( np_sco )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (standard jacobian formulation)'
210         CASE( np_djc )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)'
211         CASE( np_prj )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)'
212         CASE( np_isf )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   s-coord. (standard jacobian formulation) for isf'
213         END SELECT
214         WRITE(numout,*)
215      ENDIF
216      !                         
217      IF ( ln_hpg_djc ) THEN
218         IF (ln_hpg_djc_vnh) THEN ! Von Neumann boundary condition
219           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           horizontal bc: von Neumann '
220           aco_bc_hor = 6.0_wp/5.0_wp
221           bco_bc_hor = 7.0_wp/15.0_wp
222         ELSE ! Linear extrapolation
223           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           horizontal bc: linear extrapolation'
224           aco_bc_hor = 3.0_wp/2.0_wp
225           bco_bc_hor = 1.0_wp/2.0_wp
226         END IF
227         IF (ln_hpg_djc_vnv) THEN ! Von Neumann boundary condition
228           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           vertical bc: von Neumann '
229           aco_bc_vrt = 6.0_wp/5.0_wp
230           bco_bc_vrt = 7.0_wp/15.0_wp
231         ELSE ! Linear extrapolation
232           IF(lwp) WRITE(numout,*) '           vertical bc: linear extrapolation'
233           aco_bc_vrt = 3.0_wp/2.0_wp
234           bco_bc_vrt = 1.0_wp/2.0_wp
235         END IF
236      END IF
237      !
238   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
239
240
241   SUBROUTINE hpg_zco( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
242      !!---------------------------------------------------------------------
243      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
244      !!
245      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
246      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
247      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
248      !!      density gradient along the model level from the suface to that
249      !!      level:    zhpi = grav .....
250      !!                zhpj = grav .....
251      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
252      !!            puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
253      !!            pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
254      !!
255      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
256      !!----------------------------------------------------------------------
257      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
258      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
259      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
260      !
261      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
262      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
263      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls)) ::  zhpi, zhpj
264      !!----------------------------------------------------------------------
265      !
266      IF( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
267         IF( kt == nit000 ) THEN
268            IF(lwp) WRITE(numout,*)
269            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
270            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
271         ENDIF
272      ENDIF
273      !
274      zcoef0 = - grav * 0.5_wp            ! Local constant initialization
275      !
276      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )                 ! Surface value
277         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,1,Kmm)
278         !                                   ! hydrostatic pressure gradient
279         zhpi(ji,jj) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
280         zhpj(ji,jj) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
281         !                                   ! add to the general momentum trend
282         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj)
283         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj)
284      END_2D
285      !
286      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )        ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
287         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,jk,Kmm)
288         !                                   ! hydrostatic pressure gradient
289         zhpi(ji,jj) = zhpi(ji,jj) + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )  &
290            &                                  - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
291
292         zhpj(ji,jj) = zhpj(ji,jj) + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )  &
293            &                                  - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
294         !                                   ! add to the general momentum trend
295         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj)
296         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj)
297      END_3D
298      !
299   END SUBROUTINE hpg_zco
300
301
302   SUBROUTINE hpg_zps( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
303      !!---------------------------------------------------------------------
304      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
305      !!
306      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
307      !!
308      !! ** Action  : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
309      !!----------------------------------------------------------------------
310      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
311      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
312      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
313      !!
314      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
315      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
316      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
317      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk ) :: zhpi, zhpj
318      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpts) :: zgtsu, zgtsv
319      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls)     ) :: zgru, zgrv
320      !!----------------------------------------------------------------------
321      !
322      IF( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
323         IF( kt == nit000 ) THEN
324            IF(lwp) WRITE(numout,*)
325            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
326            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
327         ENDIF
328      ENDIF
329
330      ! Partial steps: Compute NOW horizontal gradient of t, s, rd at the last ocean level
331      CALL zps_hde( kt, Kmm, jpts, ts(:,:,:,:,Kmm), zgtsu, zgtsv, rhd, zgru , zgrv )
332
333      ! Local constant initialization
334      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
335
336      !  Surface value (also valid in partial step case)
337      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
338         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,1,Kmm)
339         ! hydrostatic pressure gradient
340         zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
341         zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
342         ! add to the general momentum trend
343         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1)
344         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1)
345      END_2D
346
347      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
348      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
349         zcoef1 = zcoef0 * e3w(ji,jj,jk,Kmm)
350         ! hydrostatic pressure gradient
351         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
352            &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
353            &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
354
355         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
356            &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
357            &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
358         ! add to the general momentum trend
359         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk)
360         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk)
361      END_3D
362
363      ! partial steps correction at the last level  (use zgru & zgrv computed in zpshde.F90)
364      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
365         iku = mbku(ji,jj)
366         ikv = mbkv(ji,jj)
367         zcoef2 = zcoef0 * MIN( e3w(ji,jj,iku,Kmm), e3w(ji+1,jj  ,iku,Kmm) )
368         zcoef3 = zcoef0 * MIN( e3w(ji,jj,ikv,Kmm), e3w(ji  ,jj+1,ikv,Kmm) )
369         IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
370            puu  (ji,jj,iku,Krhs) = puu(ji,jj,iku,Krhs) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
371            zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
372               &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + zgru(ji,jj) ) * r1_e1u(ji,jj)
373            puu  (ji,jj,iku,Krhs) = puu(ji,jj,iku,Krhs) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
374         ENDIF
375         IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
376            pvv  (ji,jj,ikv,Krhs) = pvv(ji,jj,ikv,Krhs) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
377            zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
378               &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + zgrv(ji,jj) ) * r1_e2v(ji,jj)
379            pvv  (ji,jj,ikv,Krhs) = pvv(ji,jj,ikv,Krhs) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
380         ENDIF
381      END_2D
382      !
383   END SUBROUTINE hpg_zps
384
385
386   SUBROUTINE hpg_sco( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
387      !!---------------------------------------------------------------------
388      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
389      !!
390      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
391      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
392      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
393      !!      density gradient along the model level from the suface to that
394      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
395      !!      to the horizontal pressure gradient :
396      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
397      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
398      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
399      !!         puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
400      !!         pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
401      !!
402      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
403      !!----------------------------------------------------------------------
404      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
405      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
406      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
407      !!
408      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jii, jjj           ! dummy loop indices
409      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, ztmp       ! local scalars
410      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2               ! local logical variables
411      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk)  ::   zhpi, zhpj
412      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
413      !!----------------------------------------------------------------------
414      !
415      IF( ln_wd_il ) ALLOCATE(zcpx(A2D(nn_hls)), zcpy(A2D(nn_hls)))
416      !
417      IF( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
418         IF( kt == nit000 ) THEN
419            IF(lwp) WRITE(numout,*)
420            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
421            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OCE original scheme used'
422         ENDIF
423      ENDIF
424      !
425      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
426      !
427      IF( ln_wd_il ) THEN
428        DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
429          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)               ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
430               &    MAX( -ht_0(ji,jj)               , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
431               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) +  ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
432               &                                                       > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
433          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)              -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (       &
434               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
435               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
436
437          IF(ll_tmp1) THEN
438            zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
439          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
440            ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
441            zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
442                        &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
443          ELSE
444            zcpx(ji,jj) = 0._wp
445          END IF
446   
447          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
448               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
449               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
450               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
451          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
452               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
453               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
454
455          IF(ll_tmp1) THEN
456            zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
457          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
458            ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
459            zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
460                        &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
461          ELSE
462            zcpy(ji,jj) = 0._wp
463          END IF
464        END_2D
465      END IF
466      !
467      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )              ! Surface value
468         !                                   ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
469         zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)                      &
470            &          * (  e3w(ji+1,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji+1,jj  ,1)  &
471            &             - e3w(ji  ,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj  ,1)  )
472         zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)                      &
473            &          * (  e3w(ji  ,jj+1,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj+1,1)  &
474            &             - e3w(ji  ,jj  ,1,Kmm) * rhd(ji  ,jj  ,1)  )
475         !                                   ! s-coordinate pressure gradient correction
476         zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
477            &           * ( gde3w(ji+1,jj,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
478         zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
479            &           * ( gde3w(ji,jj+1,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
480         !
481         IF( ln_wd_il ) THEN
482            zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
483            zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
484            zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
485            zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
486         ENDIF
487         !                                   ! add to the general momentum trend
488         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
489         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
490      END_2D
491      !
492      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )    ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
493         !                                   ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
494         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)                         &
495            &           * (  e3w(ji+1,jj,jk,Kmm) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )  &
496            &              - e3w(ji  ,jj,jk,Kmm) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  )
497         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)                         &
498            &           * (  e3w(ji,jj+1,jk,Kmm) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )  &
499            &              - e3w(ji,jj  ,jk,Kmm) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  )
500         !                                   ! s-coordinate pressure gradient correction
501         zuap = -zcoef0 * ( rhd  (ji+1,jj  ,jk) + rhd  (ji,jj,jk) ) &
502            &           * ( gde3w(ji+1,jj  ,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) * r1_e1u(ji,jj)
503         zvap = -zcoef0 * ( rhd  (ji  ,jj+1,jk) + rhd  (ji,jj,jk) ) &
504            &           * ( gde3w(ji  ,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) * r1_e2v(ji,jj)
505         !
506         IF( ln_wd_il ) THEN
507            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
508            zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
509            zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
510            zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
511         ENDIF
512         !
513         ! add to the general momentum trend
514         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
515         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
516      END_3D
517      !
518      IF( ln_wd_il )  DEALLOCATE( zcpx , zcpy )
519      !
520   END SUBROUTINE hpg_sco
521
522
523   SUBROUTINE hpg_isf( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
524      !!---------------------------------------------------------------------
525      !!                  ***  ROUTINE hpg_isf  ***
526      !!
527      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
528      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
529      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
530      !!      density gradient along the model level from the suface to that
531      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
532      !!      to the horizontal pressure gradient :
533      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
534      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
535      !!      add it to the general momentum trend (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)).
536      !!         puu(:,:,:,Krhs) = puu(:,:,:,Krhs) - 1/e1u * zhpi
537      !!         pvv(:,:,:,Krhs) = pvv(:,:,:,Krhs) - 1/e2v * zhpj
538      !!      iceload is added
539      !!     
540      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
541      !!----------------------------------------------------------------------
542      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
543      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
544      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
545      !!
546      INTEGER  ::   ji, jj, jk             ! dummy loop indices
547      INTEGER  ::   ikt ,  ikti1,  iktj1   ! local integer
548      REAL(wp) ::   ze3w, ze3wi1, ze3wj1   ! local scalars
549      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap     !   -      -
550      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk ) ::  zhpi, zhpj
551      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpts) ::  zts_top
552      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls))      ::  zrhd_top, zdep_top
553      !!----------------------------------------------------------------------
554      !
555      zcoef0 = - grav * 0.5_wp   ! Local constant initialization
556      !
557      !                          ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
558      zhpi(:,:,:) = 0._wp   ;   zhpj(:,:,:) = 0._wp
559
560      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
561      ! usefull to reduce residual current in the test case ISOMIP with no melting
562      DO_2D( nn_hls, nn_hls, nn_hls, nn_hls )
563         ikt = mikt(ji,jj)
564         zts_top(ji,jj,1) = ts(ji,jj,ikt,1,Kmm)
565         zts_top(ji,jj,2) = ts(ji,jj,ikt,2,Kmm)
566         zdep_top(ji,jj)  = MAX( risfdep(ji,jj) , gdept(ji,jj,1,Kmm) )
567      END_2D
568      CALL eos( zts_top, zdep_top, zrhd_top )
569
570      !                     !===========================!
571      !                     !=====  surface value  =====!
572      !                     !===========================!
573      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
574         ikt   = mikt(ji  ,jj  )   ;   ze3w   = e3w(ji  ,jj  ,ikt  ,Kmm)
575         ikti1 = mikt(ji+1,jj  )   ;   ze3wi1 = e3w(ji+1,jj  ,ikti1,Kmm)
576         iktj1 = mikt(ji  ,jj+1)   ;   ze3wj1 = e3w(ji  ,jj+1,iktj1,Kmm)
577         !                          ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
578         !                          ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
579         zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * (   risfload(ji+1,jj) - risfload(ji,jj)  &
580            &                                       + 0.5_wp * ( ze3wi1 * ( rhd(ji+1,jj,ikti1) + zrhd_top(ji+1,jj) )     &
581            &                                                  - ze3w   * ( rhd(ji  ,jj,ikt  ) + zrhd_top(ji  ,jj) ) )   )
582         zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * (   risfload(ji,jj+1) - risfload(ji,jj)  &
583            &                                       + 0.5_wp * ( ze3wj1 * ( rhd(ji,jj+1,iktj1) + zrhd_top(ji,jj+1) )      &
584            &                                                  - ze3w   * ( rhd(ji,jj  ,ikt  ) + zrhd_top(ji,jj  ) ) )   )
585         !                          ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
586         zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
587            &           * ( gde3w(ji+1,jj,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
588         zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) )   &
589            &           * ( gde3w(ji,jj+1,1) - gde3w(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
590         !                          ! add to the general momentum trend
591         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
592         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
593      END_2D
594      !   
595      !                     !=============================!
596      !                     !=====  interior values  =====!
597      !                     !=============================!
598      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
599         ze3w   = e3w(ji  ,jj  ,jk,Kmm)
600         ze3wi1 = e3w(ji+1,jj  ,jk,Kmm)
601         ze3wj1 = e3w(ji  ,jj+1,jk,Kmm)
602         !                          ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
603         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
604            &           * (  ze3wi1 * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) ) * wmask(ji+1,jj,jk)   &
605            &              - ze3w   * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) ) * wmask(ji  ,jj,jk)   )
606         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
607            &           * (  ze3wj1 * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) ) * wmask(ji,jj+1,jk)   &
608            &              - ze3w   * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) ) * wmask(ji,jj  ,jk)   )
609         !                          ! s-coordinate pressure gradient correction
610         zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )   &
611            &           * ( gde3w(ji+1,jj  ,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
612         zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )   &
613            &           * ( gde3w(ji  ,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
614         !                          ! add to the general momentum trend
615         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + (zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
616         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + (zhpj(ji,jj,jk) + zvap) * vmask(ji,jj,jk)
617      END_3D
618      !
619   END SUBROUTINE hpg_isf
620
621
622   SUBROUTINE hpg_djc( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
623      !!---------------------------------------------------------------------
624      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
625      !!
626      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
627      !!
628      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
629      !!----------------------------------------------------------------------
630      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
631      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
632      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
633      !!
634      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
635      INTEGER  ::   iktb, iktt          ! jk indices at tracer points for top and bottom points
636      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
637      REAL(wp) ::   z_grav_10, z1_12, z1_cff
638      REAL(wp) ::   cffu, cffx          !    "         "
639      REAL(wp) ::   cffv, cffy          !    "         "
640      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2    ! local logical variables
641      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zhpi, zhpj
642
643      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdzx, zdzy, zdzz                          ! Primitive grid differences ('delta_xyz')
644      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdz_i, zdz_j, zdz_k                       ! Harmonic average of primitive grid differences ('d_xyz')
645      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdrhox, zdrhoy, zdrhoz                    ! Primitive rho differences ('delta_rho')
646      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdrho_i, zdrho_j, zdrho_k                 ! Harmonic average of primitive rho differences ('d_rho')
647      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   z_rho_i, z_rho_j, z_rho_k                 ! Face intergrals
648      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls))     ::   zz_dz_i, zz_dz_j, zz_drho_i, zz_drho_j    ! temporary arrays
649      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
650      !!----------------------------------------------------------------------
651      !
652      IF( ln_wd_il ) THEN
653         ALLOCATE( zcpx(A2D(nn_hls)) , zcpy(A2D(nn_hls)) )
654        DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
655          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
656               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji+1,jj) ) .AND.            &
657               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) )  &
658               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
659          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
660               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                &
661               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji+1,jj) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
662          IF(ll_tmp1) THEN
663            zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
664          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
665            ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
666            zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
667                        &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
668          ELSE
669            zcpx(ji,jj) = 0._wp
670          END IF
671   
672          ll_tmp1 = MIN(  ssh(ji,jj,Kmm)              ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
673               &    MAX( -ht_0(ji,jj)              , -ht_0(ji,jj+1) ) .AND.            &
674               &    MAX(  ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),  ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) )  &
675               &                                                      > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
676          ll_tmp2 = ( ABS( ssh(ji,jj,Kmm)             -  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND. (        &
677               &    MAX(   ssh(ji,jj,Kmm)             ,  ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                &
678               &    MAX(  -ht_0(ji,jj)             , -ht_0(ji,jj+1) ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
679
680          IF(ll_tmp1) THEN
681            zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
682          ELSE IF(ll_tmp2) THEN
683            ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
684            zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
685                        &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
686          ELSE
687            zcpy(ji,jj) = 0._wp
688          END IF
689        END_2D
690      END IF
691
692      IF( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
693         IF( kt == nit000 ) THEN
694            IF(lwp) WRITE(numout,*)
695            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
696            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
697         ENDIF
698      ENDIF
699
700      ! Local constant initialization
701      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
702      z_grav_10  = grav / 10._wp
703      z1_12  = 1.0_wp / 12._wp
704
705      !----------------------------------------------------------------------------------------
706      !  1. compute and store elementary vertical differences in provisional arrays
707      !----------------------------------------------------------------------------------------
708
709!!bug gm   Not a true bug, but... zdzz=e3w  for zdzx, zdzy verify what it is really
710
711      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpkm1 ) 
712         zdrhoz(ji,jj,jk) =   rhd    (ji  ,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1)
713         zdzz  (ji,jj,jk) = - gde3w(ji  ,jj  ,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1)
714      END_3D
715
716      !-------------------------------------------------------------------------
717      ! 2. compute harmonic averages for vertical differences using eq. 5.18
718      !-------------------------------------------------------------------------
719      zep = 1.e-15
720
721!! mb zdrho_k, zdz_k, zdrho_i, zdz_i, zdrho_j, zdz_j re-centred about the point (ji,jj,jk)
722      zdrho_k(:,:,:) = 0._wp
723      zdz_k  (:,:,:) = 0._wp
724
725      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpk-2 )
726         cffw = MAX( 2._wp * zdrhoz(ji,jj,jk) * zdrhoz(ji,jj,jk+1), 0._wp )
727         z1_cff = zdrhoz(ji,jj,jk) + zdrhoz(ji,jj,jk+1)
728         zdrho_k(ji,jj,jk) = cffw / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
729         zdz_k(ji,jj,jk) = 2._wp *   zdzz(ji,jj,jk) * zdzz(ji,jj,jk+1)   &
730            &                  / ( zdzz(ji,jj,jk) + zdzz(ji,jj,jk+1) )
731      END_3D
732
733      !----------------------------------------------------------------------------------
734      ! 3. apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
735      !----------------------------------------------------------------------------------
736
737! mb for sea-ice shelves we will need to re-write this upper boundary condition in the same form as the lower boundary condition
738      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
739         zdrho_k(ji,jj,1) = aco_bc_vrt * ( rhd  (ji,jj,2) - rhd  (ji,jj,1) ) - bco_bc_vrt * zdrho_k(ji,jj,2)
740         zdz_k  (ji,jj,1) = aco_bc_vrt * (-gde3w(ji,jj,2) + gde3w(ji,jj,1) ) - bco_bc_vrt * zdz_k  (ji,jj,2)
741      END_2D
742
743      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
744         IF ( mbkt(ji,jj)>1 ) THEN
745            iktb = mbkt(ji,jj)
746            zdrho_k(ji,jj,iktb) = aco_bc_vrt * (     rhd(ji,jj,iktb) -     rhd(ji,jj,iktb-1) ) - bco_bc_vrt * zdrho_k(ji,jj,iktb-1)
747            zdz_k  (ji,jj,iktb) = aco_bc_vrt * (-gde3w(ji,jj,iktb) + gde3w(ji,jj,iktb-1) ) - bco_bc_vrt * zdz_k  (ji,jj,iktb-1) 
748         END IF
749      END_2D
750
751      !--------------------------------------------------------------
752      ! 4. Compute side face integrals
753      !-------------------------------------------------------------
754
755!! ssh replaces e3w_n ; gde3w is a depth; the formulae involve heights 
756!! rho_k stores grav * FX / rho_0 
757
758      !--------------------------------------------------------------
759      ! 4. a) Upper half of top-most grid box, compute and store
760      !-------------------------------------------------------------
761! *** AY note: ssh(ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) = e3w(ji,jj,1,Kmm)
762      DO_2D( 0, 1, 0, 1)
763         z_rho_k(ji,jj,1) =  grav * ( ssh(ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) )                        & 
764            &                     * (  rhd(ji,jj,1)                                        &
765            &                     + 0.5_wp * (   rhd    (ji,jj,2) - rhd    (ji,jj,1) ) &
766            &                              * (   ssh   (ji,jj,Kmm) + gde3w(ji,jj,1) )          &
767            &                              / ( - gde3w(ji,jj,2) + gde3w(ji,jj,1) )  )
768      END_2D
769
770      !--------------------------------------------------------------
771      ! 4. b) Interior faces, compute and store
772      !-------------------------------------------------------------
773
774      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 2, jpkm1 )
775         z_rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * (   rhd    (ji,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk-1) )                                   &
776            &                       * ( - gde3w(ji,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1) )                                               &
777            &                       + z_grav_10 * (                                                                           &
778            &     (   zdrho_k  (ji,jj,jk) - zdrho_k  (ji,jj,jk-1) )                                                           &
779            &   * ( - gde3w(ji,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( zdz_k  (ji,jj,jk) + zdz_k  (ji,jj,jk-1) ) )             &
780            &   - ( zdz_k    (ji,jj,jk) - zdz_k    (ji,jj,jk-1) )                                                             &
781            &   * ( rhd    (ji,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( zdrho_k(ji,jj,jk) + zdrho_k(ji,jj,jk-1) ) )   &
782            &                             )
783      END_3D
784
785      !----------------------------------------------------------------------------------------
786      !  5. compute and store elementary horizontal differences in provisional arrays
787      !----------------------------------------------------------------------------------------
788      zdrhox(:,:,:) = 0._wp
789      zdzx  (:,:,:) = 0._wp
790      zdrhoy(:,:,:) = 0._wp
791      zdzy  (:,:,:) = 0._wp
792
793      DO_3D( nn_hls-1, nn_hls-1, nn_hls-1, nn_hls-1, 1, jpkm1 )
794         zdrhox(ji,jj,jk) = rhd  (ji+1,jj  ,jk) - rhd  (ji  ,jj  ,jk)
795         zdzx  (ji,jj,jk) = gde3w(ji  ,jj  ,jk) - gde3w(ji+1,jj  ,jk)
796         zdrhoy(ji,jj,jk) = rhd  (ji  ,jj+1,jk) - rhd  (ji  ,jj  ,jk)
797         zdzy  (ji,jj,jk) = gde3w(ji  ,jj  ,jk) - gde3w(ji  ,jj+1,jk)
798      END_3D
799
800      IF( nn_hls == 1 ) CALL lbc_lnk( 'dynhpg', zdrhox, 'U', -1._wp, zdzx, 'U', -1._wp, zdrhoy, 'V', -1._wp, zdzy, 'V', -1._wp )
801
802      !-------------------------------------------------------------------------
803      ! 6. compute harmonic averages using eq. 5.18
804      !-------------------------------------------------------------------------
805
806      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 1, jpkm1 )
807         cffu = MAX( 2._wp * zdrhox(ji-1,jj,jk) * zdrhox(ji,jj,jk), 0._wp )
808         z1_cff = zdrhox(ji-1,jj,jk) + zdrhox(ji,jj,jk)
809         zdrho_i(ji,jj,jk) = cffu / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
810
811         cffx = MAX( 2._wp * zdzx(ji-1,jj,jk)   * zdzx(ji,jj,jk), 0._wp )
812         z1_cff = zdzx(ji-1,jj,jk)   + zdzx(ji,jj,jk)
813         zdz_i(ji,jj,jk)   = cffx / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
814
815         cffv = MAX( 2._wp * zdrhoy(ji,jj-1,jk) * zdrhoy(ji,jj,jk), 0._wp )
816         z1_cff = zdrhoy(ji,jj-1,jk) + zdrhoy(ji,jj,jk)
817         zdrho_j(ji,jj,jk) = cffv / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
818
819         cffy = MAX( 2._wp * zdzy(ji,jj-1,jk)   * zdzy(ji,jj,jk), 0._wp )
820         z1_cff = zdzy(ji,jj-1,jk)   + zdzy(ji,jj,jk)
821         zdz_j(ji,jj,jk)   = cffy / SIGN( MAX( ABS(z1_cff), zep ), z1_cff )
822      END_3D
823     
824!!! Note that zdzx, zdzy, zdzz, zdrhox, zdrhoy and zdrhoz should NOT be used beyond this point     
825
826      !----------------------------------------------------------------------------------
827      ! 6B. apply boundary conditions at side boundaries using 5.36-5.37
828      !----------------------------------------------------------------------------------
829
830      DO jk = 1, jpkm1
831         zz_drho_i(:,:) = zdrho_i(:,:,jk)
832         zz_dz_i  (:,:) = zdz_i  (:,:,jk)
833         zz_drho_j(:,:) = zdrho_j(:,:,jk)
834         zz_dz_j  (:,:) = zdz_j  (:,:,jk)
835         ! Walls coming from left: should check from 2 to jpi-1 (and jpj=2-jpj)
836         DO_2D( 0, 0, 0, 1 )
837            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
838               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)
839               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)
840            END IF
841         END_2D
842         ! Walls coming from right: should check from 3 to jpi (and jpj=2-jpj)
843         DO_2D( -1, 1, 0, 1 )
844            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
845               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)
846               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)
847            END IF
848         END_2D
849         ! Walls coming from left: should check from 2 to jpj-1 (and jpi=2-jpi)
850         DO_2D( 0, 1, 0, 0 )
851            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
852               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)
853               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)
854            END IF
855         END_2D
856         ! Walls coming from right: should check from 3 to jpj (and jpi=2-jpi)
857         DO_2D( 0, 1, -1, 1 )
858            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
859               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)
860               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)
861            END IF
862         END_2D
863         zdrho_i(:,:,jk) = zz_drho_i(:,:)
864         zdz_i  (:,:,jk) = zz_dz_i  (:,:)
865         zdrho_j(:,:,jk) = zz_drho_j(:,:)
866         zdz_j  (:,:,jk) = zz_dz_j  (:,:)
867      END DO
868
869      !--------------------------------------------------------------
870      ! 7. Calculate integrals on side faces 
871      !-------------------------------------------------------------
872
873      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
874! two -ve signs cancel in next two lines (within zcoef0 and because gde3w is a depth not a height)
875         z_rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                       &
876             &                    * ( gde3w(ji+1,jj,jk) - gde3w(ji,jj,jk) )                                   
877         IF ( umask(ji-1, jj, jk) > 0.5 .OR. umask(ji+1, jj, jk) > 0.5 ) THEN
878            z_rho_i(ji,jj,jk) = z_rho_i(ji,jj,jk) - z_grav_10 * (                                                               &
879             &     (   zdrho_i  (ji+1,jj,jk) - zdrho_i  (ji,jj,jk) )                                                            &
880             &   * ( - gde3w(ji+1,jj,jk) + gde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdz_i  (ji+1,jj,jk) + zdz_i  (ji,jj,jk) ) )              &
881             &   - (   zdz_i    (ji+1,jj,jk) - zdz_i    (ji,jj,jk) )                                                            &
882             &   * (   rhd    (ji+1,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdrho_i(ji+1,jj,jk) + zdrho_i(ji,jj,jk) ) )  &
883             &                                               )
884         END IF
885 
886         z_rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                       &
887             &                    * ( gde3w(ji,jj+1,jk) - gde3w(ji,jj,jk) )                                 
888         IF ( vmask(ji, jj-1, jk) > 0.5 .OR. vmask(ji, jj+1, jk) > 0.5 ) THEN
889            z_rho_j(ji,jj,jk) = z_rho_j(ji,jj,jk) - z_grav_10 * (                                                               &
890             &     (   zdrho_j  (ji,jj+1,jk) - zdrho_j  (ji,jj,jk) )                                                            &
891             &   * ( - gde3w(ji,jj+1,jk) + gde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdz_j  (ji,jj+1,jk) + zdz_j  (ji,jj,jk) ) )              &
892             &   - (   zdz_j    (ji,jj+1,jk) - zdz_j    (ji,jj,jk) )                                                            &
893             &   * (   rhd    (ji,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( zdrho_j(ji,jj+1,jk) + zdrho_j(ji,jj,jk) ) )  &
894             &                                                 )
895         END IF
896      END_3D
897
898      !--------------------------------------------------------------
899      ! 8. Integrate in the vertical   
900      !-------------------------------------------------------------
901      !
902      ! ---------------
903      !  Surface value
904      ! ---------------
905      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
906         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)
907         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)
908         IF( ln_wd_il ) THEN
909           zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
910           zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
911         ENDIF
912         ! add to the general momentum trend
913         puu(ji,jj,1,Krhs) = puu(ji,jj,1,Krhs) + zhpi(ji,jj,1)
914         pvv(ji,jj,1,Krhs) = pvv(ji,jj,1,Krhs) + zhpj(ji,jj,1)
915      END_2D
916
917      ! ----------------
918      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
919      ! ----------------
920      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
921         ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
922         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                                     &
923            &           + (  ( z_rho_k(ji,jj,jk) - z_rho_k(ji+1,jj,jk  ) )                     &
924            &              - ( z_rho_i(ji,jj,jk) - z_rho_i(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
925         zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                                     &
926            &           + (  ( z_rho_k(ji,jj,jk) - z_rho_k(ji,jj+1,jk  ) )                     &
927            &               -( z_rho_j(ji,jj,jk) - z_rho_j(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
928         IF( ln_wd_il ) THEN
929           zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
930           zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
931         ENDIF
932         ! add to the general momentum trend
933         puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + zhpi(ji,jj,jk)
934         pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + zhpj(ji,jj,jk)
935      END_3D
936      !
937      IF( ln_wd_il )   DEALLOCATE( zcpx, zcpy )
938      !
939   END SUBROUTINE hpg_djc
940
941
942   SUBROUTINE hpg_prj( kt, Kmm, puu, pvv, Krhs )
943      !!---------------------------------------------------------------------
944      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
945      !!
946      !! ** Method  :   s-coordinate case.
947      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
948      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
949      !!      all vertical coordinate systems
950      !!
951      !! ** Action : - Update (puu(:,:,:,Krhs),pvv(:,:,:,Krhs)) with the now hydrastatic pressure trend
952      !!----------------------------------------------------------------------
953      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
954      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  kt          ! ocean time-step index
955      INTEGER                             , INTENT( in )  ::  Kmm, Krhs   ! ocean time level indices
956      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpt), INTENT(inout) ::  puu, pvv    ! ocean velocities and RHS of momentum equation
957      !!
958      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
959      REAL(wp) ::   zcoef0, znad                    ! local scalars
960      !
961      !! The local variables for the correction term
962      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
963      LOGICAL  :: ll_tmp1, ll_tmp2                  ! local logical variables
964      REAL(wp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
965      REAL(wp) :: zrhdt1
966      REAL(wp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
967      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls))     ::   zpgu, zpgv   ! 2D workspace
968      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls))     ::   zsshu_n, zsshv_n
969      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zdept, zrhh
970      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk) ::   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp
971      REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::   zcpx, zcpy   !W/D pressure filter
972      !!----------------------------------------------------------------------
973      !
974      IF( .NOT. l_istiled .OR. ntile == 1 )  THEN                       ! Do only on the first tile
975         IF( kt == nit000 ) THEN
976            IF(lwp) WRITE(numout,*)
977            IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
978            IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
979         ENDIF
980      ENDIF
981
982      ! Local constant initialization
983      zcoef0 = - grav
984      znad = 1._wp
985      IF( ln_linssh )   znad = 1._wp
986      !
987      ! ---------------
988      !  Surface pressure gradient to be removed
989      ! ---------------
990      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
991         zpgu(ji,jj) = - grav * ( ssh(ji+1,jj,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm) ) * r1_e1u(ji,jj)
992         zpgv(ji,jj) = - grav * ( ssh(ji,jj+1,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm) ) * r1_e2v(ji,jj)
993      END_2D
994      !
995      IF( ln_wd_il ) THEN
996         ALLOCATE( zcpx(A2D(nn_hls)) , zcpy(A2D(nn_hls)) )
997         DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
998            ll_tmp1 = MIN(   ssh(ji,jj,Kmm)              ,   ssh(ji+1,jj,Kmm)                 ) >       &
999               &      MAX( -ht_0(ji,jj)                  , -ht_0(ji+1,jj)                     ) .AND.   &
1000               &      MAX(   ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),   ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) ) >       &
1001               &      rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1002            ll_tmp2 = ( ABS(   ssh(ji,jj,Kmm) -   ssh(ji+1,jj,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND.                   &
1003               &      ( MAX(   ssh(ji,jj,Kmm) ,   ssh(ji+1,jj,Kmm) ) >                                  &
1004               &        MAX( -ht_0(ji,jj)     , -ht_0(ji+1,jj)     ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
1005
1006            IF(ll_tmp1) THEN
1007               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
1008            ELSE IF(ll_tmp2) THEN
1009               ! no worries about  ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm) = 0, it won't happen ! here
1010               zcpx(ji,jj) = ABS( (ssh(ji+1,jj,Kmm) + ht_0(ji+1,jj) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
1011                           &    / (ssh(ji+1,jj,Kmm) -  ssh(ji  ,jj,Kmm)) )
1012               zcpx(ji,jj) = MAX(MIN( zcpx(ji,jj) , 1.0_wp),0.0_wp)
1013            ELSE
1014               zcpx(ji,jj) = 0._wp
1015            END IF
1016
1017            ll_tmp1 = MIN(   ssh(ji,jj,Kmm)              ,   ssh(ji,jj+1,Kmm)                 ) >       &
1018               &      MAX( -ht_0(ji,jj)                  , -ht_0(ji,jj+1)                     ) .AND.   &
1019               &      MAX(   ssh(ji,jj,Kmm) + ht_0(ji,jj),   ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) ) >       &
1020               &      rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1021            ll_tmp2 = ( ABS(   ssh(ji,jj,Kmm) -   ssh(ji,jj+1,Kmm) ) > 1.E-12 ) .AND.                   &
1022               &      ( MAX(   ssh(ji,jj,Kmm) ,   ssh(ji,jj+1,Kmm) ) >                                  &
1023               &        MAX( -ht_0(ji,jj)     , -ht_0(ji,jj+1)     ) + rn_wdmin1 + rn_wdmin2 )
1024
1025            IF(ll_tmp1) THEN
1026               zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
1027            ELSE IF(ll_tmp2) THEN
1028               ! no worries about  ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm) = 0, it won't happen ! here
1029               zcpy(ji,jj) = ABS( (ssh(ji,jj+1,Kmm) + ht_0(ji,jj+1) - ssh(ji,jj,Kmm) - ht_0(ji,jj)) &
1030                           &    / (ssh(ji,jj+1,Kmm) -  ssh(ji,jj  ,Kmm)) )
1031               zcpy(ji,jj) = MAX(MIN( zcpy(ji,jj) , 1.0_wp),0.0_wp)
1032            ELSE
1033               zcpy(ji,jj) = 0._wp
1034            ENDIF
1035         END_2D
1036      ENDIF
1037
1038      ! Clean 3-D work arrays
1039      zhpi(:,:,:) = 0._wp
1040      zrhh(:,:,:) = rhd(A2D(nn_hls),:)
1041
1042      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
1043      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1044         jk = mbkt(ji,jj)
1045         IF(     jk <=  1   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,    :   ) = 0._wp
1046         ELSEIF( jk ==  2   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
1047         ELSEIF( jk < jpkm1 ) THEN
1048            DO jkk = jk+1, jpk
1049               zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(gde3w(ji,jj,jkk  ), gde3w(ji,jj,jkk-1),   &
1050                  &                      gde3w(ji,jj,jkk-2), zrhh (ji,jj,jkk-1), zrhh(ji,jj,jkk-2))
1051            END DO
1052         ENDIF
1053      END_2D
1054
1055      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1056      DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1057         zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm) - ssh(ji,jj,Kmm)
1058      END_2D
1059
1060      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 2, jpk )
1061         zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + e3w(ji,jj,jk,Kmm)
1062      END_3D
1063
1064      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1065      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1066
1067      ! Construct the vertical density profile with the
1068      ! constrained cubic spline interpolation
1069      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1070      CALL cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1071
1072      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1073      DO_2D( 0, 1, 0, 1 )
1074         zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3( zdept(ji,jj,1), asp(ji,jj,1), bsp(ji,jj,1),  &
1075            &                                              csp(ji,jj,1), dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm)
1076
1077         ! assuming linear profile across the top half surface layer
1078         zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * e3w(ji,jj,1,Kmm) * zrhdt1
1079      END_2D
1080
1081      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1082      DO_3D( 0, 1, 0, 1, 2, jpkm1 )
1083         zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                                  &
1084            &             integ_spline( zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),   &
1085            &                           asp  (ji,jj,jk-1), bsp  (ji,jj,jk-1), &
1086            &                           csp  (ji,jj,jk-1), dsp  (ji,jj,jk-1)  )
1087      END_3D
1088
1089      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1090
1091      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1092      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1093!!gm BUG ?    if it is ssh at u- & v-point then it should be:
1094!          zsshu_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2t(ji+1,jj) * ssh(ji+1,jj,Kmm)) * &
1095!                         & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1096!          zsshv_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2t(ji,jj+1) * ssh(ji,jj+1,Kmm)) * &
1097!                         & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1098!!gm not this:
1099         zsshu_n(ji,jj) = (e1e2u(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2u(ji+1, jj) * ssh(ji+1,jj,Kmm)) * &
1100                        & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1101         zsshv_n(ji,jj) = (e1e2v(ji,jj) * ssh(ji,jj,Kmm) + e1e2v(ji+1, jj) * ssh(ji,jj+1,Kmm)) * &
1102                        & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1103      END_2D
1104
1105      DO_2D( 0, 0, 0, 0 )
1106         zu(ji,jj,1) = - ( e3u(ji,jj,1,Kmm) - zsshu_n(ji,jj) )
1107         zv(ji,jj,1) = - ( e3v(ji,jj,1,Kmm) - zsshv_n(ji,jj) )
1108      END_2D
1109
1110      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 2, jpkm1 )
1111         zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1) - e3u(ji,jj,jk,Kmm)
1112         zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1) - e3v(ji,jj,jk,Kmm)
1113      END_3D
1114
1115      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1116         zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3u(ji,jj,jk,Kmm)
1117         zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3v(ji,jj,jk,Kmm)
1118      END_3D
1119
1120      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1121         zu(ji,jj,jk) = MIN(  zu(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1122         zu(ji,jj,jk) = MAX(  zu(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1123         zv(ji,jj,jk) = MIN(  zv(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1124         zv(ji,jj,jk) = MAX(  zv(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1125      END_3D
1126
1127
1128      DO_3D( 0, 0, 0, 0, 1, jpkm1 )
1129         zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1130         zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1131         zuijk = zu(ji,jj,jk)
1132         zvijk = zv(ji,jj,jk)
1133
1134         !!!!!     for u equation
1135         IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1136            IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1137              jis = ji + 1; jid = ji
1138            ELSE
1139              jis = ji;     jid = ji +1
1140            ENDIF
1141
1142            ! integrate the pressure on the shallow side
1143            jk1 = jk
1144            DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1145               IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1146                  zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1147                  EXIT
1148               ENDIF
1149               zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1150               zpwes = zpwes +                                      &
1151                  integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1152                                 asp(jis,jj,jk1), bsp(jis,jj,jk1),  &
1153                                 csp(jis,jj,jk1), dsp(jis,jj,jk1))
1154               jk1 = jk1 + 1
1155            END DO
1156
1157            ! integrate the pressure on the deep side
1158            jk1 = jk
1159            DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1160               IF( jk1 == 1 ) THEN
1161                  zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, ssh(jid,jj,Kmm)*znad)
1162                  zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1163                                                    bsp(jid,jj,1)  , csp(jid,jj,1), &
1164                                                    dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1165                  zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1166                  EXIT
1167               ENDIF
1168               zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1169               zpwed = zpwed +                                        &
1170                  integ_spline(zdeps,             zdept(jid,jj,jk1),  &
1171                               asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1172                               csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1173               jk1 = jk1 - 1
1174            END DO
1175
1176            ! update the momentum trends in u direction
1177            zdpdx1 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * ( zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1178            IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1179               zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * &
1180                  &    ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (ssh(ji+1,jj,Kmm)-ssh(ji,jj,Kmm)) )
1181            ELSE
1182               zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1183            ENDIF
1184            IF( ln_wd_il ) THEN
1185               zdpdx1 = zdpdx1 * zcpx(ji,jj) * wdrampu(ji,jj)
1186               zdpdx2 = zdpdx2 * zcpx(ji,jj) * wdrampu(ji,jj)
1187            ENDIF
1188            puu(ji,jj,jk,Krhs) = puu(ji,jj,jk,Krhs) + (zdpdx1 + zdpdx2 - zpgu(ji,jj)) * umask(ji,jj,jk)
1189         ENDIF
1190
1191         !!!!!     for v equation
1192         IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
1193            IF( -zdept(ji,jj+1,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1194               jjs = jj + 1; jjd = jj
1195            ELSE
1196               jjs = jj    ; jjd = jj + 1
1197            ENDIF
1198
1199            ! integrate the pressure on the shallow side
1200            jk1 = jk
1201            DO WHILE ( -zdept(ji,jjs,jk1) > zvijk )
1202               IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
1203                  zvijk = -zdept(ji,jjs,jk1)
1204                  EXIT
1205               ENDIF
1206               zdeps = MIN(zdept(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
1207               zpnss = zpnss +                                       &
1208                  integ_spline(zdept(ji,jjs,jk1), zdeps,             &
1209                               asp(ji,jjs,jk1),   bsp(ji,jjs,jk1),   &
1210                               csp(ji,jjs,jk1),   dsp(ji,jjs,jk1) )
1211              jk1 = jk1 + 1
1212            END DO
1213
1214            ! integrate the pressure on the deep side
1215            jk1 = jk
1216            DO WHILE ( -zdept(ji,jjd,jk1) < zvijk )
1217               IF( jk1 == 1 ) THEN
1218                  zdeps = zdept(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, ssh(ji,jjd,Kmm)*znad)
1219                  zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdept(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
1220                                                    bsp(ji,jjd,1)  , csp(ji,jjd,1), &
1221                                                    dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
1222                  zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
1223                  EXIT
1224               ENDIF
1225               zdeps = MAX(zdept(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
1226               zpnsd = zpnsd +                                        &
1227                  integ_spline(zdeps,             zdept(ji,jjd,jk1),  &
1228                               asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1),  &
1229                               csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
1230               jk1 = jk1 - 1
1231            END DO
1232
1233            ! update the momentum trends in v direction
1234            zdpdy1 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * ( zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1235            IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1236               zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * &
1237                       ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (ssh(ji,jj+1,Kmm)-ssh(ji,jj,Kmm)) )
1238            ELSE
1239               zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1240            ENDIF
1241            IF( ln_wd_il ) THEN
1242               zdpdy1 = zdpdy1 * zcpy(ji,jj) * wdrampv(ji,jj)
1243               zdpdy2 = zdpdy2 * zcpy(ji,jj) * wdrampv(ji,jj)
1244            ENDIF
1245
1246            pvv(ji,jj,jk,Krhs) = pvv(ji,jj,jk,Krhs) + (zdpdy1 + zdpdy2 - zpgv(ji,jj)) * vmask(ji,jj,jk)
1247         ENDIF
1248         !
1249      END_3D
1250      !
1251      IF( ln_wd_il )   DEALLOCATE( zcpx, zcpy )
1252      !
1253   END SUBROUTINE hpg_prj
1254
1255
1256   SUBROUTINE cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1257      !!----------------------------------------------------------------------
1258      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1259      !!
1260      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1261      !!
1262      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1263      !!
1264      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1265      !!----------------------------------------------------------------------
1266      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk), INTENT(in   ) ::   fsp, xsp           ! value and coordinate
1267      REAL(wp), DIMENSION(A2D(nn_hls),jpk), INTENT(  out) ::   asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of the interpoated function
1268      INTEGER                             , INTENT(in   ) ::   polynomial_type    ! 1: cubic spline   ;   2: Linear
1269      !
1270      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1271      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1272      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1273      REAL(wp) ::   zdf(jpk)
1274      !!----------------------------------------------------------------------
1275      !
1276      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1277         DO_2D( 1, 1, 1, 1 )
1278            !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1279            !    DO jk = 2, jpkm1-1
1280            !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1281            !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1282            !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1283            !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1284            !
1285            !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1286            !
1287            !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1288            !           zdf(jk) = 0._wp
1289            !       ELSE
1290            !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1291            !       ENDIF
1292            !    END DO
1293
1294            !!Simply geometric average
1295            DO jk = 2, jpk-2
1296               zdf1 = (fsp(ji,jj,jk  ) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk  ) - xsp(ji,jj,jk-1))
1297               zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk  )) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk  ))
1298
1299               IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1300                  zdf(jk) = 0._wp
1301               ELSE
1302                  zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1303               ENDIF
1304            END DO
1305
1306            zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1307                       &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) )           -  0.5_wp * zdf(2)
1308            zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1309                       &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - 0.5_wp * zdf(jpk - 2)
1310
1311            DO jk = 1, jpk-2
1312               zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1313               ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1314               ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1315               zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1316               ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1317               zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1318
1319               dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1320               csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1321               bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1322                             & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1323                             & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1324                             &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1325               asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1326                             &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1327                             &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1328            END DO
1329         END_2D
1330
1331      ELSEIF ( polynomial_type == 2 ) THEN     ! Linear
1332         DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpk-2 )
1333            zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1334            ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1335
1336            dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1337            csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1338            bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1339            asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1340         END_3D
1341         !
1342      ELSE
1343         CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1344      ENDIF
1345      !
1346   END SUBROUTINE cspline
1347
1348
1349   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1350      !!----------------------------------------------------------------------
1351      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1352      !!
1353      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1354      !!
1355      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1356      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1357      !!----------------------------------------------------------------------
1358      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1359      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1360      REAL(wp)             ::  zdeltx
1361      !!----------------------------------------------------------------------
1362      !
1363      zdeltx = xr - xl
1364      IF( abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x) ) THEN
1365         f = 0.5_wp * (fl + fr)
1366      ELSE
1367         f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1368      ENDIF
1369      !
1370   END FUNCTION interp1
1371
1372
1373   FUNCTION interp2( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1374      !!----------------------------------------------------------------------
1375      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1376      !!
1377      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1378      !!
1379      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1380      !!
1381      !!----------------------------------------------------------------------
1382      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1383      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1384      !!----------------------------------------------------------------------
1385      !
1386      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1387      !
1388   END FUNCTION interp2
1389
1390
1391   FUNCTION interp3( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1392      !!----------------------------------------------------------------------
1393      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1394      !!
1395      !! ** Purpose :   Calculate the first order of derivative of
1396      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1397      !!
1398      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1399      !!
1400      !!----------------------------------------------------------------------
1401      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1402      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1403      !!----------------------------------------------------------------------
1404      !
1405      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1406      !
1407   END FUNCTION interp3
1408
1409
1410   FUNCTION integ_spline( xl, xr, a, b, c, d )  RESULT(f)
1411      !!----------------------------------------------------------------------
1412      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1413      !!
1414      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1415      !!
1416      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1417      !!
1418      !!----------------------------------------------------------------------
1419      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1420      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3
1421      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1422      !!----------------------------------------------------------------------
1423      !
1424      za1 = 0.5_wp * b
1425      za2 = c / 3.0_wp
1426      za3 = 0.25_wp * d
1427      !
1428      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1429         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1430      !
1431   END FUNCTION integ_spline
1432
1433   !!======================================================================
1434END MODULE dynhpg
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.