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 branches/2015/dev_r5836_NOC3_vvl_by_default/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN – NEMO

source: branches/2015/dev_r5836_NOC3_vvl_by_default/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynhpg.F90 @ 5845

Last change on this file since 5845 was 5845, checked in by gm, 8 years ago

#1613: vvl by default: suppression of domzgr_substitute.h90

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 75.0 KB
Line 
1MODULE dynhpg
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynhpg  ***
4   !! Ocean dynamics:  hydrostatic pressure gradient trend
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  !  1987-09  (P. Andrich, M.-A. Foujols)  hpg_zco: Original code
7   !!            5.0  !  1991-11  (G. Madec)
8   !!            7.0  !  1996-01  (G. Madec)  hpg_sco: Original code for s-coordinates
9   !!            8.0  !  1997-05  (G. Madec)  split dynber into dynkeg and dynhpg
10   !!            8.5  !  2002-07  (G. Madec)  F90: Free form and module
11   !!            8.5  !  2002-08  (A. Bozec)  hpg_zps: Original code
12   !!   NEMO     1.0  !  2005-10  (A. Beckmann, B.W. An)  various s-coordinate options
13   !!                 !         Original code for hpg_ctl, hpg_hel hpg_wdj, hpg_djc, hpg_rot
14   !!             -   !  2005-11  (G. Madec) style & small optimisation
15   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
16   !!            3.4  !  2011-11  (H. Liu) hpg_prj: Original code for s-coordinates
17   !!                 !           (A. Coward) suppression of hel, wdj and rot options
18   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) hpg_isf: original code for ice shelf cavity
19   !!----------------------------------------------------------------------
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 phycst          ! physical constants
36   USE trd_oce         ! trends: ocean variables
37   USE trddyn          ! trend manager: dynamics
38   !
39   USE in_out_manager  ! I/O manager
40   USE prtctl          ! Print control
41   USE lbclnk          ! lateral boundary condition
42   USE lib_mpp         ! MPP library
43   USE eosbn2          ! compute density
44   USE wrk_nemo        ! Memory Allocation
45   USE timing          ! Timing
46
47   IMPLICIT NONE
48   PRIVATE
49
50   PUBLIC   dyn_hpg        ! routine called by step module
51   PUBLIC   dyn_hpg_init   ! routine called by opa module
52
53   !                                    !!* Namelist namdyn_hpg : hydrostatic pressure gradient
54   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_zco      !: z-coordinate - full steps
55   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_zps      !: z-coordinate - partial steps (interpolation)
56   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_sco      !: s-coordinate (standard jacobian formulation)
57   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_djc      !: s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
58   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_prj      !: s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
59   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_isf      !: s-coordinate similar to sco modify for isf
60   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_dynhpg_imp   !: semi-implicite hpg flag
61
62   INTEGER , PUBLIC ::   nhpg  =  0   ! = 0 to 7, type of pressure gradient scheme used ! (deduced from ln_hpg_... flags) (PUBLIC for TAM)
63
64   !! * Substitutions
65#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
66   !!----------------------------------------------------------------------
67   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
68   !! $Id$
69   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
70   !!----------------------------------------------------------------------
71CONTAINS
72
73   SUBROUTINE dyn_hpg( kt )
74      !!---------------------------------------------------------------------
75      !!                  ***  ROUTINE dyn_hpg  ***
76      !!
77      !! ** Method  :   Call the hydrostatic pressure gradient routine
78      !!              using the scheme defined in the namelist
79      !!
80      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
81      !!             - send trends to trd_dyn for futher diagnostics (l_trddyn=T)
82      !!----------------------------------------------------------------------
83      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step index
84      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  ztrdu, ztrdv
85      !!----------------------------------------------------------------------
86      !
87      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dyn_hpg')
88      !
89      IF( l_trddyn ) THEN                    ! Temporary saving of ua and va trends (l_trddyn)
90         CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
91         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
92         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
93      ENDIF
94      !
95      SELECT CASE ( nhpg )      ! Hydrostatic pressure gradient computation
96      CASE (  0 )   ;   CALL hpg_zco    ( kt )      ! z-coordinate
97      CASE (  1 )   ;   CALL hpg_zps    ( kt )      ! z-coordinate plus partial steps (interpolation)
98      CASE (  2 )   ;   CALL hpg_sco    ( kt )      ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
99      CASE (  3 )   ;   CALL hpg_djc    ( kt )      ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
100      CASE (  4 )   ;   CALL hpg_prj    ( kt )      ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
101      CASE (  5 )   ;   CALL hpg_isf    ( kt )      ! s-coordinate similar to sco modify for ice shelf
102      END SELECT
103      !
104      IF( l_trddyn ) THEN      ! save the hydrostatic pressure gradient trends for momentum trend diagnostics
105         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
106         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
107         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_hpg, kt )
108         CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
109      ENDIF
110      !
111      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
112         &                       tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
113      !
114      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dyn_hpg')
115      !
116   END SUBROUTINE dyn_hpg
117
118
119   SUBROUTINE dyn_hpg_init
120      !!----------------------------------------------------------------------
121      !!                 ***  ROUTINE dyn_hpg_init  ***
122      !!
123      !! ** Purpose :   initializations for the hydrostatic pressure gradient
124      !!              computation and consistency control
125      !!
126      !! ** Action  :   Read the namelist namdyn_hpg and check the consistency
127      !!      with the type of vertical coordinate used (zco, zps, sco)
128      !!----------------------------------------------------------------------
129      INTEGER ::   ioptio = 0      ! temporary integer
130      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
131      !!
132      NAMELIST/namdyn_hpg/ ln_hpg_zco, ln_hpg_zps, ln_hpg_sco,     &
133         &                 ln_hpg_djc, ln_hpg_prj, ln_hpg_isf, ln_dynhpg_imp
134      !!----------------------------------------------------------------------
135      !
136      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namdyn_hpg in reference namelist : Hydrostatic pressure gradient
137      READ  ( numnam_ref, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
138901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in reference namelist', lwp )
139
140      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namdyn_hpg in configuration namelist : Hydrostatic pressure gradient
141      READ  ( numnam_cfg, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
142902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in configuration namelist', lwp )
143      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_hpg )
144      !
145      IF(lwp) THEN                   ! Control print
146         WRITE(numout,*)
147         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
148         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
149         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
150         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
151         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
152         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
153         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation) for isf  ln_hpg_isf    = ', ln_hpg_isf
154         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
155         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
156         WRITE(numout,*) '      time stepping: centered (F) or semi-implicit (T)  ln_dynhpg_imp = ', ln_dynhpg_imp
157      ENDIF
158      !
159      IF( ln_hpg_djc )   &
160         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : Density Jacobian: Cubic polynominal method &
161                           & currently disabled (bugs under investigation). Please select &
162                           & either  ln_hpg_sco or  ln_hpg_prj instead')
163      !
164      IF( lk_vvl .AND. .NOT. (ln_hpg_sco.OR.ln_hpg_prj.OR.ln_hpg_isf) )   &
165         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : variable volume key_vvl requires:&
166                           & the standard jacobian formulation hpg_sco or &
167                           & the pressure jacobian formulation hpg_prj')
168
169      IF(       ln_hpg_isf .AND. .NOT. ln_isfcav )   &
170         &   CALL ctl_stop( ' hpg_isf not available if ln_isfcav = false ' )
171      IF( .NOT. ln_hpg_isf .AND.       ln_isfcav )   &
172         &   CALL ctl_stop( 'Only hpg_isf has been corrected to work with ice shelf cavity.' )
173      !
174      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags
175      IF( ln_hpg_zco )   nhpg = 0
176      IF( ln_hpg_zps )   nhpg = 1
177      IF( ln_hpg_sco )   nhpg = 2
178      IF( ln_hpg_djc )   nhpg = 3
179      IF( ln_hpg_prj )   nhpg = 4
180      IF( ln_hpg_isf )   nhpg = 5
181      !
182      !                               ! Consistency check
183      ioptio = 0
184      IF( ln_hpg_zco )   ioptio = ioptio + 1
185      IF( ln_hpg_zps )   ioptio = ioptio + 1
186      IF( ln_hpg_sco )   ioptio = ioptio + 1
187      IF( ln_hpg_djc )   ioptio = ioptio + 1
188      IF( ln_hpg_prj )   ioptio = ioptio + 1
189      IF( ln_hpg_isf )   ioptio = ioptio + 1
190      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
191      !
192      ! initialisation of ice load
193      riceload(:,:)=0.0
194      !
195   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
196
197
198   SUBROUTINE hpg_zco( kt )
199      !!---------------------------------------------------------------------
200      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
201      !!
202      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
203      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
204      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
205      !!      density gradient along the model level from the suface to that
206      !!      level:    zhpi = grav .....
207      !!                zhpj = grav .....
208      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
209      !!            ua = ua - 1/e1u * zhpi
210      !!            va = va - 1/e2v * zhpj
211      !!
212      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
213      !!----------------------------------------------------------------------
214      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
215      !
216      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
217      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
218      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
219      !!----------------------------------------------------------------------
220      !
221      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
222      !
223      IF( kt == nit000 ) THEN
224         IF(lwp) WRITE(numout,*)
225         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
226         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
227      ENDIF
228
229      zcoef0 = - grav * 0.5_wp      ! Local constant initialization
230
231      ! Surface value
232      DO jj = 2, jpjm1
233         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
234            zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,1)
235            ! hydrostatic pressure gradient
236            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
237            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
238!!gm            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
239!!gm            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
240            ! add to the general momentum trend
241            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
242            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
243         END DO
244      END DO
245
246      !
247      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
248      DO jk = 2, jpkm1
249         DO jj = 2, jpjm1
250            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
251               zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,jk)
252               ! hydrostatic pressure gradient
253               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
254                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
255                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
256!!gm                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
257
258               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
259                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
260                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
261!!gm                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
262               ! add to the general momentum trend
263               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
264               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
265            END DO
266         END DO
267      END DO
268      !
269      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
270      !
271   END SUBROUTINE hpg_zco
272
273
274   SUBROUTINE hpg_zps( kt )
275      !!---------------------------------------------------------------------
276      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
277      !!
278      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
279      !!
280      !! ** Action  : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
281      !!----------------------------------------------------------------------
282      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
283      !!
284      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
285      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
286      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
287      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
288      !!----------------------------------------------------------------------
289      !
290      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
291      !
292      IF( kt == nit000 ) THEN
293         IF(lwp) WRITE(numout,*)
294         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
295         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
296      ENDIF
297
298
299      ! Local constant initialization
300      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
301
302      !  Surface value (also valid in partial step case)
303      DO jj = 2, jpjm1
304         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
305            zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,1)
306            ! hydrostatic pressure gradient
307            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
308            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
309!!gm            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
310!!gm            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
311            ! add to the general momentum trend
312            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
313            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
314         END DO
315      END DO
316
317
318      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
319      DO jk = 2, jpkm1
320         DO jj = 2, jpjm1
321            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
322               zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,jk)
323               ! hydrostatic pressure gradient
324               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
325                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
326                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
327!!gm                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
328
329               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
330                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
331                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
332!!gm                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
333               ! add to the general momentum trend
334               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
335               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
336            END DO
337         END DO
338      END DO
339
340
341      ! partial steps correction at the last level  (use gru & grv computed in zpshde.F90)
342      DO jj = 2, jpjm1
343         DO ji = 2, jpim1
344            iku = mbku(ji,jj)
345            ikv = mbkv(ji,jj)
346            zcoef2 = zcoef0 * MIN( e3w_n(ji,jj,iku), e3w_n(ji+1,jj  ,iku) )
347            zcoef3 = zcoef0 * MIN( e3w_n(ji,jj,ikv), e3w_n(ji  ,jj+1,ikv) )
348            IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
349               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
350               zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
351                  &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + gru(ji,jj) ) / e1u(ji,jj)
352!!gm                  &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + gru(ji,jj) ) * r1_e1u(ji,jj)
353               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
354            ENDIF
355            IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
356               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
357               zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
358                  &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + grv(ji,jj) ) / e2v(ji,jj)
359!!gm                  &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + grv(ji,jj) ) * r1_e2v(ji,jj)
360               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
361            ENDIF
362         END DO
363      END DO
364      !
365      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
366      !
367   END SUBROUTINE hpg_zps
368
369   SUBROUTINE hpg_sco( kt )
370      !!---------------------------------------------------------------------
371      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
372      !!
373      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
374      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
375      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
376      !!      density gradient along the model level from the suface to that
377      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
378      !!      to the horizontal pressure gradient :
379      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
380      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
381      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
382      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
383      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
384      !!
385      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
386      !!----------------------------------------------------------------------
387      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
388      !!
389      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
390      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad   ! temporary scalars
391      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
392      !!----------------------------------------------------------------------
393      !
394      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
395      !
396      IF( kt == nit000 ) THEN
397         IF(lwp) WRITE(numout,*)
398         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
399         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
400      ENDIF
401
402      ! Local constant initialization
403      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
404      ! To use density and not density anomaly
405      IF ( lk_vvl ) THEN   ;     znad = 1._wp          ! Variable volume
406      ELSE                 ;     znad = 0._wp         ! Fixed volume
407      ENDIF
408
409      ! Surface value
410      DO jj = 2, jpjm1
411         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
412            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
413!!gm            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * ( e3w_n(ji+1,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji+1,jj  ,1) )   &
414            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( e3w_n(ji+1,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji+1,jj  ,1) )   &
415               &                                     - e3w_n(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) ) )
416!!gm            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * ( e3w_n(ji  ,jj+1,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj+1,1) )   &
417            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( e3w_n(ji  ,jj+1,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj+1,1) )   &
418               &                                     - e3w_n(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) ) )
419            ! s-coordinate pressure gradient correction
420            zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
421               &           * ( gde3w_n(ji+1,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
422!!gm               &           * ( gde3w_n(ji+1,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
423            zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
424               &           * ( gde3w_n(ji,jj+1,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
425!!gm               &           * ( gde3w_n(ji,jj+1,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
426            ! add to the general momentum trend
427            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
428            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
429         END DO
430      END DO
431
432      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
433      DO jk = 2, jpkm1
434         DO jj = 2, jpjm1
435            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
436               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
437!!gm               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)   &
438               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
439                  &           * (  e3w_n(ji+1,jj,jk) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad )   &
440                  &              - e3w_n(ji  ,jj,jk) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad )  )
441!!gm               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
442               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)   &
443                  &           * (  e3w_n(ji,jj+1,jk) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad )   &
444                  &              - e3w_n(ji,jj  ,jk) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad )  )
445               ! s-coordinate pressure gradient correction
446               zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj  ,jk) + rhd    (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
447                  &           * ( gde3w_n(ji+1,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
448!!gm                  &           * ( gde3w_n(ji+1,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) * r1_e1u(ji,jj)
449               zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji  ,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
450                  &           * ( gde3w_n(ji  ,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
451!!gm                  &           * ( gde3w_n(ji  ,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) * r1_e2v(ji,jj)
452               ! add to the general momentum trend
453               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
454               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
455            END DO
456         END DO
457      END DO
458      !
459      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
460      !
461   END SUBROUTINE hpg_sco
462
463   SUBROUTINE hpg_isf( kt )
464      !!---------------------------------------------------------------------
465      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
466      !!
467      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
468      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
469      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
470      !!      density gradient along the model level from the suface to that
471      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
472      !!      to the horizontal pressure gradient :
473      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
474      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
475      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
476      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
477      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
478      !!      iceload is added and partial cell case are added to the top and bottom
479      !!     
480      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
481      !!----------------------------------------------------------------------
482      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
483      !!
484      INTEGER  ::   ji, jj, jk, iku, ikv, ikt, iktp1i, iktp1j                 ! dummy loop indices
485      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad, ze3wu, ze3wv, zuapint, zvapint, zhpjint, zhpiint, zdzwt, zdzwtjp1, zdzwtip1             ! temporary scalars
486      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  zhpi, zhpj, zrhd
487      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  ztstop
488      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)     ::  ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj
489      !!----------------------------------------------------------------------
490      !
491      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, 2, ztstop) 
492      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj, zrhd)
493      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj) 
494      !
495     IF( kt == nit000 ) THEN
496         IF(lwp) WRITE(numout,*)
497         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_isf : hydrostatic pressure gradient trend for ice shelf'
498         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
499      ENDIF
500
501      ! Local constant initialization
502      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
503      ! To use density and not density anomaly
504!      IF ( lk_vvl ) THEN   ;     znad = 1._wp          ! Variable volume
505!      ELSE                 ;     znad = 0._wp         ! Fixed volume
506!      ENDIF
507      znad=1._wp
508      ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
509      zhpi(:,:,:)=0._wp ; zhpj(:,:,:)=0._wp
510
511!==================================================================================     
512!=====Compute iceload and contribution of the half first wet layer =================
513!===================================================================================
514
515      ! assume water displaced by the ice shelf is at T=-1.9 and S=34.4 (rude)
516      ztstop(:,:,1)=-1.9_wp ; ztstop(:,:,2)=34.4_wp
517
518      ! compute density of the water displaced by the ice shelf
519      zrhd = rhd ! save rhd
520      DO jk = 1, jpk
521           zdept(:,:)=gdept_1d(jk)
522           CALL eos(ztstop(:,:,:),zdept(:,:),rhd(:,:,jk))
523      END DO
524      WHERE ( tmask(:,:,:) == 1._wp)
525        rhd(:,:,:) = zrhd(:,:,:) ! replace wet cell by the saved rhd
526      END WHERE
527     
528      ! compute rhd at the ice/oce interface (ice shelf side)
529      CALL eos(ztstop,risfdep,zrhdtop_isf)
530
531      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
532      DO ji=1,jpi
533        DO jj=1,jpj
534          ikt=mikt(ji,jj)
535          ztstop(ji,jj,1)=tsn(ji,jj,ikt,1)
536          ztstop(ji,jj,2)=tsn(ji,jj,ikt,2)
537        END DO
538      END DO
539      CALL eos(ztstop,risfdep,zrhdtop_oce)
540      !
541      ! Surface value + ice shelf gradient
542      ! compute pressure due to ice shelf load (used to compute hpgi/j for all the level from 1 to miku/v)
543      ziceload = 0._wp
544      DO jj = 1, jpj
545         DO ji = 1, jpi   ! vector opt.
546            ikt=mikt(ji,jj)
547            ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (znad + rhd(ji,jj,1) ) * e3w_n(ji,jj,1) * (1._wp - tmask(ji,jj,1))
548            DO jk=2,ikt-1
549               ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + rhd(ji,jj,jk-1) + rhd(ji,jj,jk)) * e3w_n(ji,jj,jk) &
550                  &                              * (1._wp - tmask(ji,jj,jk))
551            END DO
552            IF (ikt .GE. 2) ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + zrhdtop_isf(ji,jj) + rhd(ji,jj,ikt-1)) &
553                               &                              * ( risfdep(ji,jj) - gdept_1d(ikt-1) )
554         END DO
555      END DO
556      riceload(:,:) = 0.0_wp ; riceload(:,:)=ziceload(:,:)  ! need to be saved for diaar5
557      ! compute zp from z=0 to first T wet point (correction due to zps not yet applied)
558      DO jj = 2, jpjm1
559         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
560            ikt=mikt(ji,jj) ; iktp1i=mikt(ji+1,jj); iktp1j=mikt(ji,jj+1)
561            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
562            ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
563!!gm            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * ( 0.5_wp * e3w_n(ji+1,jj  ,iktp1i)                                    &
564            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( 0.5_wp * e3w_n(ji+1,jj  ,iktp1i)                                    &
565               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji+1,jj  ,iktp1i) + zrhdtop_oce(ji+1,jj  ) )   &
566               &                                  - 0.5_wp * e3w_n(ji  ,jj  ,ikt   )                                    &
567               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj  ,ikt   ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj  ) )   &
568               &                                  + ( ziceload(ji+1,jj) - ziceload(ji,jj))                              ) 
569!!gm            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * ( 0.5_wp * e3w_n(ji  ,jj+1,iktp1j)                                    &
570            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( 0.5_wp * e3w_n(ji  ,jj+1,iktp1j)                                    &
571               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj+1,iktp1j) + zrhdtop_oce(ji  ,jj+1) )   &
572               &                                  - 0.5_wp * e3w_n(ji  ,jj  ,ikt   )                                    & 
573               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj  ,ikt   ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj  ) )   &
574               &                                  + ( ziceload(ji,jj+1) - ziceload(ji,jj) )                             ) 
575            ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
576            zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
577               &           * ( gde3w_n(ji+1,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
578!!gm               &           * ( gde3w_n(ji+1,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
579            zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
580               &           * ( gde3w_n(ji,jj+1,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
581!!gm               &           * ( gde3w_n(ji,jj+1,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
582            ! add to the general momentum trend
583            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
584            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
585         END DO
586      END DO
587!==================================================================================     
588!===== Compute partial cell contribution for the top cell =========================
589!==================================================================================
590      DO jj = 2, jpjm1
591         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
592            iku = miku(ji,jj)
593            zpshpi(ji,jj) = 0._wp   ;   zpshpj(ji,jj) = 0._wp
594            ze3wu  = (gdepw_0(ji+1,jj,iku+1) - gdept_0(ji+1,jj,iku)) - (gdepw_0(ji,jj,iku+1) - gdept_0(ji,jj,iku))
595            ! u direction
596            IF ( iku .GT. 1 ) THEN
597               ! case iku
598!!gm               zhpi(ji,jj,iku)   =  zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * ze3wu                                            &
599               zhpi(ji,jj,iku)   =  zcoef0 / e1u(ji,jj) * ze3wu                                            &
600                      &                                 * ( rhd    (ji+1,jj,iku) + rhd   (ji,jj,iku)       &
601                      &                                   + SIGN(1._wp,ze3wu) * grui(ji,jj) + 2._wp * znad )
602               ! corrective term ( = 0 if z coordinate )
603!!gm               zuap              = -zcoef0 * ( arui(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzui(ji,jj) * r1_e1u(ji,jj)
604               zuap              = -zcoef0 * ( arui(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzui(ji,jj) / e1u(ji,jj)
605               ! zhpi will be added in interior loop
606               ua(ji,jj,iku)     = ua(ji,jj,iku) + zuap
607               ! in case of 2 cell water column, need to save the pressure gradient to compute the bottom pressure 
608               IF (mbku(ji,jj) == iku + 1) zpshpi(ji,jj)  = zhpi(ji,jj,iku)
609
610               ! case iku + 1 (remove the zphi term added in the interior loop and compute the one corrected for zps)
611!!gm               zhpiint        =  zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)                                                               &   
612               zhpiint        =  zcoef0 / e1u(ji,jj)                                                               &   
613                  &           * (  e3w_n(ji+1,jj  ,iku+1) * ( (rhd(ji+1,jj,iku+1) + znad)                          &
614                  &                                         + (rhd(ji+1,jj,iku  ) + znad) ) * tmask(ji+1,jj,iku)   &
615                  &              - e3w_n(ji  ,jj  ,iku+1) * ( (rhd(ji  ,jj,iku+1) + znad)                          &
616                  &                                         + (rhd(ji  ,jj,iku  ) + znad) ) * tmask(ji  ,jj,iku)   )
617!!gm               zhpi(ji,jj,iku+1) =  zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * ge3rui(ji,jj) - zhpiint
618               zhpi(ji,jj,iku+1) =  zcoef0 / e1u(ji,jj) * ge3rui(ji,jj) - zhpiint 
619            END IF
620               
621            ! v direction
622            ikv = mikv(ji,jj)
623            ze3wv  = (gdepw_0(ji,jj+1,ikv+1) - gdept_0(ji,jj+1,ikv)) - (gdepw_0(ji,jj,ikv+1) - gdept_0(ji,jj,ikv))
624            IF ( ikv .GT. 1 ) THEN
625               ! case ikv
626!!gm               zhpj(ji,jj,ikv)   =  zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * ze3wv                                            &
627               zhpj(ji,jj,ikv)   =  zcoef0 / e2v(ji,jj) * ze3wv                                            &
628                     &                                  * ( rhd(ji,jj+1,ikv) + rhd   (ji,jj,ikv)           &
629                     &                                    + SIGN(1._wp,ze3wv) * grvi(ji,jj) + 2._wp * znad )
630               ! corrective term ( = 0 if z coordinate )
631!!gm               zvap              = -zcoef0 * ( arvi(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzvi(ji,jj) * r1_e2v(ji,jj)
632               zvap              = -zcoef0 * ( arvi(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzvi(ji,jj) / e2v(ji,jj)
633               ! zhpi will be added in interior loop
634               va(ji,jj,ikv)      = va(ji,jj,ikv) + zvap
635               ! in case of 2 cell water column, need to save the pressure gradient to compute the bottom pressure 
636               IF (mbkv(ji,jj) == ikv + 1)  zpshpj(ji,jj)  =  zhpj(ji,jj,ikv) 
637               
638               ! case ikv + 1 (remove the zphj term added in the interior loop and compute the one corrected for zps)
639!!gm               zhpjint        =  zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)                                                              &
640               zhpjint        =  zcoef0 / e2v(ji,jj)                                                              &
641                  &           * (  e3w_n(ji  ,jj+1,ikv+1) * ( (rhd(ji,jj+1,ikv+1) + znad)                         &
642                  &                                       + (rhd(ji,jj+1,ikv  ) + znad) ) * tmask(ji,jj+1,ikv)    &
643                  &              - e3w_n(ji  ,jj  ,ikv+1) * ( (rhd(ji,jj  ,ikv+1) + znad)                         &
644                  &                                       + (rhd(ji,jj  ,ikv  ) + znad) ) * tmask(ji,jj  ,ikv)  )
645!!gm               zhpj(ji,jj,ikv+1) =  zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * ge3rvi(ji,jj) - zhpjint
646               zhpj(ji,jj,ikv+1) =  zcoef0 / e2v(ji,jj) * ge3rvi(ji,jj) - zhpjint
647            END IF
648         END DO
649      END DO
650
651!==================================================================================     
652!===== Compute interior value =====================================================
653!==================================================================================
654
655      DO jj = 2, jpjm1
656         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
657!!gm useles !
658            iku=miku(ji,jj); ikv=mikv(ji,jj)
659!!gm
660            DO jk = 2, jpkm1
661               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
662               ! zhpi is masked for the first wet cell  (contribution already done in the upper bloc)
663               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk-1)                                                     &
664!!gm                  &           + zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)                                                                &
665                  &           + zcoef0 / e1u(ji,jj)                                                                &
666                  &                    * ( e3w_n(ji+1,jj,jk) * ( (rhd(ji+1,jj,jk  ) + znad)                           &
667                  &                                            + (rhd(ji+1,jj,jk-1) + znad) ) * tmask(ji+1,jj,jk-1)   &
668                  &                      - e3w_n(ji  ,jj,jk) * ( (rhd(ji  ,jj,jk  ) + znad)                           &
669                  &                                            + (rhd(ji  ,jj,jk-1) + znad) ) * tmask(ji  ,jj,jk-1)   ) 
670               ! s-coordinate pressure gradient correction
671               ! corrective term, we mask this term for the first wet level beneath the ice shelf (contribution done in the upper bloc)
672               zuap = - zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj  ,jk) + rhd    (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )                    &
673                  &            * ( gde3w_n(ji+1,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj) * umask(ji,jj,jk-1)
674!!gm                  &            * ( gde3w_n(ji+1,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) * r1_e1u(ji,jj) * umask(ji,jj,jk-1)
675               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + ( zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
676
677               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
678               ! zhpi is masked for the first wet cell  (contribution already done in the upper bloc)
679               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk-1)                                                     &
680!!gm                  &           + zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)                                                                &
681                  &           + zcoef0 / e2v(ji,jj)                                                                &
682                  &                    * ( e3w_n(ji  ,jj+1,jk) * ( (rhd(ji,jj+1,jk  ) + znad)                           &
683                  &                                              + (rhd(ji,jj+1,jk-1) + znad) ) * tmask(ji,jj+1,jk-1)   &
684                  &                      - e3w_n(ji  ,jj  ,jk) * ( (rhd(ji,jj  ,jk  ) + znad)                           &
685                  &                                              + (rhd(ji,jj  ,jk-1) + znad) ) * tmask(ji,jj  ,jk-1)   )
686               ! s-coordinate pressure gradient correction
687               ! corrective term, we mask this term for the first wet level beneath the ice shelf (contribution done in the upper bloc)
688               zvap = - zcoef0 * ( rhd    (ji  ,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )                    &
689                  &            * ( gde3w_n(ji  ,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,jk-1)
690!!gm                  &            * ( gde3w_n(ji  ,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) * r1_e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,jk-1)
691               ! add to the general momentum trend
692               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + ( zhpj(ji,jj,jk) + zvap ) * vmask(ji,jj,jk)
693            END DO
694         END DO
695      END DO
696
697!==================================================================================     
698!===== Compute bottom cell contribution (partial cell) ============================
699!==================================================================================
700
701      DO jj = 2, jpjm1
702         DO ji = 2, jpim1
703            iku = mbku(ji,jj)
704            ikv = mbkv(ji,jj)
705
706            IF (iku .GT. 1) THEN
707               ! remove old value (interior case)
708               zuap            = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj  ,iku) + rhd    (ji,jj,iku) + 2._wp * znad )   &
709                     &                   * ( gde3w_n(ji+1,jj  ,iku) - gde3w_n(ji,jj,iku) ) / e1u(ji,jj)
710!!gm                     &                   * ( gde3w_n(ji+1,jj  ,iku) - gde3w_n(ji,jj,iku) ) * r1_e1u(ji,jj)
711               ua(ji,jj,iku)   = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku) - zuap
712               ! put new value
713               ! -zpshpi to avoid double contribution of the partial step in the top layer
714!!gm               zuap            = -zcoef0 * ( aru(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzu(ji,jj)  * r1_e1u(ji,jj)
715               zuap            = -zcoef0 * ( aru(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzu(ji,jj)  / e1u(ji,jj)
716               zhpi(ji,jj,iku) =  zhpi(ji,jj,iku-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj) * ge3ru(ji,jj) - zpshpi(ji,jj) 
717!!gm               zhpi(ji,jj,iku) =  zhpi(ji,jj,iku-1) + zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * ge3ru(ji,jj) - zpshpi(ji,jj)
718               ua(ji,jj,iku)   =  ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku) + zuap
719            END IF
720            ! v direction
721            IF (ikv .GT. 1) THEN
722               ! remove old value (interior case)
723               zvap            = -zcoef0 * ( rhd    (ji  ,jj+1,ikv) + rhd    (ji,jj,ikv) + 2._wp * znad )   &
724                     &                   * ( gde3w_n(ji  ,jj+1,ikv) - gde3w_n(ji,jj,ikv) )   / e2v(ji,jj)
725!!gm                     &                   * ( gde3w_n(ji  ,jj+1,ikv) - gde3w_n(ji,jj,ikv) )   * r1_e2v(ji,jj)
726               va(ji,jj,ikv)   = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv) - zvap
727               ! put new value
728               ! -zpshpj to avoid double contribution of the partial step in the top layer
729!!gm               zvap            = -zcoef0 * ( arv(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzv(ji,jj)     * r1_e2v(ji,jj)
730               zvap            = -zcoef0 * ( arv(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzv(ji,jj)     / e2v(ji,jj)
731               zhpj(ji,jj,ikv) =  zhpj(ji,jj,ikv-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj) * ge3rv(ji,jj) - zpshpj(ji,jj)   
732!!gm               zhpj(ji,jj,ikv) =  zhpj(ji,jj,ikv-1) + zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * ge3rv(ji,jj) - zpshpj(ji,jj)   
733               va(ji,jj,ikv)   =  va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv) + zvap
734            END IF
735         END DO
736      END DO
737     
738      ! set back to original density value into the ice shelf cell (maybe useless because it is masked)
739      rhd = zrhd
740      !
741      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,2, ztstop)
742      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj, zrhd)
743      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj)
744      !
745   END SUBROUTINE hpg_isf
746
747
748   SUBROUTINE hpg_djc( kt )
749      !!---------------------------------------------------------------------
750      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
751      !!
752      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
753      !!
754      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
755      !!----------------------------------------------------------------------
756      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
757      !!
758      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
759      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
760      REAL(wp) ::   z1_10, cffu, cffx   !    "         "
761      REAL(wp) ::   z1_12, cffv, cffy   !    "         "
762      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
763      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  dzx, dzy, dzz, dzu, dzv, dzw
764      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow
765      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  rho_i, rho_j, rho_k
766      !!----------------------------------------------------------------------
767      !
768      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
769      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
770      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
771      !
772
773      IF( kt == nit000 ) THEN
774         IF(lwp) WRITE(numout,*)
775         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
776         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
777      ENDIF
778
779      ! Local constant initialization
780      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
781      z1_10  = 1._wp / 10._wp
782      z1_12  = 1._wp / 12._wp
783
784      !----------------------------------------------------------------------------------------
785      !  compute and store in provisional arrays elementary vertical and horizontal differences
786      !----------------------------------------------------------------------------------------
787
788!!bug gm   Not a true bug, but... dzz=e3w  for dzx, dzy verify what it is really
789
790      DO jk = 2, jpkm1
791         DO jj = 2, jpjm1
792            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
793               drhoz(ji,jj,jk) = rhd    (ji  ,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1)
794               dzz  (ji,jj,jk) = gde3w_n(ji  ,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk-1)
795               drhox(ji,jj,jk) = rhd    (ji+1,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk  )
796               dzx  (ji,jj,jk) = gde3w_n(ji+1,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk  )
797               drhoy(ji,jj,jk) = rhd    (ji  ,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk  )
798               dzy  (ji,jj,jk) = gde3w_n(ji  ,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk  )
799            END DO
800         END DO
801      END DO
802
803      !-------------------------------------------------------------------------
804      ! compute harmonic averages using eq. 5.18
805      !-------------------------------------------------------------------------
806      zep = 1.e-15
807
808!!bug  gm  drhoz not defined at level 1 and used (jk-1 with jk=2)
809!!bug  gm  idem for drhox, drhoy et ji=jpi and jj=jpj
810
811      DO jk = 2, jpkm1
812         DO jj = 2, jpjm1
813            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
814               cffw = 2._wp * drhoz(ji  ,jj  ,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)
815
816               cffu = 2._wp * drhox(ji+1,jj  ,jk) * drhox(ji,jj,jk  )
817               cffx = 2._wp * dzx  (ji+1,jj  ,jk) * dzx  (ji,jj,jk  )
818
819               cffv = 2._wp * drhoy(ji  ,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk  )
820               cffy = 2._wp * dzy  (ji  ,jj+1,jk) * dzy  (ji,jj,jk  )
821
822               IF( cffw > zep) THEN
823                  drhow(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoz(ji,jj,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)   &
824                     &                    / ( drhoz(ji,jj,jk) + drhoz(ji,jj,jk-1) )
825               ELSE
826                  drhow(ji,jj,jk) = 0._wp
827               ENDIF
828
829               dzw(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzz(ji,jj,jk) * dzz(ji,jj,jk-1)   &
830                  &                  / ( dzz(ji,jj,jk) + dzz(ji,jj,jk-1) )
831
832               IF( cffu > zep ) THEN
833                  drhou(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhox(ji+1,jj,jk) * drhox(ji,jj,jk)   &
834                     &                    / ( drhox(ji+1,jj,jk) + drhox(ji,jj,jk) )
835               ELSE
836                  drhou(ji,jj,jk ) = 0._wp
837               ENDIF
838
839               IF( cffx > zep ) THEN
840                  dzu(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzx(ji+1,jj,jk) * dzx(ji,jj,jk)   &
841                     &                  / ( dzx(ji+1,jj,jk) + dzx(ji,jj,jk) )
842               ELSE
843                  dzu(ji,jj,jk) = 0._wp
844               ENDIF
845
846               IF( cffv > zep ) THEN
847                  drhov(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoy(ji,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk)   &
848                     &                    / ( drhoy(ji,jj+1,jk) + drhoy(ji,jj,jk) )
849               ELSE
850                  drhov(ji,jj,jk) = 0._wp
851               ENDIF
852
853               IF( cffy > zep ) THEN
854                  dzv(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzy(ji,jj+1,jk) * dzy(ji,jj,jk)   &
855                     &                  / ( dzy(ji,jj+1,jk) + dzy(ji,jj,jk) )
856               ELSE
857                  dzv(ji,jj,jk) = 0._wp
858               ENDIF
859
860            END DO
861         END DO
862      END DO
863
864      !----------------------------------------------------------------------------------
865      ! apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
866      !----------------------------------------------------------------------------------
867      drhow(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:, 2 ) - drhoz(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,  2  )
868      drhou(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhox(:,:, 2 ) - drhox(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,  2  )
869      drhov(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:, 2 ) - drhoy(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,  2  )
870
871      drhow(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:,jpk) - drhoz(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,jpkm1)
872      drhou(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhox(:,:,jpk) - drhox(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,jpkm1)
873      drhov(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:,jpk) - drhoy(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,jpkm1)
874
875
876      !--------------------------------------------------------------
877      ! Upper half of top-most grid box, compute and store
878      !-------------------------------------------------------------
879
880!!bug gm   :  e3w-gde3w = 0.5*e3w  ....  and gde3w(2)-gde3w(1)=e3w(2) ....   to be verified
881!          true if gde3w is really defined as the sum of the e3w scale factors as, it seems to me, it should be
882
883      DO jj = 2, jpjm1
884         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
885            rho_k(ji,jj,1) = -grav * ( e3w_n(ji,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) )               &
886               &                   * (  rhd(ji,jj,1)                                     &
887               &                     + 0.5_wp * ( rhd    (ji,jj,2) - rhd    (ji,jj,1) )  &
888               &                              * ( e3w_n  (ji,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) )  &
889               &                              / ( gde3w_n(ji,jj,2) - gde3w_n(ji,jj,1) )  )
890         END DO
891      END DO
892
893!!bug gm    : here also, simplification is possible
894!!bug gm    : optimisation: 1/10 and 1/12 the division should be done before the loop
895
896      DO jk = 2, jpkm1
897         DO jj = 2, jpjm1
898            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
899
900               rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk-1) )                                   &
901                  &                     * ( gde3w_n(ji,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk-1) )                                   &
902                  &            - grav * z1_10 * (                                                                   &
903                  &     ( drhow  (ji,jj,jk) - drhow  (ji,jj,jk-1) )                                                     &
904                  &   * ( gde3w_n(ji,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( dzw  (ji,jj,jk) + dzw  (ji,jj,jk-1) ) )   &
905                  &   - ( dzw    (ji,jj,jk) - dzw    (ji,jj,jk-1) )                                                     &
906                  &   * ( rhd    (ji,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( drhow(ji,jj,jk) + drhow(ji,jj,jk-1) ) )   &
907                  &                             )
908
909               rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                   &
910                  &                     * ( gde3w_n(ji+1,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) )                                   &
911                  &            - grav* z1_10 * (                                                                    &
912                  &     ( drhou  (ji+1,jj,jk) - drhou  (ji,jj,jk) )                                                     &
913                  &   * ( gde3w_n(ji+1,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzu  (ji+1,jj,jk) + dzu  (ji,jj,jk) ) )   &
914                  &   - ( dzu    (ji+1,jj,jk) - dzu    (ji,jj,jk) )                                                     &
915                  &   * ( rhd    (ji+1,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhou(ji+1,jj,jk) + drhou(ji,jj,jk) ) )   &
916                  &                            )
917
918               rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                 &
919                  &                     * ( gde3w_n(ji,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) )                                   &
920                  &            - grav* z1_10 * (                                                                    &
921                  &     ( drhov  (ji,jj+1,jk) - drhov  (ji,jj,jk) )                                                     &
922                  &   * ( gde3w_n(ji,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzv  (ji,jj+1,jk) + dzv  (ji,jj,jk) ) )   &
923                  &   - ( dzv    (ji,jj+1,jk) - dzv    (ji,jj,jk) )                                                     &
924                  &   * ( rhd    (ji,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhov(ji,jj+1,jk) + drhov(ji,jj,jk) ) )   &
925                  &                            )
926
927            END DO
928         END DO
929      END DO
930      CALL lbc_lnk(rho_k,'W',1.)
931      CALL lbc_lnk(rho_i,'U',1.)
932      CALL lbc_lnk(rho_j,'V',1.)
933
934
935      ! ---------------
936      !  Surface value
937      ! ---------------
938      DO jj = 2, jpjm1
939         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
940!!gm            zhpi(ji,jj,1) = ( rho_k(ji+1,jj  ,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_i(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
941            zhpi(ji,jj,1) = ( rho_k(ji+1,jj  ,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_i(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
942            zhpj(ji,jj,1) = ( rho_k(ji  ,jj+1,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_j(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
943!!gm            zhpj(ji,jj,1) = ( rho_k(ji  ,jj+1,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_j(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
944            ! add to the general momentum trend
945            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
946            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
947         END DO
948      END DO
949
950      ! ----------------
951      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
952      ! ----------------
953      DO jk = 2, jpkm1
954         DO jj = 2, jpjm1
955            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
956               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
957               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                &
958                  &           + (  ( rho_k(ji+1,jj,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
959                  &              - ( rho_i(ji  ,jj,jk) - rho_i(ji,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
960!!gm                  &              - ( rho_i(ji  ,jj,jk) - rho_i(ji,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
961               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                &
962                  &           + (  ( rho_k(ji,jj+1,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
963                  &               -( rho_j(ji,jj  ,jk) - rho_j(ji,jj,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
964!!gm                  &               -( rho_j(ji,jj  ,jk) - rho_j(ji,jj,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
965               ! add to the general momentum trend
966               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
967               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
968            END DO
969         END DO
970      END DO
971      !
972      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
973      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
974      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
975      !
976   END SUBROUTINE hpg_djc
977
978
979   SUBROUTINE hpg_prj( kt )
980      !!---------------------------------------------------------------------
981      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
982      !!
983      !! ** Method  :   s-coordinate case.
984      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
985      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
986      !!      all vertical coordinate systems
987      !!
988      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
989      !!----------------------------------------------------------------------
990      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
991      INTEGER, INTENT(in) ::   kt                   ! ocean time-step index
992      !!
993      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
994      REAL(wp) ::   zcoef0, znad                    ! temporary scalars
995      !!
996      !! The local variables for the correction term
997      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
998      REAL(wp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
999      REAL(wp) :: zrhdt1
1000      REAL(wp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
1001      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zdept, zrhh
1002      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp
1003      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::   zsshu_n, zsshv_n
1004      !!----------------------------------------------------------------------
1005      !
1006      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
1007      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zdept, zrhh )
1008      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zsshu_n, zsshv_n )
1009      !
1010      IF( kt == nit000 ) THEN
1011         IF(lwp) WRITE(numout,*)
1012         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
1013         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
1014      ENDIF
1015
1016      !!----------------------------------------------------------------------
1017      ! Local constant initialization
1018      zcoef0 = - grav
1019      znad = 0.0_wp
1020      IF( lk_vvl ) znad = 1._wp
1021
1022      ! Clean 3-D work arrays
1023      zhpi(:,:,:) = 0._wp
1024      zrhh(:,:,:) = rhd(:,:,:)
1025
1026      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
1027      DO jj = 1, jpj
1028        DO ji = 1, jpi
1029          jk = mbathy(ji,jj)
1030          IF(     jk <=  0   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,    :   ) = 0._wp
1031          ELSEIF( jk ==  1   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
1032          ELSEIF( jk < jpkm1 ) THEN
1033             DO jkk = jk+1, jpk
1034                zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(gde3w_n(ji,jj,jkk  ), gde3w_n(ji,jj,jkk-1),   &
1035                   &                      gde3w_n(ji,jj,jkk-2), rhd    (ji,jj,jkk-1), rhd(ji,jj,jkk-2))
1036             END DO
1037          ENDIF
1038        END DO
1039      END DO
1040
1041      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1042      DO jj = 1, jpj
1043         DO ji = 1, jpi
1044            zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * e3w_n(ji,jj,1) - sshn(ji,jj) * znad
1045         END DO
1046      END DO
1047
1048      DO jk = 2, jpk
1049         DO jj = 1, jpj
1050            DO ji = 1, jpi
1051               zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + e3w_n(ji,jj,jk)
1052            END DO
1053         END DO
1054      END DO
1055
1056      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1057      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1058
1059      ! Construct the vertical density profile with the
1060      ! constrained cubic spline interpolation
1061      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1062      CALL cspline(fsp,xsp,asp,bsp,csp,dsp,polynomial_type)
1063
1064      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1065      DO jj = 2, jpj
1066        DO ji = 2, jpi
1067          zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3(zdept(ji,jj,1),asp(ji,jj,1), &
1068                                         bsp(ji,jj,1),   csp(ji,jj,1), &
1069                                         dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * e3w_n(ji,jj,1)
1070
1071          ! assuming linear profile across the top half surface layer
1072          zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * e3w_n(ji,jj,1) * zrhdt1
1073        END DO
1074      END DO
1075
1076      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1077      DO jk = 2, jpkm1
1078        DO jj = 2, jpj
1079          DO ji = 2, jpi
1080            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                          &
1081                             integ_spline(zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),&
1082                                    asp(ji,jj,jk-1),    bsp(ji,jj,jk-1), &
1083                                    csp(ji,jj,jk-1),    dsp(ji,jj,jk-1))
1084          END DO
1085        END DO
1086      END DO
1087
1088      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1089
1090      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1091      DO jj = 2, jpjm1
1092        DO ji = 2, jpim1
1093          zsshu_n(ji,jj) = (e1e2u(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e1e2u(ji+1, jj) * sshn(ji+1,jj)) * &
1094                         & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1095          zsshv_n(ji,jj) = (e1e2v(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e1e2v(ji+1, jj) * sshn(ji,jj+1)) * &
1096                         & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1097        END DO
1098      END DO
1099
1100      DO jj = 2, jpjm1
1101        DO ji = 2, jpim1
1102          zu(ji,jj,1) = - ( e3u_n(ji,jj,1) - zsshu_n(ji,jj) * znad) 
1103          zv(ji,jj,1) = - ( e3v_n(ji,jj,1) - zsshv_n(ji,jj) * znad)
1104        END DO
1105      END DO
1106
1107      DO jk = 2, jpkm1
1108        DO jj = 2, jpjm1
1109          DO ji = 2, jpim1
1110            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1)- e3u_n(ji,jj,jk)
1111            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1)- e3v_n(ji,jj,jk)
1112          END DO
1113        END DO
1114      END DO
1115
1116      DO jk = 1, jpkm1
1117        DO jj = 2, jpjm1
1118          DO ji = 2, jpim1
1119            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3u_n(ji,jj,jk)
1120            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3v_n(ji,jj,jk)
1121          END DO
1122        END DO
1123      END DO
1124
1125      DO jk = 1, jpkm1
1126        DO jj = 2, jpjm1
1127          DO ji = 2, jpim1
1128            zu(ji,jj,jk) = min(zu(ji,jj,jk), max(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji+1,jj,jk)))
1129            zu(ji,jj,jk) = max(zu(ji,jj,jk), min(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji+1,jj,jk)))
1130            zv(ji,jj,jk) = min(zv(ji,jj,jk), max(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji,jj+1,jk)))
1131            zv(ji,jj,jk) = max(zv(ji,jj,jk), min(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji,jj+1,jk)))
1132          END DO
1133        END DO
1134      END DO
1135
1136
1137      DO jk = 1, jpkm1
1138        DO jj = 2, jpjm1
1139          DO ji = 2, jpim1
1140            zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1141            zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1142            zuijk = zu(ji,jj,jk)
1143            zvijk = zv(ji,jj,jk)
1144
1145            !!!!!     for u equation
1146            IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1147               IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1148                 jis = ji + 1; jid = ji
1149               ELSE
1150                 jis = ji;     jid = ji +1
1151               ENDIF
1152
1153               ! integrate the pressure on the shallow side
1154               jk1 = jk
1155               DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1156                 IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1157                   zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1158                   EXIT
1159                 ENDIF
1160                 zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1161                 zpwes = zpwes +                                    &
1162                      integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1163                             asp(jis,jj,jk1),    bsp(jis,jj,jk1), &
1164                             csp(jis,jj,jk1),    dsp(jis,jj,jk1))
1165                 jk1 = jk1 + 1
1166               END DO
1167
1168               ! integrate the pressure on the deep side
1169               jk1 = jk
1170               DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1171                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1172                   zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, sshn(jid,jj)*znad)
1173                   zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1174                                                     bsp(jid,jj,1),   csp(jid,jj,1), &
1175                                                     dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1176                   zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1177                   EXIT
1178                 ENDIF
1179                 zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1180                 zpwed = zpwed +                                        &
1181                        integ_spline(zdeps,              zdept(jid,jj,jk1), &
1182                               asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1183                               csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1184                 jk1 = jk1 - 1
1185               END DO
1186
1187               ! update the momentum trends in u direction
1188
1189!!gm               zdpdx1 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * (zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
1190               zdpdx1 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * (zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
1191               IF( lk_vvl ) THEN
1192!!gm                 zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * &
1193                 zdpdx2 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * &
1194                         ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (sshn(ji+1,jj)-sshn(ji,jj)) )
1195                ELSE
1196!!gm                 zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1197                 zdpdx2 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1198               ENDIF
1199
1200               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + (zdpdx1 + zdpdx2) * &
1201               &           umask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk) * tmask(ji+1,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!!gm               zdpdy1 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * (zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
1250               zdpdy1 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * (zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
1251               IF( lk_vvl ) THEN
1252!!gm                   zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * &
1253                   zdpdy2 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * &
1254                           ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (sshn(ji,jj+1)-sshn(ji,jj)) )
1255               ELSE
1256!!gm                   zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1257                   zdpdy2 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1258               ENDIF
1259
1260               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + (zdpdy1 + zdpdy2)*&
1261               &              vmask(ji,jj,jk)*tmask(ji,jj,jk)*tmask(ji,jj+1,jk)
1262            ENDIF
1263
1264
1265           END DO
1266        END DO
1267      END DO
1268      !
1269      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
1270      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zdept, zrhh )
1271      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zsshu_n, zsshv_n )
1272      !
1273   END SUBROUTINE hpg_prj
1274
1275
1276   SUBROUTINE cspline(fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type)
1277      !!----------------------------------------------------------------------
1278      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1279      !!
1280      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1281      !!
1282      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1283      !!
1284      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1285      !!----------------------------------------------------------------------
1286      IMPLICIT NONE
1287      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  :: fsp, xsp           ! value and coordinate
1288      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(out) :: asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of
1289                                                                    ! the interpoated function
1290      INTEGER, INTENT(in) :: polynomial_type                        ! 1: cubic spline
1291                                                                    ! 2: Linear
1292      !
1293      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1294      INTEGER  ::   jpi, jpj, jpkm1
1295      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1296      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1297      REAL(wp) ::   zdf(size(fsp,3))
1298      !!----------------------------------------------------------------------
1299
1300      jpi   = size(fsp,1)
1301      jpj   = size(fsp,2)
1302      jpkm1 = size(fsp,3) - 1
1303
1304
1305      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1306         DO ji = 1, jpi
1307            DO jj = 1, jpj
1308           !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1309           !    DO jk = 2, jpkm1-1
1310           !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1311           !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1312           !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1313           !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1314           !
1315           !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1316           !
1317           !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1318           !           zdf(jk) = 0._wp
1319           !       ELSE
1320           !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1321           !       ENDIF
1322           !    END DO
1323
1324           !!Simply geometric average
1325               DO jk = 2, jpkm1-1
1326                  zdf1 = (fsp(ji,jj,jk) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk-1))
1327                  zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk))
1328
1329                  IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1330                     zdf(jk) = 0._wp
1331                  ELSE
1332                     zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1333                  ENDIF
1334               END DO
1335
1336               zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1337                          &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) ) -  0.5_wp * zdf(2)
1338               zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1339                          &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - &
1340                          & 0.5_wp * zdf(jpkm1 - 1)
1341
1342               DO jk = 1, jpkm1 - 1
1343                 zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1344                 ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1345                 ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1346                 zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1347                 ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1348                 zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1349
1350                 dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1351                 csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1352                 bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1353                               & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1354                               & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1355                               &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1356                 asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1357                               &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1358                               &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1359               END DO
1360            END DO
1361         END DO
1362
1363      ELSE IF (polynomial_type == 2) THEN     ! Linear
1364         DO ji = 1, jpi
1365            DO jj = 1, jpj
1366               DO jk = 1, jpkm1-1
1367                  zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1368                  ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1369
1370                  dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1371                  csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1372                  bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1373                  asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1374               END DO
1375            END DO
1376         END DO
1377
1378      ELSE
1379           CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1380      ENDIF
1381
1382   END SUBROUTINE cspline
1383
1384
1385   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1386      !!----------------------------------------------------------------------
1387      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1388      !!
1389      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1390      !!
1391      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1392      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1393      !!----------------------------------------------------------------------
1394      IMPLICIT NONE
1395      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1396      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1397      REAL(wp)             ::  zdeltx
1398      !!----------------------------------------------------------------------
1399
1400      zdeltx = xr - xl
1401      IF(abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x)) THEN
1402        f = 0.5_wp * (fl + fr)
1403      ELSE
1404        f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1405      ENDIF
1406
1407   END FUNCTION interp1
1408
1409
1410   FUNCTION interp2(x, a, b, c, d)  RESULT(f)
1411      !!----------------------------------------------------------------------
1412      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1413      !!
1414      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1415      !!
1416      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1417      !!
1418      !!----------------------------------------------------------------------
1419      IMPLICIT NONE
1420      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1421      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1422      !!----------------------------------------------------------------------
1423
1424      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1425
1426   END FUNCTION interp2
1427
1428
1429   FUNCTION interp3(x, a, b, c, d)  RESULT(f)
1430      !!----------------------------------------------------------------------
1431      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1432      !!
1433      !! ** Purpose :   Calculate the first order of deriavtive of
1434      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1435      !!
1436      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1437      !!
1438      !!----------------------------------------------------------------------
1439      IMPLICIT NONE
1440      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1441      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1442      !!----------------------------------------------------------------------
1443
1444      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1445
1446   END FUNCTION interp3
1447
1448
1449   FUNCTION integ_spline(xl, xr, a, b, c, d)  RESULT(f)
1450      !!----------------------------------------------------------------------
1451      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1452      !!
1453      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1454      !!
1455      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1456      !!
1457      !!----------------------------------------------------------------------
1458      IMPLICIT NONE
1459      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1460      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3
1461      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1462      !!----------------------------------------------------------------------
1463
1464      za1 = 0.5_wp * b
1465      za2 = c / 3.0_wp
1466      za3 = 0.25_wp * d
1467
1468      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1469         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1470
1471   END FUNCTION integ_spline
1472
1473   !!======================================================================
1474END MODULE dynhpg
1475
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.