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/2016/dev_r6519_HPC_4/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN – NEMO

source: branches/2016/dev_r6519_HPC_4/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynhpg.F90 @ 7037

Last change on this file since 7037 was 7037, checked in by mocavero, 8 years ago

ORCA2_LIM_PISCES hybrid version update

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 71.2 KB
Line 
1MODULE dynhpg
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynhpg  ***
4   !! Ocean dynamics:  hydrostatic pressure gradient trend
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  !  1987-09  (P. Andrich, M.-A. Foujols)  hpg_zco: Original code
7   !!            5.0  !  1991-11  (G. Madec)
8   !!            7.0  !  1996-01  (G. Madec)  hpg_sco: Original code for s-coordinates
9   !!            8.0  !  1997-05  (G. Madec)  split dynber into dynkeg and dynhpg
10   !!            8.5  !  2002-07  (G. Madec)  F90: Free form and module
11   !!            8.5  !  2002-08  (A. Bozec)  hpg_zps: Original code
12   !!   NEMO     1.0  !  2005-10  (A. Beckmann, B.W. An)  various s-coordinate options
13   !!                 !         Original code for hpg_ctl, hpg_hel hpg_wdj, hpg_djc, hpg_rot
14   !!             -   !  2005-11  (G. Madec) style & small optimisation
15   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
16   !!            3.4  !  2011-11  (H. Liu) hpg_prj: Original code for s-coordinates
17   !!                 !           (A. Coward) suppression of hel, wdj and rot options
18   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) hpg_isf: original code for ice shelf cavity
19   !!----------------------------------------------------------------------
20
21   !!----------------------------------------------------------------------
22   !!   dyn_hpg      : update the momentum trend with the now horizontal
23   !!                  gradient of the hydrostatic pressure
24   !!   dyn_hpg_init : initialisation and control of options
25   !!       hpg_zco  : z-coordinate scheme
26   !!       hpg_zps  : z-coordinate plus partial steps (interpolation)
27   !!       hpg_sco  : s-coordinate (standard jacobian formulation)
28   !!       hpg_isf  : s-coordinate (sco formulation) adapted to ice shelf
29   !!       hpg_djc  : s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
30   !!       hpg_prj  : s-coordinate (Pressure Jacobian with Cubic polynomial)
31   !!----------------------------------------------------------------------
32   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
33   USE sbc_oce         ! surface variable (only for the flag with ice shelf)
34   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
35   USE wet_dry         ! wetting and drying
36   USE phycst          ! physical constants
37   USE trd_oce         ! trends: ocean variables
38   USE trddyn          ! trend manager: dynamics
39!jc   USE zpshde          ! partial step: hor. derivative     (zps_hde routine)
40   !
41   USE in_out_manager  ! I/O manager
42   USE prtctl          ! Print control
43   USE lbclnk          ! lateral boundary condition
44   USE lib_mpp         ! MPP library
45   USE eosbn2          ! compute density
46   USE wrk_nemo        ! Memory Allocation
47   USE timing          ! Timing
48   USE iom
49
50   IMPLICIT NONE
51   PRIVATE
52
53   PUBLIC   dyn_hpg        ! routine called by step module
54   PUBLIC   dyn_hpg_init   ! routine called by opa module
55
56   !                                 !!* Namelist namdyn_hpg : hydrostatic pressure gradient
57   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_zco   !: z-coordinate - full steps
58   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_zps   !: z-coordinate - partial steps (interpolation)
59   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_sco   !: s-coordinate (standard jacobian formulation)
60   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_djc   !: s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
61   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_prj   !: s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
62   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_isf   !: s-coordinate similar to sco modify for isf
63
64   INTEGER , PUBLIC ::   nhpg  =  0   ! = 0 to 7, type of pressure gradient scheme used ! (deduced from ln_hpg_... flags) (PUBLIC for TAM)
65
66   !! * Substitutions
67#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
68   !!----------------------------------------------------------------------
69   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
70   !! $Id$
71   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
72   !!----------------------------------------------------------------------
73CONTAINS
74
75   SUBROUTINE dyn_hpg( kt )
76      !!---------------------------------------------------------------------
77      !!                  ***  ROUTINE dyn_hpg  ***
78      !!
79      !! ** Method  :   Call the hydrostatic pressure gradient routine
80      !!              using the scheme defined in the namelist
81      !!
82      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
83      !!             - send trends to trd_dyn for futher diagnostics (l_trddyn=T)
84      !!----------------------------------------------------------------------
85      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step index
86      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  ztrdu, ztrdv
87      !!----------------------------------------------------------------------
88      !
89      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dyn_hpg')
90      !
91      IF( l_trddyn ) THEN                    ! Temporary saving of ua and va trends (l_trddyn)
92         CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
93!$OMP PARALLEL WORKSHARE
94         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
95         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
96!$OMP END PARALLEL WORKSHARE
97      ENDIF
98      !
99      SELECT CASE ( nhpg )      ! Hydrostatic pressure gradient computation
100      CASE (  0 )   ;   CALL hpg_zco    ( kt )      ! z-coordinate
101      CASE (  1 )   ;   CALL hpg_zps    ( kt )      ! z-coordinate plus partial steps (interpolation)
102      CASE (  2 )   ;   CALL hpg_sco    ( kt )      ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
103      CASE (  3 )   ;   CALL hpg_djc    ( kt )      ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
104      CASE (  4 )   ;   CALL hpg_prj    ( kt )      ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
105      CASE (  5 )   ;   CALL hpg_isf    ( kt )      ! s-coordinate similar to sco modify for ice shelf
106      END SELECT
107      !
108      IF( l_trddyn ) THEN      ! save the hydrostatic pressure gradient trends for momentum trend diagnostics
109!$OMP PARALLEL WORKSHARE
110         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
111         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
112!$OMP END PARALLEL WORKSHARE
113         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_hpg, kt )
114         CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
115      ENDIF
116      !
117      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
118         &                       tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
119      !
120      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dyn_hpg')
121      !
122   END SUBROUTINE dyn_hpg
123
124
125   SUBROUTINE dyn_hpg_init
126      !!----------------------------------------------------------------------
127      !!                 ***  ROUTINE dyn_hpg_init  ***
128      !!
129      !! ** Purpose :   initializations for the hydrostatic pressure gradient
130      !!              computation and consistency control
131      !!
132      !! ** Action  :   Read the namelist namdyn_hpg and check the consistency
133      !!      with the type of vertical coordinate used (zco, zps, sco)
134      !!----------------------------------------------------------------------
135      INTEGER ::   ioptio = 0      ! temporary integer
136      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
137      !!
138      INTEGER  ::   ji, jj, jk, ikt    ! dummy loop indices      ISF
139      REAL(wp) ::   znad
140      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  ztstop, zrhd ! hypothesys on isf density
141      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)     ::  zrhdtop_isf  ! density at bottom of ISF
142      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)     ::  ziceload     ! density at bottom of ISF
143      !!
144      NAMELIST/namdyn_hpg/ ln_hpg_zco, ln_hpg_zps, ln_hpg_sco,     &
145         &                 ln_hpg_djc, ln_hpg_prj, ln_hpg_isf
146      !!----------------------------------------------------------------------
147      !
148      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namdyn_hpg in reference namelist : Hydrostatic pressure gradient
149      READ  ( numnam_ref, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
150901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in reference namelist', lwp )
151      !
152      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namdyn_hpg in configuration namelist : Hydrostatic pressure gradient
153      READ  ( numnam_cfg, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
154902   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in configuration namelist', lwp )
155      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_hpg )
156      !
157      IF(lwp) THEN                   ! Control print
158         WRITE(numout,*)
159         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
160         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
161         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
162         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
163         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
164         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
165         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation) for isf  ln_hpg_isf    = ', ln_hpg_isf
166         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
167         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
168      ENDIF
169      !
170      IF( ln_hpg_djc )   &
171         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : Density Jacobian: Cubic polynominal method &
172                           & currently disabled (bugs under investigation). Please select &
173                           & either  ln_hpg_sco or  ln_hpg_prj instead')
174      !
175      IF( .NOT.ln_linssh .AND. .NOT.(ln_hpg_sco.OR.ln_hpg_prj.OR.ln_hpg_isf) )        &
176         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : non-linear free surface requires either ', &
177         &                 '   the standard jacobian formulation hpg_sco    or '    , &
178         &                 '   the pressure jacobian formulation hpg_prj'            )
179
180      IF(       ln_hpg_isf .AND. .NOT. ln_isfcav )   &
181         &   CALL ctl_stop( ' hpg_isf not available if ln_isfcav = false ' )
182      IF( .NOT. ln_hpg_isf .AND.       ln_isfcav )   &
183         &   CALL ctl_stop( 'Only hpg_isf has been corrected to work with ice shelf cavity.' )
184      !
185      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags
186      IF( ln_hpg_zco )   nhpg = 0
187      IF( ln_hpg_zps )   nhpg = 1
188      IF( ln_hpg_sco )   nhpg = 2
189      IF( ln_hpg_djc )   nhpg = 3
190      IF( ln_hpg_prj )   nhpg = 4
191      IF( ln_hpg_isf )   nhpg = 5
192      !
193      !                               ! Consistency check
194      ioptio = 0
195      IF( ln_hpg_zco )   ioptio = ioptio + 1
196      IF( ln_hpg_zps )   ioptio = ioptio + 1
197      IF( ln_hpg_sco )   ioptio = ioptio + 1
198      IF( ln_hpg_djc )   ioptio = ioptio + 1
199      IF( ln_hpg_prj )   ioptio = ioptio + 1
200      IF( ln_hpg_isf )   ioptio = ioptio + 1
201      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
202      !
203      ! initialisation of ice shelf load
204      IF ( .NOT. ln_isfcav ) riceload(:,:)=0.0
205      IF (       ln_isfcav ) THEN
206         CALL wrk_alloc( jpi,jpj, 2,  ztstop) 
207         CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zrhd  )
208         CALL wrk_alloc( jpi,jpj,     zrhdtop_isf, ziceload) 
209         !
210         IF(lwp) WRITE(numout,*)
211         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_isf : hydrostatic pressure gradient trend for ice shelf'
212         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~' 
213
214         ! To use density and not density anomaly
215         znad=1._wp
216         
217         ! assume water displaced by the ice shelf is at T=-1.9 and S=34.4 (rude)
218         ztstop(:,:,1)=-1.9_wp ; ztstop(:,:,2)=34.4_wp
219
220         ! compute density of the water displaced by the ice shelf
221         DO jk = 1, jpk
222            CALL eos(ztstop(:,:,:),gdept_n(:,:,jk),zrhd(:,:,jk))
223         END DO
224     
225         ! compute rhd at the ice/oce interface (ice shelf side)
226         CALL eos(ztstop,risfdep,zrhdtop_isf)
227
228         ! Surface value + ice shelf gradient
229         ! compute pressure due to ice shelf load (used to compute hpgi/j for all the level from 1 to miku/v)
230         ! divided by 2 later
231         ziceload = 0._wp
232!$OMP PARALLEL
233!$OMP DO schedule(static) private(jj,ji,ikt,jk)
234         DO jj = 1, jpj
235            DO ji = 1, jpi
236               ikt=mikt(ji,jj)
237               ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (znad + zrhd(ji,jj,1) ) * e3w_n(ji,jj,1) * (1._wp - tmask(ji,jj,1))
238               DO jk=2,ikt-1
239                  ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + zrhd(ji,jj,jk-1) + zrhd(ji,jj,jk)) * e3w_n(ji,jj,jk) &
240                     &                              * (1._wp - tmask(ji,jj,jk))
241               END DO
242               IF (ikt  >=  2) ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + zrhdtop_isf(ji,jj) + zrhd(ji,jj,ikt-1)) &
243                                  &                              * ( risfdep(ji,jj) - gdept_1d(ikt-1) )
244            END DO
245         END DO
246!$OMP WORKSHARE
247         riceload(:,:)=ziceload(:,:)  ! need to be saved for diaar5
248!$OMP END WORKSHARE NOWAIT
249!$OMP END PARALLEL
250
251         CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, 2,  ztstop) 
252         CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zrhd  )
253         CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,     zrhdtop_isf, ziceload) 
254      END IF
255      !
256   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
257
258
259   SUBROUTINE hpg_zco( kt )
260      !!---------------------------------------------------------------------
261      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
262      !!
263      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
264      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
265      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
266      !!      density gradient along the model level from the suface to that
267      !!      level:    zhpi = grav .....
268      !!                zhpj = grav .....
269      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
270      !!            ua = ua - 1/e1u * zhpi
271      !!            va = va - 1/e2v * zhpj
272      !!
273      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
274      !!----------------------------------------------------------------------
275      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
276      !
277      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
278      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
279      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
280      !!----------------------------------------------------------------------
281      !
282      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   zhpi, zhpj )
283      !
284      IF( kt == nit000 ) THEN
285         IF(lwp) WRITE(numout,*)
286         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
287         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
288      ENDIF
289
290      zcoef0 = - grav * 0.5_wp      ! Local constant initialization
291
292      ! Surface value
293!$OMP PARALLEL
294!$OMP DO private(ji,jj, zcoef1)
295      DO jj = 2, jpjm1
296         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
297            zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,1)
298            ! hydrostatic pressure gradient
299            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
300            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
301            ! add to the general momentum trend
302            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
303            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
304         END DO
305      END DO
306
307      !
308      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
309      DO jk = 2, jpkm1
310!$OMP DO private(ji,jj, zcoef1)
311         DO jj = 2, jpjm1
312            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
313               zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,jk)
314               ! hydrostatic pressure gradient
315               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
316                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )    &
317                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
318
319               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
320                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )    &
321                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
322               ! add to the general momentum trend
323               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
324               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
325            END DO
326         END DO
327!$OMP END DO NOWAIT
328      END DO
329!$OMP END PARALLEL
330      !
331      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   zhpi, zhpj )
332      !
333   END SUBROUTINE hpg_zco
334
335
336   SUBROUTINE hpg_zps( kt )
337      !!---------------------------------------------------------------------
338      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
339      !!
340      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
341      !!
342      !! ** Action  : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
343      !!----------------------------------------------------------------------
344      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
345      !!
346      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
347      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
348      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
349      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
350      !!----------------------------------------------------------------------
351      !
352      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk,   zhpi, zhpj )
353      !
354      IF( kt == nit000 ) THEN
355         IF(lwp) WRITE(numout,*)
356         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
357         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
358      ENDIF
359
360      ! Partial steps: bottom before horizontal gradient of t, s, rd at the last ocean level
361!jc      CALL zps_hde    ( kt, jpts, tsn, gtsu, gtsv, rhd, gru , grv )
362
363      ! Local constant initialization
364      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
365
366      !  Surface value (also valid in partial step case)
367!$OMP PARALLEL
368!$OMP DO private(ji,jj, zcoef1)
369      DO jj = 2, jpjm1
370         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
371            zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,1)
372            ! hydrostatic pressure gradient
373            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
374            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
375            ! add to the general momentum trend
376            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
377            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
378         END DO
379      END DO
380
381      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
382      DO jk = 2, jpkm1
383!$OMP DO private(ji,jj, zcoef1)
384         DO jj = 2, jpjm1
385            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
386               zcoef1 = zcoef0 * e3w_n(ji,jj,jk)
387               ! hydrostatic pressure gradient
388               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
389                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
390                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
391
392               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
393                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
394                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
395               ! add to the general momentum trend
396               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
397               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
398            END DO
399         END DO
400      END DO
401
402      ! partial steps correction at the last level  (use gru & grv computed in zpshde.F90)
403!$OMP DO private(ji,jj,iku,ikv,zcoef2,zcoef3)
404      DO jj = 2, jpjm1
405         DO ji = 2, jpim1
406            iku = mbku(ji,jj)
407            ikv = mbkv(ji,jj)
408            zcoef2 = zcoef0 * MIN( e3w_n(ji,jj,iku), e3w_n(ji+1,jj  ,iku) )
409            zcoef3 = zcoef0 * MIN( e3w_n(ji,jj,ikv), e3w_n(ji  ,jj+1,ikv) )
410            IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
411               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
412               zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
413                  &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + gru(ji,jj) ) * r1_e1u(ji,jj)
414               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
415            ENDIF
416            IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
417               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
418               zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
419                  &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + grv(ji,jj) ) * r1_e2v(ji,jj)
420               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
421            ENDIF
422         END DO
423      END DO
424!$OMP END DO NOWAIT
425!$OMP END PARALLEL
426      !
427      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   zhpi, zhpj )
428      !
429   END SUBROUTINE hpg_zps
430
431
432   SUBROUTINE hpg_sco( kt )
433      !!---------------------------------------------------------------------
434      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
435      !!
436      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
437      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
438      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
439      !!      density gradient along the model level from the suface to that
440      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
441      !!      to the horizontal pressure gradient :
442      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
443      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
444      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
445      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
446      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
447      !!
448      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
449      !!----------------------------------------------------------------------
450      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
451      !!
452      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jii, jjj                 ! dummy loop indices
453      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad, ztmp       ! temporary scalars
454      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2, ll_tmp3            ! local logical variables
455      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
456      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::  zcpx, zcpy !W/D pressure filter
457      !!----------------------------------------------------------------------
458      !
459      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
460      IF(ln_wd) CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zcpx, zcpy )
461      !
462      IF( kt == nit000 ) THEN
463         IF(lwp) WRITE(numout,*)
464         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
465         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
466      ENDIF
467      !
468      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
469      IF ( ln_linssh ) THEN   ;   znad = 0._wp         ! Fixed    volume: density anomaly
470      ELSE                    ;   znad = 1._wp         ! Variable volume: density
471      ENDIF
472      !
473      IF(ln_wd) THEN
474        DO jj = 2, jpjm1
475           DO ji = 2, jpim1 
476             ll_tmp1 = MIN(sshn(ji,jj), sshn(ji+1,jj)) > MAX(-bathy(ji,jj), -bathy(ji+1,jj)) 
477             ll_tmp2 = MAX(sshn(ji,jj) + bathy(ji,jj), sshn(ji+1,jj) + bathy(ji+1,jj)) > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
478             ll_tmp3 = MAX(sshn(ji,jj), sshn(ji+1,jj)) > MAX(-bathy(ji,jj), -bathy(ji+1,jj)) + &
479                                                       & rn_wdmin1 + rn_wdmin2
480
481             IF(ll_tmp1.AND.ll_tmp2) THEN
482               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
483               wduflt(ji,jj) = 1.0_wp
484             ELSE IF(ll_tmp3) THEN
485               ! no worries about sshn(ji+1,jj)-sshn(ji,jj) = 0, it won't happen ! here
486               zcpx(ji,jj) = ABS((sshn(ji+1,jj) + bathy(ji+1,jj) - sshn(ji,jj) - bathy(ji,jj)) / &
487                           &     (sshn(ji+1,jj) - sshn(ji,jj)))
488               wduflt(ji,jj) = 1.0_wp
489             ELSE
490               zcpx(ji,jj) = 0._wp
491               wduflt(ji,jj) = 0.0_wp
492             END IF
493     
494             ll_tmp1 = MIN(sshn(ji,jj), sshn(ji,jj+1)) > MAX(-bathy(ji,jj), -bathy(ji,jj+1)) 
495             ll_tmp2 = MAX(sshn(ji,jj) + bathy(ji,jj), sshn(ji,jj+1) + bathy(ji,jj+1)) > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
496             ll_tmp3 = MAX(sshn(ji,jj), sshn(ji,jj+1)) > MAX(-bathy(ji,jj), -bathy(ji,jj+1)) + &
497                                                       & rn_wdmin1 + rn_wdmin2
498
499             IF(ll_tmp1.AND.ll_tmp2) THEN
500               zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
501               wdvflt(ji,jj) = 1.0_wp
502             ELSE IF(ll_tmp3) THEN
503               ! no worries about sshn(ji,jj+1)-sshn(ji,jj) = 0, it won't happen ! here
504               zcpy(ji,jj) = ABS((sshn(ji,jj+1) + bathy(ji,jj+1) - sshn(ji,jj) - bathy(ji,jj)) / &
505                           &     (sshn(ji,jj+1) - sshn(ji,jj)))
506               wdvflt(ji,jj) = 1.0_wp
507             ELSE
508               zcpy(ji,jj) = 0._wp
509               wdvflt(ji,jj) = 0.0_wp
510             END IF
511           END DO
512        END DO
513        CALL lbc_lnk( zcpx, 'U', 1._wp )    ;   CALL lbc_lnk( zcpy, 'V', 1._wp )
514      ENDIF
515
516
517      ! Surface value
518      DO jj = 2, jpjm1
519         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
520            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
521            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 * (  e3w_n(ji+1,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji+1,jj  ,1) )    &
522               &                      - e3w_n(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
523            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 * (  e3w_n(ji  ,jj+1,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj+1,1) )    &
524               &                      - e3w_n(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
525            ! s-coordinate pressure gradient correction
526            zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
527               &           * ( gde3w_n(ji+1,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
528            zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
529               &           * ( gde3w_n(ji,jj+1,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
530
531
532            IF(ln_wd) THEN
533
534              zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
535              zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
536              zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
537              zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
538            ENDIF
539
540            ! add to the general momentum trend
541            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
542            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
543         END DO
544      END DO
545
546      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
547      DO jk = 2, jpkm1
548         DO jj = 2, jpjm1
549            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
550               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
551               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e1u(ji,jj)   &
552                  &           * (  e3w_n(ji+1,jj,jk) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad )   &
553                  &              - e3w_n(ji  ,jj,jk) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad )  )
554               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 * r1_e2v(ji,jj)   &
555                  &           * (  e3w_n(ji,jj+1,jk) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad )   &
556                  &              - e3w_n(ji,jj  ,jk) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad )  )
557               ! s-coordinate pressure gradient correction
558               zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj  ,jk) + rhd    (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
559                  &           * ( gde3w_n(ji+1,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) * r1_e1u(ji,jj)
560               zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji  ,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
561                  &           * ( gde3w_n(ji  ,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) * r1_e2v(ji,jj)
562
563               IF(ln_wd) THEN
564                 zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
565                 zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
566                 zuap = zuap * zcpx(ji,jj)
567                 zvap = zvap * zcpy(ji,jj)
568               ENDIF
569
570               ! add to the general momentum trend
571               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
572               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
573            END DO
574         END DO
575      END DO
576      !
577      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
578      IF(ln_wd) CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zcpx, zcpy )
579      !
580   END SUBROUTINE hpg_sco
581
582
583   SUBROUTINE hpg_isf( kt )
584      !!---------------------------------------------------------------------
585      !!                  ***  ROUTINE hpg_isf  ***
586      !!
587      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
588      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
589      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
590      !!      density gradient along the model level from the suface to that
591      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
592      !!      to the horizontal pressure gradient :
593      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
594      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
595      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
596      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
597      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
598      !!      iceload is added and partial cell case are added to the top and bottom
599      !!     
600      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
601      !!----------------------------------------------------------------------
602      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
603      !!
604      INTEGER  ::   ji, jj, jk, ikt, iktp1i, iktp1j   ! dummy loop indices
605      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad          ! temporary scalars
606      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  zhpi, zhpj
607      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  ztstop
608      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)     ::  zrhdtop_oce
609      !!----------------------------------------------------------------------
610      !
611      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,  2, ztstop) 
612      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj)
613      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,     zrhdtop_oce )
614      !
615      ! Local constant initialization
616      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
617 
618      ! To use density and not density anomaly
619      znad=1._wp
620
621      ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
622      zhpi(:,:,:)=0._wp ; zhpj(:,:,:)=0._wp
623
624      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
625      ! usefull to reduce residual current in the test case ISOMIP with no melting
626      DO ji=1,jpi
627        DO jj=1,jpj
628          ikt=mikt(ji,jj)
629          ztstop(ji,jj,1)=tsn(ji,jj,ikt,1)
630          ztstop(ji,jj,2)=tsn(ji,jj,ikt,2)
631        END DO
632      END DO
633      CALL eos( ztstop, risfdep, zrhdtop_oce )
634
635!==================================================================================     
636!===== Compute surface value =====================================================
637!==================================================================================
638      DO jj = 2, jpjm1
639         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
640            ikt    = mikt(ji,jj)
641            iktp1i = mikt(ji+1,jj)
642            iktp1j = mikt(ji,jj+1)
643            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
644            ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
645            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( 0.5_wp * e3w_n(ji+1,jj,iktp1i)                                    &
646               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji+1,jj,iktp1i) + zrhdtop_oce(ji+1,jj) )   &
647               &                                  - 0.5_wp * e3w_n(ji,jj,ikt)                                         &
648               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji,jj,ikt) + zrhdtop_oce(ji,jj) )          &
649               &                                  + ( riceload(ji+1,jj) - riceload(ji,jj))                            ) 
650            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( 0.5_wp * e3w_n(ji,jj+1,iktp1j)                                    &
651               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji,jj+1,iktp1j) + zrhdtop_oce(ji,jj+1) )   &
652               &                                  - 0.5_wp * e3w_n(ji,jj,ikt)                                         & 
653               &                                    * ( 2._wp * znad + rhd(ji,jj,ikt) + zrhdtop_oce(ji,jj) )          &
654               &                                  + ( riceload(ji,jj+1) - riceload(ji,jj))                            ) 
655            ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
656            zuap = -zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
657               &           * ( gde3w_n(ji+1,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
658            zvap = -zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,1) + rhd    (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
659               &           * ( gde3w_n(ji,jj+1,1) - gde3w_n(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
660            ! add to the general momentum trend
661            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
662            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
663         END DO
664      END DO
665!==================================================================================     
666!===== Compute interior value =====================================================
667!==================================================================================
668      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
669      DO jk = 2, jpkm1
670         DO jj = 2, jpjm1
671            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
672               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
673               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
674                  &           * (  e3w_n(ji+1,jj,jk) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji+1,jj,jk)   &
675                  &              - e3w_n(ji  ,jj,jk) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji  ,jj,jk)   )
676               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
677                  &           * (  e3w_n(ji,jj+1,jk) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji,jj+1,jk)   &
678                  &              - e3w_n(ji,jj  ,jk) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad ) * wmask(ji,jj  ,jk)   )
679               ! s-coordinate pressure gradient correction
680               zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
681                  &           * ( gde3w_n(ji+1,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
682               zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
683                  &           * ( gde3w_n(ji  ,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
684               ! add to the general momentum trend
685               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + (zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
686               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + (zhpj(ji,jj,jk) + zvap) * vmask(ji,jj,jk)
687            END DO
688         END DO
689      END DO
690     !
691      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,2  , ztstop)
692      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj)
693      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj    , zrhdtop_oce )
694      !
695   END SUBROUTINE hpg_isf
696
697
698   SUBROUTINE hpg_djc( kt )
699      !!---------------------------------------------------------------------
700      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
701      !!
702      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
703      !!
704      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
705      !!----------------------------------------------------------------------
706      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
707      !!
708      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
709      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
710      REAL(wp) ::   z1_10, cffu, cffx   !    "         "
711      REAL(wp) ::   z1_12, cffv, cffy   !    "         "
712      LOGICAL  ::   ll_tmp1, ll_tmp2    ! local logical variables
713      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
714      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  dzx, dzy, dzz, dzu, dzv, dzw
715      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow
716      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  rho_i, rho_j, rho_k
717      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::  zcpx, zcpy    !W/D pressure filter
718      !!----------------------------------------------------------------------
719      !
720      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
721      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
722      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
723      IF(ln_wd) CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zcpx, zcpy )
724      !
725      !
726      IF(ln_wd) THEN
727        DO jj = 2, jpjm1
728           DO ji = 2, jpim1 
729             ll_tmp1 = MIN(sshn(ji,jj), sshn(ji+1,jj)) > MAX(-bathy(ji,jj), -bathy(ji+1,jj)) &
730                     & .and. MAX(sshn(ji,jj) + bathy(ji,jj), sshn(ji+1,jj) + bathy(ji+1,jj)) &
731                     &  > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
732             ll_tmp2 = MAX(sshn(ji,jj), sshn(ji+1,jj)) > MAX(-bathy(ji,jj), -bathy(ji+1,jj)) +&
733                                                       & rn_wdmin1 + rn_wdmin2
734
735             IF(ll_tmp1) THEN
736               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
737             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
738               ! no worries about sshn(ji+1,jj)-sshn(ji,jj) = 0, it won't happen ! here
739               zcpx(ji,jj) = ABS((sshn(ji+1,jj) + bathy(ji+1,jj) - sshn(ji,jj) - bathy(ji,jj)) /&
740                           &     (sshn(ji+1,jj) - sshn(ji,jj)))
741             ELSE
742               zcpx(ji,jj) = 0._wp
743             END IF
744     
745             ll_tmp1 = MIN(sshn(ji,jj), sshn(ji,jj+1)) > MAX(-bathy(ji,jj), -bathy(ji,jj+1)) &
746                     & .and. MAX(sshn(ji,jj) + bathy(ji,jj), sshn(ji,jj+1) + bathy(ji,jj+1)) &
747                     &  > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
748             ll_tmp2 = MAX(sshn(ji,jj), sshn(ji,jj+1)) > MAX(-bathy(ji,jj), -bathy(ji,jj+1)) +&
749                                                       & rn_wdmin1 + rn_wdmin2
750
751             IF(ll_tmp1) THEN
752               zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
753             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
754               ! no worries about sshn(ji,jj+1)-sshn(ji,jj) = 0, it won't happen ! here
755               zcpy(ji,jj) = ABS((sshn(ji,jj+1) + bathy(ji,jj+1) - sshn(ji,jj) - bathy(ji,jj)) /&
756                           &     (sshn(ji,jj+1) - sshn(ji,jj)))
757             ELSE
758               zcpy(ji,jj) = 0._wp
759             END IF
760           END DO
761        END DO
762        CALL lbc_lnk( zcpx, 'U', 1._wp )    ;   CALL lbc_lnk( zcpy, 'V', 1._wp )
763      ENDIF
764
765
766      IF( kt == nit000 ) THEN
767         IF(lwp) WRITE(numout,*)
768         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
769         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
770      ENDIF
771
772      ! Local constant initialization
773      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
774      z1_10  = 1._wp / 10._wp
775      z1_12  = 1._wp / 12._wp
776
777      !----------------------------------------------------------------------------------------
778      !  compute and store in provisional arrays elementary vertical and horizontal differences
779      !----------------------------------------------------------------------------------------
780
781!!bug gm   Not a true bug, but... dzz=e3w  for dzx, dzy verify what it is really
782
783      DO jk = 2, jpkm1
784         DO jj = 2, jpjm1
785            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
786               drhoz(ji,jj,jk) = rhd    (ji  ,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1)
787               dzz  (ji,jj,jk) = gde3w_n(ji  ,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk-1)
788               drhox(ji,jj,jk) = rhd    (ji+1,jj  ,jk) - rhd    (ji,jj,jk  )
789               dzx  (ji,jj,jk) = gde3w_n(ji+1,jj  ,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk  )
790               drhoy(ji,jj,jk) = rhd    (ji  ,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk  )
791               dzy  (ji,jj,jk) = gde3w_n(ji  ,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk  )
792            END DO
793         END DO
794      END DO
795
796      !-------------------------------------------------------------------------
797      ! compute harmonic averages using eq. 5.18
798      !-------------------------------------------------------------------------
799      zep = 1.e-15
800
801!!bug  gm  drhoz not defined at level 1 and used (jk-1 with jk=2)
802!!bug  gm  idem for drhox, drhoy et ji=jpi and jj=jpj
803
804      DO jk = 2, jpkm1
805         DO jj = 2, jpjm1
806            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
807               cffw = 2._wp * drhoz(ji  ,jj  ,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)
808
809               cffu = 2._wp * drhox(ji+1,jj  ,jk) * drhox(ji,jj,jk  )
810               cffx = 2._wp * dzx  (ji+1,jj  ,jk) * dzx  (ji,jj,jk  )
811
812               cffv = 2._wp * drhoy(ji  ,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk  )
813               cffy = 2._wp * dzy  (ji  ,jj+1,jk) * dzy  (ji,jj,jk  )
814
815               IF( cffw > zep) THEN
816                  drhow(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoz(ji,jj,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)   &
817                     &                    / ( drhoz(ji,jj,jk) + drhoz(ji,jj,jk-1) )
818               ELSE
819                  drhow(ji,jj,jk) = 0._wp
820               ENDIF
821
822               dzw(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzz(ji,jj,jk) * dzz(ji,jj,jk-1)   &
823                  &                  / ( dzz(ji,jj,jk) + dzz(ji,jj,jk-1) )
824
825               IF( cffu > zep ) THEN
826                  drhou(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhox(ji+1,jj,jk) * drhox(ji,jj,jk)   &
827                     &                    / ( drhox(ji+1,jj,jk) + drhox(ji,jj,jk) )
828               ELSE
829                  drhou(ji,jj,jk ) = 0._wp
830               ENDIF
831
832               IF( cffx > zep ) THEN
833                  dzu(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzx(ji+1,jj,jk) * dzx(ji,jj,jk)   &
834                     &                  / ( dzx(ji+1,jj,jk) + dzx(ji,jj,jk) )
835               ELSE
836                  dzu(ji,jj,jk) = 0._wp
837               ENDIF
838
839               IF( cffv > zep ) THEN
840                  drhov(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoy(ji,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk)   &
841                     &                    / ( drhoy(ji,jj+1,jk) + drhoy(ji,jj,jk) )
842               ELSE
843                  drhov(ji,jj,jk) = 0._wp
844               ENDIF
845
846               IF( cffy > zep ) THEN
847                  dzv(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzy(ji,jj+1,jk) * dzy(ji,jj,jk)   &
848                     &                  / ( dzy(ji,jj+1,jk) + dzy(ji,jj,jk) )
849               ELSE
850                  dzv(ji,jj,jk) = 0._wp
851               ENDIF
852
853            END DO
854         END DO
855      END DO
856
857      !----------------------------------------------------------------------------------
858      ! apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
859      !----------------------------------------------------------------------------------
860      drhow(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:, 2 ) - drhoz(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,  2  )
861      drhou(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhox(:,:, 2 ) - drhox(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,  2  )
862      drhov(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:, 2 ) - drhoy(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,  2  )
863
864      drhow(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:,jpk) - drhoz(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,jpkm1)
865      drhou(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhox(:,:,jpk) - drhox(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,jpkm1)
866      drhov(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:,jpk) - drhoy(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,jpkm1)
867
868
869      !--------------------------------------------------------------
870      ! Upper half of top-most grid box, compute and store
871      !-------------------------------------------------------------
872
873!!bug gm   :  e3w-gde3w = 0.5*e3w  ....  and gde3w(2)-gde3w(1)=e3w(2) ....   to be verified
874!          true if gde3w is really defined as the sum of the e3w scale factors as, it seems to me, it should be
875
876      DO jj = 2, jpjm1
877         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
878            rho_k(ji,jj,1) = -grav * ( e3w_n(ji,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) )               &
879               &                   * (  rhd(ji,jj,1)                                     &
880               &                     + 0.5_wp * ( rhd    (ji,jj,2) - rhd    (ji,jj,1) )  &
881               &                              * ( e3w_n  (ji,jj,1) - gde3w_n(ji,jj,1) )  &
882               &                              / ( gde3w_n(ji,jj,2) - gde3w_n(ji,jj,1) )  )
883         END DO
884      END DO
885
886!!bug gm    : here also, simplification is possible
887!!bug gm    : optimisation: 1/10 and 1/12 the division should be done before the loop
888
889      DO jk = 2, jpkm1
890         DO jj = 2, jpjm1
891            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
892
893               rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk-1) )                                   &
894                  &                     * ( gde3w_n(ji,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk-1) )                                   &
895                  &            - grav * z1_10 * (                                                                   &
896                  &     ( drhow  (ji,jj,jk) - drhow  (ji,jj,jk-1) )                                                     &
897                  &   * ( gde3w_n(ji,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( dzw  (ji,jj,jk) + dzw  (ji,jj,jk-1) ) )   &
898                  &   - ( dzw    (ji,jj,jk) - dzw    (ji,jj,jk-1) )                                                     &
899                  &   * ( rhd    (ji,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( drhow(ji,jj,jk) + drhow(ji,jj,jk-1) ) )   &
900                  &                             )
901
902               rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji+1,jj,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                   &
903                  &                     * ( gde3w_n(ji+1,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) )                                   &
904                  &            - grav* z1_10 * (                                                                    &
905                  &     ( drhou  (ji+1,jj,jk) - drhou  (ji,jj,jk) )                                                     &
906                  &   * ( gde3w_n(ji+1,jj,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzu  (ji+1,jj,jk) + dzu  (ji,jj,jk) ) )   &
907                  &   - ( dzu    (ji+1,jj,jk) - dzu    (ji,jj,jk) )                                                     &
908                  &   * ( rhd    (ji+1,jj,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhou(ji+1,jj,jk) + drhou(ji,jj,jk) ) )   &
909                  &                            )
910
911               rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd    (ji,jj+1,jk) + rhd    (ji,jj,jk) )                                 &
912                  &                     * ( gde3w_n(ji,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) )                                   &
913                  &            - grav* z1_10 * (                                                                    &
914                  &     ( drhov  (ji,jj+1,jk) - drhov  (ji,jj,jk) )                                                     &
915                  &   * ( gde3w_n(ji,jj+1,jk) - gde3w_n(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzv  (ji,jj+1,jk) + dzv  (ji,jj,jk) ) )   &
916                  &   - ( dzv    (ji,jj+1,jk) - dzv    (ji,jj,jk) )                                                     &
917                  &   * ( rhd    (ji,jj+1,jk) - rhd    (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhov(ji,jj+1,jk) + drhov(ji,jj,jk) ) )   &
918                  &                            )
919
920            END DO
921         END DO
922      END DO
923      CALL lbc_lnk(rho_k,'W',1.)
924      CALL lbc_lnk(rho_i,'U',1.)
925      CALL lbc_lnk(rho_j,'V',1.)
926
927
928      ! ---------------
929      !  Surface value
930      ! ---------------
931      DO jj = 2, jpjm1
932         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
933            zhpi(ji,jj,1) = ( rho_k(ji+1,jj  ,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_i(ji,jj,1) ) * r1_e1u(ji,jj)
934            zhpj(ji,jj,1) = ( rho_k(ji  ,jj+1,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_j(ji,jj,1) ) * r1_e2v(ji,jj)
935            IF(ln_wd) THEN
936              zhpi(ji,jj,1) = zhpi(ji,jj,1) * zcpx(ji,jj)
937              zhpj(ji,jj,1) = zhpj(ji,jj,1) * zcpy(ji,jj) 
938            ENDIF
939            ! add to the general momentum trend
940            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
941            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
942         END DO
943      END DO
944
945      ! ----------------
946      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
947      ! ----------------
948      DO jk = 2, jpkm1
949         DO jj = 2, jpjm1
950            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
951               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
952               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                &
953                  &           + (  ( rho_k(ji+1,jj,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
954                  &              - ( rho_i(ji  ,jj,jk) - rho_i(ji,jj,jk-1) )  ) * r1_e1u(ji,jj)
955               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                &
956                  &           + (  ( rho_k(ji,jj+1,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
957                  &               -( rho_j(ji,jj  ,jk) - rho_j(ji,jj,jk-1) )  ) * r1_e2v(ji,jj)
958               IF(ln_wd) THEN
959                 zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) * zcpx(ji,jj)
960                 zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) * zcpy(ji,jj) 
961               ENDIF
962               ! add to the general momentum trend
963               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
964               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
965            END DO
966         END DO
967      END DO
968      !
969      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
970      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
971      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
972      IF(ln_wd) CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zcpx, zcpy )
973      !
974   END SUBROUTINE hpg_djc
975
976
977   SUBROUTINE hpg_prj( kt )
978      !!---------------------------------------------------------------------
979      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
980      !!
981      !! ** Method  :   s-coordinate case.
982      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
983      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
984      !!      all vertical coordinate systems
985      !!
986      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
987      !!----------------------------------------------------------------------
988      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
989      INTEGER, INTENT(in) ::   kt                   ! ocean time-step index
990      !!
991      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
992      REAL(wp) ::   zcoef0, znad                    ! local scalars
993      !
994      !! The local variables for the correction term
995      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
996      LOGICAL  :: ll_tmp1, ll_tmp2                  ! local logical variables
997      REAL(wp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
998      REAL(wp) :: zrhdt1
999      REAL(wp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
1000      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zdept, zrhh
1001      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp
1002      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::   zsshu_n, zsshv_n
1003      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::  zcpx, zcpy    !W/D pressure filter
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      IF(ln_wd) CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zcpx, zcpy )
1010      !
1011      IF( kt == nit000 ) THEN
1012         IF(lwp) WRITE(numout,*)
1013         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
1014         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
1015      ENDIF
1016
1017      ! Local constant initialization
1018      zcoef0 = - grav
1019      znad = 1._wp
1020      IF( ln_linssh )   znad = 0._wp
1021
1022      IF(ln_wd) THEN
1023        DO jj = 2, jpjm1
1024           DO ji = 2, jpim1 
1025             ll_tmp1 = MIN(sshn(ji,jj), sshn(ji+1,jj)) > MAX(-bathy(ji,jj), -bathy(ji+1,jj)) &
1026                     & .and. MAX(sshn(ji,jj) + bathy(ji,jj), sshn(ji+1,jj) + bathy(ji+1,jj)) &
1027                     &  > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1028             ll_tmp2 = MAX(sshn(ji,jj), sshn(ji+1,jj)) > MAX(-bathy(ji,jj), -bathy(ji+1,jj)) +&
1029                                                       & rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1030
1031             IF(ll_tmp1) THEN
1032               zcpx(ji,jj) = 1.0_wp
1033             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
1034               ! no worries about sshn(ji+1,jj)-sshn(ji,jj) = 0, it won't happen ! here
1035               zcpx(ji,jj) = ABS((sshn(ji+1,jj) + bathy(ji+1,jj) - sshn(ji,jj) - bathy(ji,jj)) /&
1036                           &     (sshn(ji+1,jj) - sshn(ji,jj)))
1037             ELSE
1038               zcpx(ji,jj) = 0._wp
1039             END IF
1040     
1041             ll_tmp1 = MIN(sshn(ji,jj), sshn(ji,jj+1)) > MAX(-bathy(ji,jj), -bathy(ji,jj+1)) &
1042                     & .and. MAX(sshn(ji,jj) + bathy(ji,jj), sshn(ji,jj+1) + bathy(ji,jj+1)) &
1043                     &  > rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1044             ll_tmp2 = MAX(sshn(ji,jj), sshn(ji,jj+1)) > MAX(-bathy(ji,jj), -bathy(ji,jj+1)) +&
1045                                                       & rn_wdmin1 + rn_wdmin2
1046
1047             IF(ll_tmp1.OR.ll_tmp2) THEN
1048               zcpy(ji,jj) = 1.0_wp
1049             ELSE IF(ll_tmp2) THEN
1050               ! no worries about sshn(ji,jj+1)-sshn(ji,jj) = 0, it won't happen ! here
1051               zcpy(ji,jj) = ABS((sshn(ji,jj+1) + bathy(ji,jj+1) - sshn(ji,jj) - bathy(ji,jj)) /&
1052                           &     (sshn(ji,jj+1) - sshn(ji,jj)))
1053             ELSE
1054               zcpy(ji,jj) = 0._wp
1055             END IF
1056           END DO
1057        END DO
1058        CALL lbc_lnk( zcpx, 'U', 1._wp )    ;   CALL lbc_lnk( zcpy, 'V', 1._wp )
1059      ENDIF
1060
1061      ! Clean 3-D work arrays
1062      zhpi(:,:,:) = 0._wp
1063      zrhh(:,:,:) = rhd(:,:,:)
1064
1065      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
1066      DO jj = 1, jpj
1067        DO ji = 1, jpi
1068          jk = mbathy(ji,jj)
1069          IF(     jk <=  0   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,    :   ) = 0._wp
1070          ELSEIF( jk ==  1   ) THEN   ;   zrhh(ji,jj,jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
1071          ELSEIF( jk < jpkm1 ) THEN
1072             DO jkk = jk+1, jpk
1073                zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(gde3w_n(ji,jj,jkk  ), gde3w_n(ji,jj,jkk-1),   &
1074                   &                      gde3w_n(ji,jj,jkk-2), rhd    (ji,jj,jkk-1), rhd(ji,jj,jkk-2))
1075             END DO
1076          ENDIF
1077        END DO
1078      END DO
1079
1080      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1081      DO jj = 1, jpj
1082         DO ji = 1, jpi
1083            zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * e3w_n(ji,jj,1) - sshn(ji,jj) * znad
1084         END DO
1085      END DO
1086
1087      DO jk = 2, jpk
1088         DO jj = 1, jpj
1089            DO ji = 1, jpi
1090               zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + e3w_n(ji,jj,jk)
1091            END DO
1092         END DO
1093      END DO
1094
1095      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1096      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1097
1098      ! Construct the vertical density profile with the
1099      ! constrained cubic spline interpolation
1100      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1101      CALL cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1102
1103      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1104      DO jj = 2, jpj
1105        DO ji = 2, jpi
1106          zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3( zdept(ji,jj,1), asp(ji,jj,1), bsp(ji,jj,1),  &
1107             &                                              csp(ji,jj,1), dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * e3w_n(ji,jj,1)
1108
1109          ! assuming linear profile across the top half surface layer
1110          zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * e3w_n(ji,jj,1) * zrhdt1
1111        END DO
1112      END DO
1113
1114      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1115      DO jk = 2, jpkm1
1116        DO jj = 2, jpj
1117          DO ji = 2, jpi
1118            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                                  &
1119               &             integ_spline( zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),   &
1120               &                           asp  (ji,jj,jk-1), bsp  (ji,jj,jk-1), &
1121               &                           csp  (ji,jj,jk-1), dsp  (ji,jj,jk-1)  )
1122          END DO
1123        END DO
1124      END DO
1125
1126      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1127
1128      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1129      DO jj = 2, jpjm1
1130        DO ji = 2, jpim1
1131!!gm BUG ?    if it is ssh at u- & v-point then it should be:
1132!          zsshu_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e1e2t(ji+1,jj) * sshn(ji+1,jj)) * &
1133!                         & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1134!          zsshv_n(ji,jj) = (e1e2t(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e1e2t(ji,jj+1) * sshn(ji,jj+1)) * &
1135!                         & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp
1136!!gm not this:
1137          zsshu_n(ji,jj) = (e1e2u(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e1e2u(ji+1, jj) * sshn(ji+1,jj)) * &
1138                         & r1_e1e2u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1139          zsshv_n(ji,jj) = (e1e2v(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e1e2v(ji+1, jj) * sshn(ji,jj+1)) * &
1140                         & r1_e1e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1141        END DO
1142      END DO
1143
1144      CALL lbc_lnk (zsshu_n, 'U', 1.)
1145      CALL lbc_lnk (zsshv_n, 'V', 1.)
1146
1147      DO jj = 2, jpjm1
1148        DO ji = 2, jpim1
1149          zu(ji,jj,1) = - ( e3u_n(ji,jj,1) - zsshu_n(ji,jj) * znad) 
1150          zv(ji,jj,1) = - ( e3v_n(ji,jj,1) - zsshv_n(ji,jj) * znad)
1151        END DO
1152      END DO
1153
1154      DO jk = 2, jpkm1
1155        DO jj = 2, jpjm1
1156          DO ji = 2, jpim1
1157            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1) - e3u_n(ji,jj,jk)
1158            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1) - e3v_n(ji,jj,jk)
1159          END DO
1160        END DO
1161      END DO
1162
1163      DO jk = 1, jpkm1
1164        DO jj = 2, jpjm1
1165          DO ji = 2, jpim1
1166            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3u_n(ji,jj,jk)
1167            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * e3v_n(ji,jj,jk)
1168          END DO
1169        END DO
1170      END DO
1171
1172      DO jk = 1, jpkm1
1173        DO jj = 2, jpjm1
1174          DO ji = 2, jpim1
1175            zu(ji,jj,jk) = MIN(  zu(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1176            zu(ji,jj,jk) = MAX(  zu(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji+1,jj,jk) )  )
1177            zv(ji,jj,jk) = MIN(  zv(ji,jj,jk) , MAX( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1178            zv(ji,jj,jk) = MAX(  zv(ji,jj,jk) , MIN( -zdept(ji,jj,jk) , -zdept(ji,jj+1,jk) )  )
1179          END DO
1180        END DO
1181      END DO
1182
1183
1184      DO jk = 1, jpkm1
1185        DO jj = 2, jpjm1
1186          DO ji = 2, jpim1
1187            zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1188            zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1189            zuijk = zu(ji,jj,jk)
1190            zvijk = zv(ji,jj,jk)
1191
1192            !!!!!     for u equation
1193            IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1194               IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1195                 jis = ji + 1; jid = ji
1196               ELSE
1197                 jis = ji;     jid = ji +1
1198               ENDIF
1199
1200               ! integrate the pressure on the shallow side
1201               jk1 = jk
1202               DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1203                 IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1204                   zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1205                   EXIT
1206                 ENDIF
1207                 zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1208                 zpwes = zpwes +                                    &
1209                      integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1210                             asp(jis,jj,jk1),    bsp(jis,jj,jk1), &
1211                             csp(jis,jj,jk1),    dsp(jis,jj,jk1))
1212                 jk1 = jk1 + 1
1213               END DO
1214
1215               ! integrate the pressure on the deep side
1216               jk1 = jk
1217               DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1218                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1219                   zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, sshn(jid,jj)*znad)
1220                   zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1221                                                     bsp(jid,jj,1),   csp(jid,jj,1), &
1222                                                     dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1223                   zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1224                   EXIT
1225                 ENDIF
1226                 zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1227                 zpwed = zpwed +                                        &
1228                        integ_spline(zdeps,              zdept(jid,jj,jk1), &
1229                               asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1230                               csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1231                 jk1 = jk1 - 1
1232               END DO
1233
1234               ! update the momentum trends in u direction
1235
1236               zdpdx1 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * ( zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1237               IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1238                 zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * &
1239                    &    ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (sshn(ji+1,jj)-sshn(ji,jj)) )
1240                ELSE
1241                 zdpdx2 = zcoef0 * r1_e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1242               ENDIF
1243               IF(ln_wd) THEN
1244                  zdpdx1 = zdpdx1 * zcpx(ji,jj)
1245                  zdpdx2 = zdpdx2 * zcpx(ji,jj)
1246               ENDIF
1247               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + (zdpdx1 + zdpdx2) * umask(ji,jj,jk) 
1248            ENDIF
1249
1250            !!!!!     for v equation
1251            IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
1252               IF( -zdept(ji,jj+1,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1253                 jjs = jj + 1; jjd = jj
1254               ELSE
1255                 jjs = jj    ; jjd = jj + 1
1256               ENDIF
1257
1258               ! integrate the pressure on the shallow side
1259               jk1 = jk
1260               DO WHILE ( -zdept(ji,jjs,jk1) > zvijk )
1261                 IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
1262                   zvijk = -zdept(ji,jjs,jk1)
1263                   EXIT
1264                 ENDIF
1265                 zdeps = MIN(zdept(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
1266                 zpnss = zpnss +                                      &
1267                        integ_spline(zdept(ji,jjs,jk1), zdeps,            &
1268                               asp(ji,jjs,jk1),    bsp(ji,jjs,jk1), &
1269                               csp(ji,jjs,jk1),    dsp(ji,jjs,jk1) )
1270                 jk1 = jk1 + 1
1271               END DO
1272
1273               ! integrate the pressure on the deep side
1274               jk1 = jk
1275               DO WHILE ( -zdept(ji,jjd,jk1) < zvijk )
1276                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1277                   zdeps = zdept(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, sshn(ji,jjd)*znad)
1278                   zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdept(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
1279                                                     bsp(ji,jjd,1),   csp(ji,jjd,1), &
1280                                                     dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
1281                   zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
1282                   EXIT
1283                 ENDIF
1284                 zdeps = MAX(zdept(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
1285                 zpnsd = zpnsd +                                        &
1286                        integ_spline(zdeps,              zdept(ji,jjd,jk1), &
1287                               asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1), &
1288                               csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
1289                 jk1 = jk1 - 1
1290               END DO
1291
1292
1293               ! update the momentum trends in v direction
1294
1295               zdpdy1 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * ( zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk) )
1296               IF( .NOT.ln_linssh ) THEN
1297                  zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * &
1298                          ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (sshn(ji,jj+1)-sshn(ji,jj)) )
1299               ELSE
1300                  zdpdy2 = zcoef0 * r1_e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1301               ENDIF
1302               IF(ln_wd) THEN
1303                  zdpdy1 = zdpdy1 * zcpy(ji,jj)
1304                  zdpdy2 = zdpdy2 * zcpy(ji,jj)
1305               ENDIF
1306
1307               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + (zdpdy1 + zdpdy2) * vmask(ji,jj,jk)
1308            ENDIF
1309               !
1310            END DO
1311         END DO
1312      END DO
1313      !
1314      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
1315      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk,   zdept, zrhh )
1316      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,       zsshu_n, zsshv_n )
1317      IF(ln_wd) CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zcpx, zcpy )
1318      !
1319   END SUBROUTINE hpg_prj
1320
1321
1322   SUBROUTINE cspline( fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type )
1323      !!----------------------------------------------------------------------
1324      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1325      !!
1326      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1327      !!
1328      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1329      !!
1330      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1331      !!----------------------------------------------------------------------
1332      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in   ) ::   fsp, xsp           ! value and coordinate
1333      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(  out) ::   asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of the interpoated function
1334      INTEGER                   , INTENT(in   ) ::   polynomial_type    ! 1: cubic spline   ;   2: Linear
1335      !
1336      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1337      INTEGER  ::   jpi, jpj, jpkm1
1338      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1339      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1340      REAL(wp) ::   zdf(size(fsp,3))
1341      !!----------------------------------------------------------------------
1342      !
1343!!gm  WHAT !!!!!   THIS IS VERY DANGEROUS !!!!! 
1344      jpi   = size(fsp,1)
1345      jpj   = size(fsp,2)
1346      jpkm1 = size(fsp,3) - 1
1347      !
1348      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1349         DO ji = 1, jpi
1350            DO jj = 1, jpj
1351           !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1352           !    DO jk = 2, jpkm1-1
1353           !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1354           !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1355           !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1356           !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1357           !
1358           !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1359           !
1360           !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1361           !           zdf(jk) = 0._wp
1362           !       ELSE
1363           !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1364           !       ENDIF
1365           !    END DO
1366
1367           !!Simply geometric average
1368               DO jk = 2, jpkm1-1
1369                  zdf1 = (fsp(ji,jj,jk) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk-1))
1370                  zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk))
1371
1372                  IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1373                     zdf(jk) = 0._wp
1374                  ELSE
1375                     zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1376                  ENDIF
1377               END DO
1378
1379               zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1380                          &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) )           -  0.5_wp * zdf(2)
1381               zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1382                          &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - 0.5_wp * zdf(jpkm1 - 1)
1383
1384               DO jk = 1, jpkm1 - 1
1385                 zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1386                 ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1387                 ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1388                 zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1389                 ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1390                 zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1391
1392                 dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1393                 csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1394                 bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1395                               & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1396                               & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1397                               &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1398                 asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1399                               &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1400                               &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1401               END DO
1402            END DO
1403         END DO
1404
1405      ELSEIF ( polynomial_type == 2 ) THEN     ! Linear
1406         DO ji = 1, jpi
1407            DO jj = 1, jpj
1408               DO jk = 1, jpkm1-1
1409                  zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1410                  ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1411
1412                  dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1413                  csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1414                  bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1415                  asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1416               END DO
1417            END DO
1418         END DO
1419
1420      ELSE
1421           CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1422      ENDIF
1423
1424   END SUBROUTINE cspline
1425
1426
1427   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1428      !!----------------------------------------------------------------------
1429      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1430      !!
1431      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1432      !!
1433      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1434      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1435      !!----------------------------------------------------------------------
1436      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1437      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1438      REAL(wp)             ::  zdeltx
1439      !!----------------------------------------------------------------------
1440      !
1441      zdeltx = xr - xl
1442      IF( abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x) ) THEN
1443         f = 0.5_wp * (fl + fr)
1444      ELSE
1445         f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1446      ENDIF
1447      !
1448   END FUNCTION interp1
1449
1450
1451   FUNCTION interp2( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1452      !!----------------------------------------------------------------------
1453      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1454      !!
1455      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1456      !!
1457      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1458      !!
1459      !!----------------------------------------------------------------------
1460      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1461      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1462      !!----------------------------------------------------------------------
1463      !
1464      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1465      !
1466   END FUNCTION interp2
1467
1468
1469   FUNCTION interp3( x, a, b, c, d )  RESULT(f)
1470      !!----------------------------------------------------------------------
1471      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1472      !!
1473      !! ** Purpose :   Calculate the first order of deriavtive of
1474      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1475      !!
1476      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1477      !!
1478      !!----------------------------------------------------------------------
1479      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1480      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1481      !!----------------------------------------------------------------------
1482      !
1483      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1484      !
1485   END FUNCTION interp3
1486
1487
1488   FUNCTION integ_spline( xl, xr, a, b, c, d )  RESULT(f)
1489      !!----------------------------------------------------------------------
1490      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1491      !!
1492      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1493      !!
1494      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1495      !!
1496      !!----------------------------------------------------------------------
1497      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1498      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3
1499      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1500      !!----------------------------------------------------------------------
1501      !
1502      za1 = 0.5_wp * b
1503      za2 = c / 3.0_wp
1504      za3 = 0.25_wp * d
1505      !
1506      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1507         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1508      !
1509   END FUNCTION integ_spline
1510
1511   !!======================================================================
1512END MODULE dynhpg
1513
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.