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_v3_6_STABLE_OMP/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN – NEMO

source: branches/2016/dev_v3_6_STABLE_OMP/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynhpg.F90 @ 6508

Last change on this file since 6508 was 6508, checked in by dkuts, 8 years ago

First version of OMP changes, partly ported from previous branch

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 70.0 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 "domzgr_substitute.h90"
66#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
67   !!----------------------------------------------------------------------
68   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
69   !! $Id$
70   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
71   !!----------------------------------------------------------------------
72CONTAINS
73
74   SUBROUTINE dyn_hpg( kt )
75      !!---------------------------------------------------------------------
76      !!                  ***  ROUTINE dyn_hpg  ***
77      !!
78      !! ** Method  :   Call the hydrostatic pressure gradient routine
79      !!              using the scheme defined in the namelist
80      !!
81      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
82      !!             - send trends to trd_dyn for futher diagnostics (l_trddyn=T)
83      !!----------------------------------------------------------------------
84      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step index
85      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  ztrdu, ztrdv
86      !!----------------------------------------------------------------------
87      !
88      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dyn_hpg')
89      !
90      IF( l_trddyn ) THEN                    ! Temporary saving of ua and va trends (l_trddyn)
91         CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
92         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
93         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
94      ENDIF
95      !
96      SELECT CASE ( nhpg )      ! Hydrostatic pressure gradient computation
97      CASE (  0 )   ;   CALL hpg_zco    ( kt )      ! z-coordinate
98      CASE (  1 )   ;   CALL hpg_zps    ( kt )      ! z-coordinate plus partial steps (interpolation)
99      CASE (  2 )   ;   CALL hpg_sco    ( kt )      ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
100      CASE (  3 )   ;   CALL hpg_djc    ( kt )      ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
101      CASE (  4 )   ;   CALL hpg_prj    ( kt )      ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
102      CASE (  5 )   ;   CALL hpg_isf    ( kt )      ! s-coordinate similar to sco modify for ice shelf
103      END SELECT
104      !
105      IF( l_trddyn ) THEN      ! save the hydrostatic pressure gradient trends for momentum trend diagnostics
106         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
107         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
108         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_hpg, kt )
109         CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
110      ENDIF
111      !
112      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
113         &                       tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
114      !
115      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dyn_hpg')
116      !
117   END SUBROUTINE dyn_hpg
118
119
120   SUBROUTINE dyn_hpg_init
121      !!----------------------------------------------------------------------
122      !!                 ***  ROUTINE dyn_hpg_init  ***
123      !!
124      !! ** Purpose :   initializations for the hydrostatic pressure gradient
125      !!              computation and consistency control
126      !!
127      !! ** Action  :   Read the namelist namdyn_hpg and check the consistency
128      !!      with the type of vertical coordinate used (zco, zps, sco)
129      !!----------------------------------------------------------------------
130      INTEGER ::   ioptio = 0      ! temporary integer
131      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
132      !!
133      NAMELIST/namdyn_hpg/ ln_hpg_zco, ln_hpg_zps, ln_hpg_sco,     &
134         &                 ln_hpg_djc, ln_hpg_prj, ln_hpg_isf, ln_dynhpg_imp
135      !!----------------------------------------------------------------------
136      !
137      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namdyn_hpg in reference namelist : Hydrostatic pressure gradient
138      READ  ( numnam_ref, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
139901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in reference namelist', lwp )
140
141      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namdyn_hpg in configuration namelist : Hydrostatic pressure gradient
142      READ  ( numnam_cfg, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
143902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in configuration namelist', lwp )
144      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_hpg )
145      !
146      IF(lwp) THEN                   ! Control print
147         WRITE(numout,*)
148         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
149         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
150         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
151         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
152         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
153         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
154         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation) for isf  ln_hpg_isf    = ', ln_hpg_isf
155         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
156         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
157         WRITE(numout,*) '      time stepping: centered (F) or semi-implicit (T)  ln_dynhpg_imp = ', ln_dynhpg_imp
158      ENDIF
159      !
160      IF( ln_hpg_djc )   &
161         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : Density Jacobian: Cubic polynominal method &
162                           & currently disabled (bugs under investigation). Please select &
163                           & either  ln_hpg_sco or  ln_hpg_prj instead')
164      !
165      IF( lk_vvl .AND. .NOT. (ln_hpg_sco.OR.ln_hpg_prj.OR.ln_hpg_isf) )   &
166         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : variable volume key_vvl requires:&
167                           & the standard jacobian formulation hpg_sco or &
168                           & the pressure jacobian formulation hpg_prj')
169
170      IF(       ln_hpg_isf .AND. .NOT. ln_isfcav )   &
171         &   CALL ctl_stop( ' hpg_isf not available if ln_isfcav = false ' )
172      IF( .NOT. ln_hpg_isf .AND.       ln_isfcav )   &
173         &   CALL ctl_stop( 'Only hpg_isf has been corrected to work with ice shelf cavity.' )
174      !
175      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags
176      IF( ln_hpg_zco )   nhpg = 0
177      IF( ln_hpg_zps )   nhpg = 1
178      IF( ln_hpg_sco )   nhpg = 2
179      IF( ln_hpg_djc )   nhpg = 3
180      IF( ln_hpg_prj )   nhpg = 4
181      IF( ln_hpg_isf )   nhpg = 5
182      !
183      !                               ! Consistency check
184      ioptio = 0
185      IF( ln_hpg_zco )   ioptio = ioptio + 1
186      IF( ln_hpg_zps )   ioptio = ioptio + 1
187      IF( ln_hpg_sco )   ioptio = ioptio + 1
188      IF( ln_hpg_djc )   ioptio = ioptio + 1
189      IF( ln_hpg_prj )   ioptio = ioptio + 1
190      IF( ln_hpg_isf )   ioptio = ioptio + 1
191      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
192      !
193      ! initialisation of ice load
194      riceload(:,:)=0.0
195      !
196   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
197
198
199   SUBROUTINE hpg_zco( kt )
200      !!---------------------------------------------------------------------
201      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
202      !!
203      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
204      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
205      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
206      !!      density gradient along the model level from the suface to that
207      !!      level:    zhpi = grav .....
208      !!                zhpj = grav .....
209      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
210      !!            ua = ua - 1/e1u * zhpi
211      !!            va = va - 1/e2v * zhpj
212      !!
213      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
214      !!----------------------------------------------------------------------
215      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
216      !!
217      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
218      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
219      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
220      !!----------------------------------------------------------------------
221      !
222      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
223      !
224      IF( kt == nit000 ) THEN
225         IF(lwp) WRITE(numout,*)
226         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
227         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
228      ENDIF
229
230      zcoef0 = - grav * 0.5_wp      ! Local constant initialization
231
232      ! Surface value
233      DO jj = 2, jpjm1
234         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
235            zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,1)
236            ! hydrostatic pressure gradient
237            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
238            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
239            ! add to the general momentum trend
240            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
241            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
242         END DO
243      END DO
244
245      !
246      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
247      DO jk = 2, jpkm1
248!$OMP PARALLEL DO private(ji,jj, zcoef1)
249       DO jj = 2, jpjm1
250            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
251               zcoef1 = zcoef0 * fse3w(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
257               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
258                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
259                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
260               ! add to the general momentum trend
261               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
262               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
263            END DO
264         END DO
265      END DO
266      !
267      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
268      !
269   END SUBROUTINE hpg_zco
270
271
272   SUBROUTINE hpg_zps( kt )
273      !!---------------------------------------------------------------------
274      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
275      !!
276      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
277      !!
278      !! ** Action  : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
279      !!----------------------------------------------------------------------
280      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
281      !!
282      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
283      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
284      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
285      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
286      !!----------------------------------------------------------------------
287      !
288      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
289      !
290      IF( kt == nit000 ) THEN
291         IF(lwp) WRITE(numout,*)
292         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
293         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
294      ENDIF
295
296
297      ! Local constant initialization
298      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
299
300      !  Surface value (also valid in partial step case)
301!$OMP PARALLEL DO private(ji,jj, zcoef1)
302     DO jj = 2, jpjm1
303         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
304            zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,1)
305            ! hydrostatic pressure gradient
306            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
307            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
308            ! add to the general momentum trend
309            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
310            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
311         END DO
312      END DO
313
314
315      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
316!$OMP PARALLEL DO private(ji,jj, zcoef1)
317     DO jk = 2, jpkm1
318         DO jj = 2, jpjm1
319            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
320               zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,jk)
321               ! hydrostatic pressure gradient
322               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
323                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
324                  &                     
325              - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
326
327               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
328                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
329                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
330               ! add to the general momentum trend
331               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
332               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
333            END DO
334         END DO
335      END DO
336
337
338      ! partial steps correction at the last level  (use gru & grv computed in zpshde.F90)
339      DO jj = 2, jpjm1
340         DO ji = 2, jpim1
341            iku = mbku(ji,jj)
342            ikv = mbkv(ji,jj)
343            zcoef2 = zcoef0 * MIN( fse3w(ji,jj,iku), fse3w(ji+1,jj  ,iku) )
344            zcoef3 = zcoef0 * MIN( fse3w(ji,jj,ikv), fse3w(ji  ,jj+1,ikv) )
345            IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
346               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
347               zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
348                  &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + gru(ji,jj) ) / e1u(ji,jj)
349               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
350            ENDIF
351            IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
352               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
353               zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
354                  &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + grv(ji,jj) ) / e2v(ji,jj)
355               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
356            ENDIF
357         END DO
358      END DO
359      !
360      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
361      !
362   END SUBROUTINE hpg_zps
363
364   SUBROUTINE hpg_sco( kt )
365      !!---------------------------------------------------------------------
366      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
367      !!
368      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
369      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
370      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
371      !!      density gradient along the model level from the suface to that
372      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
373      !!      to the horizontal pressure gradient :
374      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
375      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
376      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
377      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
378      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
379      !!
380      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
381      !!----------------------------------------------------------------------
382      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
383      !!
384      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
385      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad   ! temporary scalars
386      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
387      !!----------------------------------------------------------------------
388      !
389      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
390      !
391      IF( kt == nit000 ) THEN
392         IF(lwp) WRITE(numout,*)
393         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
394         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
395      ENDIF
396
397      ! Local constant initialization
398      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
399      ! To use density and not density anomaly
400      IF ( lk_vvl ) THEN   ;     znad = 1._wp          ! Variable volume
401      ELSE                 ;     znad = 0._wp         ! Fixed volume
402      ENDIF
403
404      ! Surface value
405      DO jj = 2, jpjm1
406         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
407            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
408            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( fse3w(ji+1,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji+1,jj  ,1) )   &
409               &                                  - fse3w(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) ) )
410            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( fse3w(ji  ,jj+1,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj+1,1) )   &
411               &                                  - fse3w(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) ) )
412            ! s-coordinate pressure gradient correction
413            zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
414               &           * ( fsde3w(ji+1,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
415            zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
416               &           * ( fsde3w(ji,jj+1,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
417            ! add to the general momentum trend
418            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
419            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
420         END DO
421      END DO
422
423      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
424      DO jk = 2, jpkm1
425         DO jj = 2, jpjm1
426            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
427               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
428               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
429                  &           * (  fse3w(ji+1,jj,jk) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad )   &
430                  &              - fse3w(ji  ,jj,jk) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad )  )
431               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
432                  &           * (  fse3w(ji,jj+1,jk) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad )   &
433                  &              - fse3w(ji,jj  ,jk) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad )  )
434               ! s-coordinate pressure gradient correction
435               zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
436                  &           * ( fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
437               zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
438                  &           * ( fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
439               ! add to the general momentum trend
440               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
441               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
442            END DO
443         END DO
444      END DO
445      !
446      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
447      !
448   END SUBROUTINE hpg_sco
449
450   SUBROUTINE hpg_isf( kt )
451      !!---------------------------------------------------------------------
452      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
453      !!
454      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
455      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
456      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
457      !!      density gradient along the model level from the suface to that
458      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
459      !!      to the horizontal pressure gradient :
460      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
461      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
462      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
463      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
464      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
465      !!      iceload is added and partial cell case are added to the top and bottom
466      !!     
467      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
468      !!----------------------------------------------------------------------
469      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
470      !!
471      INTEGER  ::   ji, jj, jk, iku, ikv, ikt, iktp1i, iktp1j                 ! dummy loop indices
472      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad, ze3wu, ze3wv, zuapint, zvapint, zhpjint, zhpiint, zdzwt, zdzwtjp1, zdzwtip1             ! temporary scalars
473      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  zhpi, zhpj, zrhd
474      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  ztstop
475      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)     ::  ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj
476      !!----------------------------------------------------------------------
477      !
478      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, 2, ztstop) 
479      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj, zrhd)
480      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj) 
481      !
482     IF( kt == nit000 ) THEN
483         IF(lwp) WRITE(numout,*)
484         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_isf : hydrostatic pressure gradient trend for ice shelf'
485         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
486      ENDIF
487
488      ! Local constant initialization
489      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
490      ! To use density and not density anomaly
491!      IF ( lk_vvl ) THEN   ;     znad = 1._wp          ! Variable volume
492!      ELSE                 ;     znad = 0._wp         ! Fixed volume
493!      ENDIF
494      znad=1._wp
495      ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
496      zhpi(:,:,:)=0._wp ; zhpj(:,:,:)=0._wp
497
498!==================================================================================     
499!=====Compute iceload and contribution of the half first wet layer =================
500!===================================================================================
501
502      ! assume water displaced by the ice shelf is at T=-1.9 and S=34.4 (rude)
503      ztstop(:,:,1)=-1.9_wp ; ztstop(:,:,2)=34.4_wp
504
505      ! compute density of the water displaced by the ice shelf
506      zrhd = rhd ! save rhd
507      DO jk = 1, jpk
508           zdept(:,:)=gdept_1d(jk)
509           CALL eos(ztstop(:,:,:),zdept(:,:),rhd(:,:,jk))
510      END DO
511      WHERE ( tmask(:,:,:) == 1._wp)
512        rhd(:,:,:) = zrhd(:,:,:) ! replace wet cell by the saved rhd
513      END WHERE
514     
515      ! compute rhd at the ice/oce interface (ice shelf side)
516      CALL eos(ztstop,risfdep,zrhdtop_isf)
517
518      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
519      DO ji=1,jpi
520        DO jj=1,jpj
521          ikt=mikt(ji,jj)
522          ztstop(ji,jj,1)=tsn(ji,jj,ikt,1)
523          ztstop(ji,jj,2)=tsn(ji,jj,ikt,2)
524        END DO
525      END DO
526      CALL eos(ztstop,risfdep,zrhdtop_oce)
527      !
528      ! Surface value + ice shelf gradient
529      ! compute pressure due to ice shelf load (used to compute hpgi/j for all the level from 1 to miku/v)
530      ziceload = 0._wp
531      DO jj = 1, jpj
532         DO ji = 1, jpi   ! vector opt.
533            ikt=mikt(ji,jj)
534            ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (znad + rhd(ji,jj,1) ) * fse3w(ji,jj,1) * (1._wp - tmask(ji,jj,1))
535            DO jk=2,ikt-1
536               ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + rhd(ji,jj,jk-1) + rhd(ji,jj,jk)) * fse3w(ji,jj,jk) &
537                  &                              * (1._wp - tmask(ji,jj,jk))
538            END DO
539            IF (ikt .GE. 2) ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + zrhdtop_isf(ji,jj) + rhd(ji,jj,ikt-1)) &
540                               &                              * ( risfdep(ji,jj) - gdept_1d(ikt-1) )
541         END DO
542      END DO
543      riceload(:,:) = 0.0_wp ; riceload(:,:)=ziceload(:,:)  ! need to be saved for diaar5
544      ! compute zp from z=0 to first T wet point (correction due to zps not yet applied)
545      DO jj = 2, jpjm1
546         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
547            ikt=mikt(ji,jj) ; iktp1i=mikt(ji+1,jj); iktp1j=mikt(ji,jj+1)
548            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
549            ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
550            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( 0.5_wp * fse3w(ji+1,jj  ,iktp1i)                                    &
551               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji+1,jj  ,iktp1i) + zrhdtop_oce(ji+1,jj  ) )   &
552               &                                  - 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj  ,ikt   )                                    &
553               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj  ,ikt   ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj  ) )   &
554               &                                  + ( ziceload(ji+1,jj) - ziceload(ji,jj))                              ) 
555            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj+1,iktp1j)                                    &
556               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj+1,iktp1j) + zrhdtop_oce(ji  ,jj+1) )   &
557               &                                  - 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj  ,ikt   )                                    & 
558               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj  ,ikt   ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj  ) )   &
559               &                                  + ( ziceload(ji,jj+1) - ziceload(ji,jj) )                             ) 
560            ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
561            zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
562               &           * ( fsde3w(ji+1,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
563            zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
564               &           * ( fsde3w(ji,jj+1,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
565            ! add to the general momentum trend
566            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
567            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
568         END DO
569      END DO
570!==================================================================================     
571!===== Compute partial cell contribution for the top cell =========================
572!==================================================================================
573      DO jj = 2, jpjm1
574         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
575            iku = miku(ji,jj) ; 
576            zpshpi(ji,jj)=0.0_wp ; zpshpj(ji,jj)=0.0_wp
577            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))
578            ! u direction
579            IF ( iku .GT. 1 ) THEN
580               ! case iku
581               zhpi(ji,jj,iku)   =  zcoef0 / e1u(ji,jj) * ze3wu                                            &
582                      &                                 * ( rhd    (ji+1,jj,iku) + rhd   (ji,jj,iku)       &
583                      &                                   + SIGN(1._wp,ze3wu) * grui(ji,jj) + 2._wp * znad )
584               ! corrective term ( = 0 if z coordinate )
585               zuap              = -zcoef0 * ( arui(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzui(ji,jj) / e1u(ji,jj)
586               ! zhpi will be added in interior loop
587               ua(ji,jj,iku)     = ua(ji,jj,iku) + zuap
588               ! in case of 2 cell water column, need to save the pressure gradient to compute the bottom pressure 
589               IF (mbku(ji,jj) == iku + 1) zpshpi(ji,jj)  = zhpi(ji,jj,iku)
590
591               ! case iku + 1 (remove the zphi term added in the interior loop and compute the one corrected for zps)
592               zhpiint        =  zcoef0 / e1u(ji,jj)                                                               &   
593                  &           * (  fse3w(ji+1,jj  ,iku+1) * ( (rhd(ji+1,jj,iku+1) + znad)                          &
594                  &                                         + (rhd(ji+1,jj,iku  ) + znad) ) * tmask(ji+1,jj,iku)   &
595                  &              - fse3w(ji  ,jj  ,iku+1) * ( (rhd(ji  ,jj,iku+1) + znad)                          &
596                  &                                         + (rhd(ji  ,jj,iku  ) + znad) ) * tmask(ji  ,jj,iku)   )
597               zhpi(ji,jj,iku+1) =  zcoef0 / e1u(ji,jj) * ge3rui(ji,jj) - zhpiint 
598            END IF
599               
600            ! v direction
601            ikv = mikv(ji,jj)
602            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))
603            IF ( ikv .GT. 1 ) THEN
604               ! case ikv
605               zhpj(ji,jj,ikv)   =  zcoef0 / e2v(ji,jj) * ze3wv                                            &
606                     &                                  * ( rhd(ji,jj+1,ikv) + rhd   (ji,jj,ikv)           &
607                     &                                    + SIGN(1._wp,ze3wv) * grvi(ji,jj) + 2._wp * znad )
608               ! corrective term ( = 0 if z coordinate )
609               zvap              = -zcoef0 * ( arvi(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzvi(ji,jj) / e2v(ji,jj)
610               ! zhpi will be added in interior loop
611               va(ji,jj,ikv)      = va(ji,jj,ikv) + zvap
612               ! in case of 2 cell water column, need to save the pressure gradient to compute the bottom pressure 
613               IF (mbkv(ji,jj) == ikv + 1)  zpshpj(ji,jj)  =  zhpj(ji,jj,ikv) 
614               
615               ! case ikv + 1 (remove the zphj term added in the interior loop and compute the one corrected for zps)
616               zhpjint        =  zcoef0 / e2v(ji,jj)                                                              &
617                  &           * (  fse3w(ji  ,jj+1,ikv+1) * ( (rhd(ji,jj+1,ikv+1) + znad)                         &
618                  &                                       + (rhd(ji,jj+1,ikv  ) + znad) ) * tmask(ji,jj+1,ikv)    &
619                  &              - fse3w(ji  ,jj  ,ikv+1) * ( (rhd(ji,jj  ,ikv+1) + znad)                         &
620                  &                                       + (rhd(ji,jj  ,ikv  ) + znad) ) * tmask(ji,jj  ,ikv)  )
621               zhpj(ji,jj,ikv+1) =  zcoef0 / e2v(ji,jj) * ge3rvi(ji,jj) - zhpjint
622            END IF
623         END DO
624      END DO
625
626!==================================================================================     
627!===== Compute interior value =====================================================
628!==================================================================================
629
630      DO jj = 2, jpjm1
631         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
632            iku=miku(ji,jj); ikv=mikv(ji,jj)
633            DO jk = 2, jpkm1
634               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
635               ! zhpi is masked for the first wet cell  (contribution already done in the upper bloc)
636               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk-1)                                                              &
637                  &                            + zcoef0 / e1u(ji,jj)                                                           &
638                  &                                     * ( fse3w(ji+1,jj  ,jk) * ( (rhd(ji+1,jj,jk  ) + znad)                 &
639                  &                                                     + (rhd(ji+1,jj,jk-1) + znad) ) * tmask(ji+1,jj,jk-1)   &
640                  &                                       - fse3w(ji  ,jj  ,jk) * ( (rhd(ji  ,jj,jk  ) + znad)                 &
641                  &                                                     + (rhd(ji  ,jj,jk-1) + znad) ) * tmask(ji  ,jj,jk-1)   ) 
642               ! s-coordinate pressure gradient correction
643               ! corrective term, we mask this term for the first wet level beneath the ice shelf (contribution done in the upper bloc)
644               zuap = - zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )                    &
645                  &            * ( fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj) * umask(ji,jj,jk-1)
646               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + ( zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
647
648               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
649               ! zhpi is masked for the first wet cell  (contribution already done in the upper bloc)
650               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk-1)                                                              &
651                  &                            + zcoef0 / e2v(ji,jj)                                                           &
652                  &                                     * ( fse3w(ji  ,jj+1,jk) * ( (rhd(ji,jj+1,jk  ) + znad)                 &
653                  &                                                     + (rhd(ji,jj+1,jk-1) + znad) ) * tmask(ji,jj+1,jk-1)   &
654                  &                                       - fse3w(ji  ,jj  ,jk) * ( (rhd(ji,jj  ,jk  ) + znad)                 &
655                  &                                                     + (rhd(ji,jj  ,jk-1) + znad) ) * tmask(ji,jj  ,jk-1)   )
656               ! s-coordinate pressure gradient correction
657               ! corrective term, we mask this term for the first wet level beneath the ice shelf (contribution done in the upper bloc)
658               zvap = - zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )                     &
659                  &            * ( fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,jk-1)
660               ! add to the general momentum trend
661               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + ( zhpj(ji,jj,jk) + zvap ) * vmask(ji,jj,jk)
662            END DO
663         END DO
664      END DO
665
666!==================================================================================     
667!===== Compute bottom cell contribution (partial cell) ============================
668!==================================================================================
669
670      DO jj = 2, jpjm1
671         DO ji = 2, jpim1
672            iku = mbku(ji,jj)
673            ikv = mbkv(ji,jj)
674
675            IF (iku .GT. 1) THEN
676               ! remove old value (interior case)
677               zuap            = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,iku) + rhd   (ji,jj,iku) + 2._wp * znad )   &
678                     &                   * ( fsde3w(ji+1,jj  ,iku) - fsde3w(ji,jj,iku) ) / e1u(ji,jj)
679               ua(ji,jj,iku)   = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku) - zuap
680               ! put new value
681               ! -zpshpi to avoid double contribution of the partial step in the top layer
682               zuap            = -zcoef0 * ( aru(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzu(ji,jj)  / e1u(ji,jj)
683               zhpi(ji,jj,iku) =  zhpi(ji,jj,iku-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj) * ge3ru(ji,jj) - zpshpi(ji,jj) 
684               ua(ji,jj,iku)   =  ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku) + zuap
685            END IF
686            ! v direction
687            IF (ikv .GT. 1) THEN
688               ! remove old value (interior case)
689               zvap            = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,ikv) + rhd   (ji,jj,ikv) + 2._wp * znad )   &
690                     &                   * ( fsde3w(ji  ,jj+1,ikv) - fsde3w(ji,jj,ikv) )   / e2v(ji,jj)
691               va(ji,jj,ikv)   = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv) - zvap
692               ! put new value
693               ! -zpshpj to avoid double contribution of the partial step in the top layer
694               zvap            = -zcoef0 * ( arv(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzv(ji,jj)     / e2v(ji,jj)
695               zhpj(ji,jj,ikv) =  zhpj(ji,jj,ikv-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj) * ge3rv(ji,jj) - zpshpj(ji,jj)   
696               va(ji,jj,ikv)   =  va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv) + zvap
697            END IF
698         END DO
699      END DO
700     
701      ! set back to original density value into the ice shelf cell (maybe useless because it is masked)
702      rhd = zrhd
703      !
704      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,2, ztstop)
705      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj, zrhd)
706      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj)
707      !
708   END SUBROUTINE hpg_isf
709
710
711   SUBROUTINE hpg_djc( kt )
712      !!---------------------------------------------------------------------
713      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
714      !!
715      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
716      !!
717      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
718      !!----------------------------------------------------------------------
719      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
720      !!
721      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
722      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
723      REAL(wp) ::   z1_10, cffu, cffx   !    "         "
724      REAL(wp) ::   z1_12, cffv, cffy   !    "         "
725      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
726      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  dzx, dzy, dzz, dzu, dzv, dzw
727      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow
728      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  rho_i, rho_j, rho_k
729      !!----------------------------------------------------------------------
730      !
731      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
732      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
733      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
734      !
735
736      IF( kt == nit000 ) THEN
737         IF(lwp) WRITE(numout,*)
738         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
739         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
740      ENDIF
741
742      ! Local constant initialization
743      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
744      z1_10  = 1._wp / 10._wp
745      z1_12  = 1._wp / 12._wp
746
747      !----------------------------------------------------------------------------------------
748      !  compute and store in provisional arrays elementary vertical and horizontal differences
749      !----------------------------------------------------------------------------------------
750
751!!bug gm   Not a true bug, but... dzz=e3w  for dzx, dzy verify what it is really
752
753      DO jk = 2, jpkm1
754         DO jj = 2, jpjm1
755            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
756               drhoz(ji,jj,jk) = rhd   (ji  ,jj  ,jk) - rhd   (ji,jj,jk-1)
757               dzz  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji  ,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1)
758               drhox(ji,jj,jk) = rhd   (ji+1,jj  ,jk) - rhd   (ji,jj,jk  )
759               dzx  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk  )
760               drhoy(ji,jj,jk) = rhd   (ji  ,jj+1,jk) - rhd   (ji,jj,jk  )
761               dzy  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk  )
762            END DO
763         END DO
764      END DO
765
766      !-------------------------------------------------------------------------
767      ! compute harmonic averages using eq. 5.18
768      !-------------------------------------------------------------------------
769      zep = 1.e-15
770
771!!bug  gm  drhoz not defined at level 1 and used (jk-1 with jk=2)
772!!bug  gm  idem for drhox, drhoy et ji=jpi and jj=jpj
773
774      DO jk = 2, jpkm1
775         DO jj = 2, jpjm1
776            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
777               cffw = 2._wp * drhoz(ji  ,jj  ,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)
778
779               cffu = 2._wp * drhox(ji+1,jj  ,jk) * drhox(ji,jj,jk  )
780               cffx = 2._wp * dzx  (ji+1,jj  ,jk) * dzx  (ji,jj,jk  )
781
782               cffv = 2._wp * drhoy(ji  ,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk  )
783               cffy = 2._wp * dzy  (ji  ,jj+1,jk) * dzy  (ji,jj,jk  )
784
785               IF( cffw > zep) THEN
786                  drhow(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoz(ji,jj,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)   &
787                     &                    / ( drhoz(ji,jj,jk) + drhoz(ji,jj,jk-1) )
788               ELSE
789                  drhow(ji,jj,jk) = 0._wp
790               ENDIF
791
792               dzw(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzz(ji,jj,jk) * dzz(ji,jj,jk-1)   &
793                  &                  / ( dzz(ji,jj,jk) + dzz(ji,jj,jk-1) )
794
795               IF( cffu > zep ) THEN
796                  drhou(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhox(ji+1,jj,jk) * drhox(ji,jj,jk)   &
797                     &                    / ( drhox(ji+1,jj,jk) + drhox(ji,jj,jk) )
798               ELSE
799                  drhou(ji,jj,jk ) = 0._wp
800               ENDIF
801
802               IF( cffx > zep ) THEN
803                  dzu(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzx(ji+1,jj,jk) * dzx(ji,jj,jk)   &
804                     &                  / ( dzx(ji+1,jj,jk) + dzx(ji,jj,jk) )
805               ELSE
806                  dzu(ji,jj,jk) = 0._wp
807               ENDIF
808
809               IF( cffv > zep ) THEN
810                  drhov(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoy(ji,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk)   &
811                     &                    / ( drhoy(ji,jj+1,jk) + drhoy(ji,jj,jk) )
812               ELSE
813                  drhov(ji,jj,jk) = 0._wp
814               ENDIF
815
816               IF( cffy > zep ) THEN
817                  dzv(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzy(ji,jj+1,jk) * dzy(ji,jj,jk)   &
818                     &                  / ( dzy(ji,jj+1,jk) + dzy(ji,jj,jk) )
819               ELSE
820                  dzv(ji,jj,jk) = 0._wp
821               ENDIF
822
823            END DO
824         END DO
825      END DO
826
827      !----------------------------------------------------------------------------------
828      ! apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
829      !----------------------------------------------------------------------------------
830      drhow(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:, 2 ) - drhoz(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,  2  )
831      drhou(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhox(:,:, 2 ) - drhox(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,  2  )
832      drhov(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:, 2 ) - drhoy(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,  2  )
833
834      drhow(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:,jpk) - drhoz(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,jpkm1)
835      drhou(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhox(:,:,jpk) - drhox(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,jpkm1)
836      drhov(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:,jpk) - drhoy(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,jpkm1)
837
838
839      !--------------------------------------------------------------
840      ! Upper half of top-most grid box, compute and store
841      !-------------------------------------------------------------
842
843!!bug gm   :  e3w-de3w = 0.5*e3w  ....  and de3w(2)-de3w(1)=e3w(2) ....   to be verified
844!          true if de3w is really defined as the sum of the e3w scale factors as, it seems to me, it should be
845
846      DO jj = 2, jpjm1
847         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
848            rho_k(ji,jj,1) = -grav * ( fse3w(ji,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) )               &
849               &                   * (  rhd(ji,jj,1)                                    &
850               &                     + 0.5_wp * ( rhd(ji,jj,2) - rhd(ji,jj,1) )         &
851               &                              * ( fse3w (ji,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) )   &
852               &                              / ( fsde3w(ji,jj,2) - fsde3w(ji,jj,1) )  )
853         END DO
854      END DO
855
856!!bug gm    : here also, simplification is possible
857!!bug gm    : optimisation: 1/10 and 1/12 the division should be done before the loop
858
859      DO jk = 2, jpkm1
860         DO jj = 2, jpjm1
861            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
862
863               rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji,jj,jk) + rhd   (ji,jj,jk-1) )                                   &
864                  &                     * ( fsde3w(ji,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1) )                                   &
865                  &            - grav * z1_10 * (                                                                     &
866                  &     ( drhow (ji,jj,jk) - drhow (ji,jj,jk-1) )                                                     &
867                  &   * ( fsde3w(ji,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( dzw  (ji,jj,jk) + dzw  (ji,jj,jk-1) ) )   &
868                  &   - ( dzw   (ji,jj,jk) - dzw   (ji,jj,jk-1) )                                                     &
869                  &   * ( rhd   (ji,jj,jk) - rhd   (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( drhow(ji,jj,jk) + drhow(ji,jj,jk-1) ) )   &
870                  &                             )
871
872               rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )                                   &
873                  &                     * ( fsde3w(ji+1,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) )                                   &
874                  &            - grav* z1_10 * (                                                                      &
875                  &     ( drhou (ji+1,jj,jk) - drhou (ji,jj,jk) )                                                     &
876                  &   * ( fsde3w(ji+1,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzu  (ji+1,jj,jk) + dzu  (ji,jj,jk) ) )   &
877                  &   - ( dzu   (ji+1,jj,jk) - dzu   (ji,jj,jk) )                                                     &
878                  &   * ( rhd   (ji+1,jj,jk) - rhd   (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhou(ji+1,jj,jk) + drhou(ji,jj,jk) ) )   &
879                  &                            )
880
881               rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )                                   &
882                  &                     * ( fsde3w(ji,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) )                                   &
883                  &            - grav* z1_10 * (                                                                      &
884                  &     ( drhov (ji,jj+1,jk) - drhov (ji,jj,jk) )                                                     &
885                  &   * ( fsde3w(ji,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzv  (ji,jj+1,jk) + dzv  (ji,jj,jk) ) )   &
886                  &   - ( dzv   (ji,jj+1,jk) - dzv   (ji,jj,jk) )                                                     &
887                  &   * ( rhd   (ji,jj+1,jk) - rhd   (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhov(ji,jj+1,jk) + drhov(ji,jj,jk) ) )   &
888                  &                            )
889
890            END DO
891         END DO
892      END DO
893      CALL lbc_lnk(rho_k,'W',1.)
894      CALL lbc_lnk(rho_i,'U',1.)
895      CALL lbc_lnk(rho_j,'V',1.)
896
897
898      ! ---------------
899      !  Surface value
900      ! ---------------
901      DO jj = 2, jpjm1
902         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
903            zhpi(ji,jj,1) = ( rho_k(ji+1,jj  ,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_i(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
904            zhpj(ji,jj,1) = ( rho_k(ji  ,jj+1,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_j(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
905            ! add to the general momentum trend
906            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
907            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
908         END DO
909      END DO
910
911      ! ----------------
912      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
913      ! ----------------
914      DO jk = 2, jpkm1
915         DO jj = 2, jpjm1
916            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
917               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
918               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                &
919                  &           + (  ( rho_k(ji+1,jj,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
920                  &              - ( rho_i(ji  ,jj,jk) - rho_i(ji,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
921               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                &
922                  &           + (  ( rho_k(ji,jj+1,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
923                  &               -( rho_j(ji,jj  ,jk) - rho_j(ji,jj,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
924               ! add to the general momentum trend
925               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
926               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
927            END DO
928         END DO
929      END DO
930      !
931      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
932      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
933      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
934      !
935   END SUBROUTINE hpg_djc
936
937
938   SUBROUTINE hpg_prj( kt )
939      !!---------------------------------------------------------------------
940      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
941      !!
942      !! ** Method  :   s-coordinate case.
943      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
944      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
945      !!      all vertical coordinate systems
946      !!
947      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
948      !!----------------------------------------------------------------------
949      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
950      INTEGER, INTENT(in) ::   kt                   ! ocean time-step index
951      !!
952      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
953      REAL(wp) ::   zcoef0, znad                    ! temporary scalars
954      !!
955      !! The local variables for the correction term
956      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
957      REAL(wp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
958      REAL(wp) :: zrhdt1
959      REAL(wp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
960      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zdept, zrhh
961      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp
962      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::   zsshu_n, zsshv_n
963      !!----------------------------------------------------------------------
964      !
965      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
966      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zdept, zrhh )
967      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zsshu_n, zsshv_n )
968      !
969      IF( kt == nit000 ) THEN
970         IF(lwp) WRITE(numout,*)
971         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
972         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
973      ENDIF
974
975      !!----------------------------------------------------------------------
976      ! Local constant initialization
977      zcoef0 = - grav
978      znad = 0.0_wp
979      IF( lk_vvl ) znad = 1._wp
980
981      ! Clean 3-D work arrays
982      zhpi(:,:,:) = 0._wp
983      zrhh(:,:,:) = rhd(:,:,:)
984
985      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
986      DO jj = 1, jpj
987        DO ji = 1, jpi
988          jk = mbathy(ji,jj)
989          IF( jk <= 0 ) THEN; zrhh(ji,jj,:) = 0._wp
990          ELSE IF(jk == 1) THEN; zrhh(ji,jj, jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
991          ELSE IF(jk < jpkm1) THEN
992             DO jkk = jk+1, jpk
993                zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(fsde3w(ji,jj,jkk),   fsde3w(ji,jj,jkk-1), &
994                                         fsde3w(ji,jj,jkk-2), rhd(ji,jj,jkk-1), rhd(ji,jj,jkk-2))
995             END DO
996          ENDIF
997        END DO
998      END DO
999
1000      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1001      DO jj = 1, jpj
1002         DO ji = 1, jpi
1003            zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * fse3w(ji,jj,1) - sshn(ji,jj) * znad
1004         END DO
1005      END DO
1006
1007      DO jk = 2, jpk
1008         DO jj = 1, jpj
1009            DO ji = 1, jpi
1010               zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + fse3w(ji,jj,jk)
1011            END DO
1012         END DO
1013      END DO
1014
1015      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1016      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1017
1018      ! Construct the vertical density profile with the
1019      ! constrained cubic spline interpolation
1020      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1021      CALL cspline(fsp,xsp,asp,bsp,csp,dsp,polynomial_type)
1022
1023      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1024      DO jj = 2, jpj
1025        DO ji = 2, jpi
1026          zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3(zdept(ji,jj,1),asp(ji,jj,1), &
1027                                         bsp(ji,jj,1),   csp(ji,jj,1), &
1028                                         dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * fse3w(ji,jj,1)
1029
1030          ! assuming linear profile across the top half surface layer
1031          zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * fse3w(ji,jj,1) * zrhdt1
1032        END DO
1033      END DO
1034
1035      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1036      DO jk = 2, jpkm1
1037        DO jj = 2, jpj
1038          DO ji = 2, jpi
1039            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                          &
1040                             integ_spline(zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),&
1041                                    asp(ji,jj,jk-1),    bsp(ji,jj,jk-1), &
1042                                    csp(ji,jj,jk-1),    dsp(ji,jj,jk-1))
1043          END DO
1044        END DO
1045      END DO
1046
1047      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1048
1049      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1050      DO jj = 2, jpjm1
1051        DO ji = 2, jpim1
1052          zsshu_n(ji,jj) = (e12u(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e12u(ji+1, jj) * sshn(ji+1,jj)) * &
1053                         & r1_e12u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1054          zsshv_n(ji,jj) = (e12v(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e12v(ji+1, jj) * sshn(ji,jj+1)) * &
1055                         & r1_e12v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1056        END DO
1057      END DO
1058
1059      DO jj = 2, jpjm1
1060        DO ji = 2, jpim1
1061          zu(ji,jj,1) = - ( fse3u(ji,jj,1) - zsshu_n(ji,jj) * znad) 
1062          zv(ji,jj,1) = - ( fse3v(ji,jj,1) - zsshv_n(ji,jj) * znad)
1063        END DO
1064      END DO
1065
1066      DO jk = 2, jpkm1
1067        DO jj = 2, jpjm1
1068          DO ji = 2, jpim1
1069            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1)- fse3u(ji,jj,jk)
1070            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1)- fse3v(ji,jj,jk)
1071          END DO
1072        END DO
1073      END DO
1074
1075      DO jk = 1, jpkm1
1076        DO jj = 2, jpjm1
1077          DO ji = 2, jpim1
1078            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * fse3u(ji,jj,jk)
1079            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * fse3v(ji,jj,jk)
1080          END DO
1081        END DO
1082      END DO
1083
1084      DO jk = 1, jpkm1
1085        DO jj = 2, jpjm1
1086          DO ji = 2, jpim1
1087            zu(ji,jj,jk) = min(zu(ji,jj,jk), max(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji+1,jj,jk)))
1088            zu(ji,jj,jk) = max(zu(ji,jj,jk), min(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji+1,jj,jk)))
1089            zv(ji,jj,jk) = min(zv(ji,jj,jk), max(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji,jj+1,jk)))
1090            zv(ji,jj,jk) = max(zv(ji,jj,jk), min(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji,jj+1,jk)))
1091          END DO
1092        END DO
1093      END DO
1094
1095
1096      DO jk = 1, jpkm1
1097        DO jj = 2, jpjm1
1098          DO ji = 2, jpim1
1099            zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1100            zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1101            zuijk = zu(ji,jj,jk)
1102            zvijk = zv(ji,jj,jk)
1103
1104            !!!!!     for u equation
1105            IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1106               IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1107                 jis = ji + 1; jid = ji
1108               ELSE
1109                 jis = ji;     jid = ji +1
1110               ENDIF
1111
1112               ! integrate the pressure on the shallow side
1113               jk1 = jk
1114               DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1115                 IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1116                   zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1117                   EXIT
1118                 ENDIF
1119                 zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1120                 zpwes = zpwes +                                    &
1121                      integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1122                             asp(jis,jj,jk1),    bsp(jis,jj,jk1), &
1123                             csp(jis,jj,jk1),    dsp(jis,jj,jk1))
1124                 jk1 = jk1 + 1
1125               END DO
1126
1127               ! integrate the pressure on the deep side
1128               jk1 = jk
1129               DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1130                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1131                   zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, sshn(jid,jj)*znad)
1132                   zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1133                                                     bsp(jid,jj,1),   csp(jid,jj,1), &
1134                                                     dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1135                   zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1136                   EXIT
1137                 ENDIF
1138                 zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1139                 zpwed = zpwed +                                        &
1140                        integ_spline(zdeps,              zdept(jid,jj,jk1), &
1141                               asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1142                               csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1143                 jk1 = jk1 - 1
1144               END DO
1145
1146               ! update the momentum trends in u direction
1147
1148               zdpdx1 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * (zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
1149               IF( lk_vvl ) THEN
1150                 zdpdx2 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * &
1151                         ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (sshn(ji+1,jj)-sshn(ji,jj)) )
1152                ELSE
1153                 zdpdx2 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1154               ENDIF
1155
1156               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + (zdpdx1 + zdpdx2) * &
1157               &           umask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk) * tmask(ji+1,jj,jk)
1158            ENDIF
1159
1160            !!!!!     for v equation
1161            IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
1162               IF( -zdept(ji,jj+1,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1163                 jjs = jj + 1; jjd = jj
1164               ELSE
1165                 jjs = jj    ; jjd = jj + 1
1166               ENDIF
1167
1168               ! integrate the pressure on the shallow side
1169               jk1 = jk
1170               DO WHILE ( -zdept(ji,jjs,jk1) > zvijk )
1171                 IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
1172                   zvijk = -zdept(ji,jjs,jk1)
1173                   EXIT
1174                 ENDIF
1175                 zdeps = MIN(zdept(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
1176                 zpnss = zpnss +                                      &
1177                        integ_spline(zdept(ji,jjs,jk1), zdeps,            &
1178                               asp(ji,jjs,jk1),    bsp(ji,jjs,jk1), &
1179                               csp(ji,jjs,jk1),    dsp(ji,jjs,jk1) )
1180                 jk1 = jk1 + 1
1181               END DO
1182
1183               ! integrate the pressure on the deep side
1184               jk1 = jk
1185               DO WHILE ( -zdept(ji,jjd,jk1) < zvijk )
1186                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1187                   zdeps = zdept(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, sshn(ji,jjd)*znad)
1188                   zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdept(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
1189                                                     bsp(ji,jjd,1),   csp(ji,jjd,1), &
1190                                                     dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
1191                   zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
1192                   EXIT
1193                 ENDIF
1194                 zdeps = MAX(zdept(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
1195                 zpnsd = zpnsd +                                        &
1196                        integ_spline(zdeps,              zdept(ji,jjd,jk1), &
1197                               asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1), &
1198                               csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
1199                 jk1 = jk1 - 1
1200               END DO
1201
1202
1203               ! update the momentum trends in v direction
1204
1205               zdpdy1 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * (zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
1206               IF( lk_vvl ) THEN
1207                   zdpdy2 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * &
1208                           ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (sshn(ji,jj+1)-sshn(ji,jj)) )
1209               ELSE
1210                   zdpdy2 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1211               ENDIF
1212
1213               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + (zdpdy1 + zdpdy2)*&
1214               &              vmask(ji,jj,jk)*tmask(ji,jj,jk)*tmask(ji,jj+1,jk)
1215            ENDIF
1216
1217
1218           END DO
1219        END DO
1220      END DO
1221      !
1222      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
1223      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zdept, zrhh )
1224      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zsshu_n, zsshv_n )
1225      !
1226   END SUBROUTINE hpg_prj
1227
1228
1229   SUBROUTINE cspline(fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type)
1230      !!----------------------------------------------------------------------
1231      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1232      !!
1233      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1234      !!
1235      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1236      !!
1237      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1238      !!----------------------------------------------------------------------
1239      IMPLICIT NONE
1240      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  :: fsp, xsp           ! value and coordinate
1241      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(out) :: asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of
1242                                                                    ! the interpoated function
1243      INTEGER, INTENT(in) :: polynomial_type                        ! 1: cubic spline
1244                                                                    ! 2: Linear
1245      !
1246      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1247      INTEGER  ::   jpi, jpj, jpkm1
1248      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1249      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1250      REAL(wp) ::   zdf(size(fsp,3))
1251      !!----------------------------------------------------------------------
1252
1253      jpi   = size(fsp,1)
1254      jpj   = size(fsp,2)
1255      jpkm1 = size(fsp,3) - 1
1256
1257
1258      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1259         DO ji = 1, jpi
1260            DO jj = 1, jpj
1261           !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1262           !    DO jk = 2, jpkm1-1
1263           !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1264           !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1265           !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1266           !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1267           !
1268           !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1269           !
1270           !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1271           !           zdf(jk) = 0._wp
1272           !       ELSE
1273           !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1274           !       ENDIF
1275           !    END DO
1276
1277           !!Simply geometric average
1278               DO jk = 2, jpkm1-1
1279                  zdf1 = (fsp(ji,jj,jk) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk-1))
1280                  zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk))
1281
1282                  IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1283                     zdf(jk) = 0._wp
1284                  ELSE
1285                     zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1286                  ENDIF
1287               END DO
1288
1289               zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1290                          &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) ) -  0.5_wp * zdf(2)
1291               zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1292                          &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - &
1293                          & 0.5_wp * zdf(jpkm1 - 1)
1294
1295               DO jk = 1, jpkm1 - 1
1296                 zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1297                 ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1298                 ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1299                 zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1300                 ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1301                 zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1302
1303                 dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1304                 csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1305                 bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1306                               & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1307                               & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1308                               &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1309                 asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1310                               &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1311                               &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1312               END DO
1313            END DO
1314         END DO
1315
1316      ELSE IF (polynomial_type == 2) THEN     ! Linear
1317         DO ji = 1, jpi
1318            DO jj = 1, jpj
1319               DO jk = 1, jpkm1-1
1320                  zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1321                  ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1322
1323                  dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1324                  csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1325                  bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1326                  asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1327               END DO
1328            END DO
1329         END DO
1330
1331      ELSE
1332           CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1333      ENDIF
1334
1335   END SUBROUTINE cspline
1336
1337
1338   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1339      !!----------------------------------------------------------------------
1340      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1341      !!
1342      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1343      !!
1344      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1345      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1346      !!----------------------------------------------------------------------
1347      IMPLICIT NONE
1348      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1349      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1350      REAL(wp)             ::  zdeltx
1351      !!----------------------------------------------------------------------
1352
1353      zdeltx = xr - xl
1354      IF(abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x)) THEN
1355        f = 0.5_wp * (fl + fr)
1356      ELSE
1357        f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1358      ENDIF
1359
1360   END FUNCTION interp1
1361
1362
1363   FUNCTION interp2(x, a, b, c, d)  RESULT(f)
1364      !!----------------------------------------------------------------------
1365      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1366      !!
1367      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1368      !!
1369      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1370      !!
1371      !!----------------------------------------------------------------------
1372      IMPLICIT NONE
1373      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1374      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1375      !!----------------------------------------------------------------------
1376
1377      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1378
1379   END FUNCTION interp2
1380
1381
1382   FUNCTION interp3(x, a, b, c, d)  RESULT(f)
1383      !!----------------------------------------------------------------------
1384      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1385      !!
1386      !! ** Purpose :   Calculate the first order of deriavtive of
1387      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1388      !!
1389      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1390      !!
1391      !!----------------------------------------------------------------------
1392      IMPLICIT NONE
1393      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1394      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1395      !!----------------------------------------------------------------------
1396
1397      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1398
1399   END FUNCTION interp3
1400
1401
1402   FUNCTION integ_spline(xl, xr, a, b, c, d)  RESULT(f)
1403      !!----------------------------------------------------------------------
1404      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1405      !!
1406      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1407      !!
1408      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1409      !!
1410      !!----------------------------------------------------------------------
1411      IMPLICIT NONE
1412      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1413      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3
1414      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1415      !!----------------------------------------------------------------------
1416
1417      za1 = 0.5_wp * b
1418      za2 = c / 3.0_wp
1419      za3 = 0.25_wp * d
1420
1421      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1422         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1423
1424   END FUNCTION integ_spline
1425
1426   !!======================================================================
1427END MODULE dynhpg
1428
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.