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 @ 6712

Last change on this file since 6712 was 6712, checked in by mocavero, 8 years ago

update some OMP directives

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