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/UKMO/dev_r5518_pcbias_ipc/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN – NEMO

source: branches/UKMO/dev_r5518_pcbias_ipc/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynhpg.F90 @ 7657

Last change on this file since 7657 was 7657, checked in by isabella, 7 years ago

adding more output messages

File size: 71.1 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   USE biaspar         ! bias correction variables
47
48   IMPLICIT NONE
49   PRIVATE
50
51   PUBLIC   dyn_hpg        ! routine called by step module
52   PUBLIC   dyn_hpg_init   ! routine called by opa module
53
54   !                                    !!* Namelist namdyn_hpg : hydrostatic pressure gradient
55   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_zco      !: z-coordinate - full steps
56   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_zps      !: z-coordinate - partial steps (interpolation)
57   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_sco      !: s-coordinate (standard jacobian formulation)
58   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_djc      !: s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
59   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_prj      !: s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
60   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_isf      !: s-coordinate similar to sco modify for isf
61   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_dynhpg_imp   !: semi-implicite hpg flag
62
63   INTEGER , PUBLIC ::   nhpg  =  0   ! = 0 to 7, type of pressure gradient scheme used ! (deduced from ln_hpg_... flags) (PUBLIC for TAM)
64
65   !! * Substitutions
66#  include "domzgr_substitute.h90"
67#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
68   !!----------------------------------------------------------------------
69   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
70   !! $Id$
71   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
72   !!----------------------------------------------------------------------
73CONTAINS
74
75   SUBROUTINE dyn_hpg( kt )
76      !!---------------------------------------------------------------------
77      !!                  ***  ROUTINE dyn_hpg  ***
78      !!
79      !! ** Method  :   Call the hydrostatic pressure gradient routine
80      !!              using the scheme defined in the namelist
81      !!
82      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
83      !!             - send trends to trd_dyn for futher diagnostics (l_trddyn=T)
84      !!----------------------------------------------------------------------
85      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step index
86      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  ztrdu, ztrdv
87      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   z_rhd_st  ! tmp density storage for pressure corr
88      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   z_gru_st  ! tmp ua trends storage for pressure corr
89      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   z_grv_st  ! tmp va trends storage for pressure corr
90      !!----------------------------------------------------------------------
91      !
92      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dyn_hpg')
93      !
94      IF( l_trddyn ) THEN                    ! Temporary saving of ua and va trends (l_trddyn)
95         CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
96         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
97         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
98      ENDIF
99      !
100      IF ( ln_bias .AND. ln_bias_pc_app ) THEN
101         IF(lwp) THEN
102         WRITE(numout,*) " ! store orig density, use pressure corrected density using gru_pc and grv_pc"
103         ENDIF
104         z_rhd_st(:,:,:) = rhd(:,:,:)     ! store orig density
105         rhd(:,:,:)      = rhd_pc(:,:,:)  ! use pressure corrected density
106         z_gru_st(:,:)   = gru(:,:)
107         gru(:,:)        = gru_pc(:,:)
108         z_grv_st(:,:)   = grv(:,:)
109         grv(:,:)        = grv_pc(:,:)
110      ENDIF
111      !
112      SELECT CASE ( nhpg )      ! Hydrostatic pressure gradient computation
113         IF(lwp) THEN
114         WRITE(numout,*) " computing pressure gradient with nhpg = ",nhpg
115         ENDIF
116      CASE (  0 )   ;   CALL hpg_zco    ( kt )      ! z-coordinate
117      CASE (  1 )   ;   CALL hpg_zps    ( kt )      ! z-coordinate plus partial steps (interpolation)
118      CASE (  2 )   ;   CALL hpg_sco    ( kt )      ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
119      CASE (  3 )   ;   CALL hpg_djc    ( kt )      ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
120      CASE (  4 )   ;   CALL hpg_prj    ( kt )      ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
121      CASE (  5 )   ;   CALL hpg_isf    ( kt )      ! s-coordinate similar to sco modify for ice shelf
122      END SELECT
123      !
124      IF( l_trddyn ) THEN      ! save the hydrostatic pressure gradient trends for momentum trend diagnostics
125         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
126         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
127         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_hpg, kt )
128         CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
129      ENDIF
130      !
131      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
132         &                       tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
133      !
134      IF ( ln_bias .AND. ln_bias_pc_app )  THEN
135         IF(lwp) THEN
136         WRITE(numout,*) " ! restore original density"
137         ENDIF
138         rhd(:,:,:) = z_rhd_st(:,:,:)     ! restore original density
139         gru(:,:)   = z_gru_st(:,:)
140         grv(:,:)   = z_grv_st(:,:)
141      ENDIF
142      !
143      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dyn_hpg')
144      !
145   END SUBROUTINE dyn_hpg
146
147
148   SUBROUTINE dyn_hpg_init
149      !!----------------------------------------------------------------------
150      !!                 ***  ROUTINE dyn_hpg_init  ***
151      !!
152      !! ** Purpose :   initializations for the hydrostatic pressure gradient
153      !!              computation and consistency control
154      !!
155      !! ** Action  :   Read the namelist namdyn_hpg and check the consistency
156      !!      with the type of vertical coordinate used (zco, zps, sco)
157      !!----------------------------------------------------------------------
158      INTEGER ::   ioptio = 0      ! temporary integer
159      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
160      !!
161      NAMELIST/namdyn_hpg/ ln_hpg_zco, ln_hpg_zps, ln_hpg_sco,     &
162         &                 ln_hpg_djc, ln_hpg_prj, ln_hpg_isf, ln_dynhpg_imp
163      !!----------------------------------------------------------------------
164      !
165      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namdyn_hpg in reference namelist : Hydrostatic pressure gradient
166      READ  ( numnam_ref, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
167901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in reference namelist', lwp )
168
169      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namdyn_hpg in configuration namelist : Hydrostatic pressure gradient
170      READ  ( numnam_cfg, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
171902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in configuration namelist', lwp )
172      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_hpg )
173      !
174      IF(lwp) THEN                   ! Control print
175         WRITE(numout,*)
176         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
177         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
178         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
179         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
180         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
181         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
182         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation) for isf  ln_hpg_isf    = ', ln_hpg_isf
183         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
184         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
185         WRITE(numout,*) '      time stepping: centered (F) or semi-implicit (T)  ln_dynhpg_imp = ', ln_dynhpg_imp
186      ENDIF
187      !
188      IF( ln_hpg_djc )   &
189         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : Density Jacobian: Cubic polynominal method &
190                           & currently disabled (bugs under investigation). Please select &
191                           & either  ln_hpg_sco or  ln_hpg_prj instead')
192      !
193      IF( lk_vvl .AND. .NOT. (ln_hpg_sco.OR.ln_hpg_prj.OR.ln_hpg_isf) )   &
194         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : variable volume key_vvl requires:&
195                           & the standard jacobian formulation hpg_sco or &
196                           & the pressure jacobian formulation hpg_prj')
197
198      IF(       ln_hpg_isf .AND. .NOT. ln_isfcav )   &
199         &   CALL ctl_stop( ' hpg_isf not available if ln_isfcav = false ' )
200      IF( .NOT. ln_hpg_isf .AND.       ln_isfcav )   &
201         &   CALL ctl_stop( 'Only hpg_isf has been corrected to work with ice shelf cavity.' )
202      !
203      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags
204      IF( ln_hpg_zco )   nhpg = 0
205      IF( ln_hpg_zps )   nhpg = 1
206      IF( ln_hpg_sco )   nhpg = 2
207      IF( ln_hpg_djc )   nhpg = 3
208      IF( ln_hpg_prj )   nhpg = 4
209      IF( ln_hpg_isf )   nhpg = 5
210      !
211      !                               ! Consistency check
212      ioptio = 0
213      IF( ln_hpg_zco )   ioptio = ioptio + 1
214      IF( ln_hpg_zps )   ioptio = ioptio + 1
215      IF( ln_hpg_sco )   ioptio = ioptio + 1
216      IF( ln_hpg_djc )   ioptio = ioptio + 1
217      IF( ln_hpg_prj )   ioptio = ioptio + 1
218      IF( ln_hpg_isf )   ioptio = ioptio + 1
219      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
220      !
221      ! initialisation of ice load
222      riceload(:,:)=0.0
223      !
224   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
225
226
227   SUBROUTINE hpg_zco( kt )
228      !!---------------------------------------------------------------------
229      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
230      !!
231      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
232      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
233      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
234      !!      density gradient along the model level from the suface to that
235      !!      level:    zhpi = grav .....
236      !!                zhpj = grav .....
237      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
238      !!            ua = ua - 1/e1u * zhpi
239      !!            va = va - 1/e2v * zhpj
240      !!
241      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
242      !!----------------------------------------------------------------------
243      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
244      !!
245      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
246      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
247      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
248      !!----------------------------------------------------------------------
249      !
250      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
251      !
252      IF( kt == nit000 ) THEN
253         IF(lwp) WRITE(numout,*)
254         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
255         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
256      ENDIF
257
258      zcoef0 = - grav * 0.5_wp      ! Local constant initialization
259
260      ! Surface value
261      DO jj = 2, jpjm1
262         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
263            zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,1)
264            ! hydrostatic pressure gradient
265            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
266            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
267            ! add to the general momentum trend
268            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
269            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
270         END DO
271      END DO
272
273      !
274      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
275      DO jk = 2, jpkm1
276         DO jj = 2, jpjm1
277            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
278               zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,jk)
279               ! hydrostatic pressure gradient
280               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
281                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
282                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
283
284               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
285                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
286                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
287               ! add to the general momentum trend
288               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
289               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
290            END DO
291         END DO
292      END DO
293      !
294      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
295      !
296   END SUBROUTINE hpg_zco
297
298
299   SUBROUTINE hpg_zps( kt )
300      !!---------------------------------------------------------------------
301      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
302      !!
303      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
304      !!
305      !! ** Action  : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
306      !!----------------------------------------------------------------------
307      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
308      !!
309      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
310      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
311      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
312      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
313      !!----------------------------------------------------------------------
314      !
315      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
316      !
317      IF( kt == nit000 ) THEN
318         IF(lwp) WRITE(numout,*)
319         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
320         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
321      ENDIF
322
323
324      ! Local constant initialization
325      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
326
327      !  Surface value (also valid in partial step case)
328      DO jj = 2, jpjm1
329         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
330            zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,1)
331            ! hydrostatic pressure gradient
332            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
333            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
334            ! add to the general momentum trend
335            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
336            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
337         END DO
338      END DO
339
340
341      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
342      DO jk = 2, jpkm1
343         DO jj = 2, jpjm1
344            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
345               zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,jk)
346               ! hydrostatic pressure gradient
347               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
348                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
349                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
350
351               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
352                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
353                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
354               ! add to the general momentum trend
355               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
356               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
357            END DO
358         END DO
359      END DO
360
361
362      ! partial steps correction at the last level  (use gru & grv computed in zpshde.F90)
363      DO jj = 2, jpjm1
364         DO ji = 2, jpim1
365            iku = mbku(ji,jj)
366            ikv = mbkv(ji,jj)
367            zcoef2 = zcoef0 * MIN( fse3w(ji,jj,iku), fse3w(ji+1,jj  ,iku) )
368            zcoef3 = zcoef0 * MIN( fse3w(ji,jj,ikv), fse3w(ji  ,jj+1,ikv) )
369            IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
370               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
371               zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
372                  &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + gru(ji,jj) ) / e1u(ji,jj)
373               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
374            ENDIF
375            IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
376               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
377               zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
378                  &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + grv(ji,jj) ) / e2v(ji,jj)
379               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
380            ENDIF
381         END DO
382      END DO
383      !
384      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
385      !
386   END SUBROUTINE hpg_zps
387
388   SUBROUTINE hpg_sco( kt )
389      !!---------------------------------------------------------------------
390      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
391      !!
392      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
393      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
394      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
395      !!      density gradient along the model level from the suface to that
396      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
397      !!      to the horizontal pressure gradient :
398      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
399      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
400      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
401      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
402      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
403      !!
404      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
405      !!----------------------------------------------------------------------
406      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
407      !!
408      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
409      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad   ! temporary scalars
410      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
411      !!----------------------------------------------------------------------
412      !
413      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
414      !
415      IF( kt == nit000 ) THEN
416         IF(lwp) WRITE(numout,*)
417         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
418         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
419      ENDIF
420
421      ! Local constant initialization
422      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
423      ! To use density and not density anomaly
424      IF ( lk_vvl ) THEN   ;     znad = 1._wp          ! Variable volume
425      ELSE                 ;     znad = 0._wp         ! Fixed volume
426      ENDIF
427
428      ! Surface value
429      DO jj = 2, jpjm1
430         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
431            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
432            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( fse3w(ji+1,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji+1,jj  ,1) )   &
433               &                                  - fse3w(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) ) )
434            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( fse3w(ji  ,jj+1,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj+1,1) )   &
435               &                                  - fse3w(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) ) )
436            ! s-coordinate pressure gradient correction
437            zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
438               &           * ( fsde3w(ji+1,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
439            zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
440               &           * ( fsde3w(ji,jj+1,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
441            ! add to the general momentum trend
442            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
443            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
444         END DO
445      END DO
446
447      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
448      DO jk = 2, jpkm1
449         DO jj = 2, jpjm1
450            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
451               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
452               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
453                  &           * (  fse3w(ji+1,jj,jk) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad )   &
454                  &              - fse3w(ji  ,jj,jk) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad )  )
455               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
456                  &           * (  fse3w(ji,jj+1,jk) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad )   &
457                  &              - fse3w(ji,jj  ,jk) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad )  )
458               ! s-coordinate pressure gradient correction
459               zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
460                  &           * ( fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
461               zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
462                  &           * ( fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
463               ! add to the general momentum trend
464               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
465               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
466            END DO
467         END DO
468      END DO
469      !
470      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
471      !
472   END SUBROUTINE hpg_sco
473
474   SUBROUTINE hpg_isf( kt )
475      !!---------------------------------------------------------------------
476      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
477      !!
478      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
479      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
480      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
481      !!      density gradient along the model level from the suface to that
482      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
483      !!      to the horizontal pressure gradient :
484      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
485      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
486      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
487      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
488      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
489      !!      iceload is added and partial cell case are added to the top and bottom
490      !!     
491      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
492      !!----------------------------------------------------------------------
493      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
494      !!
495      INTEGER  ::   ji, jj, jk, iku, ikv, ikt, iktp1i, iktp1j                 ! dummy loop indices
496      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad, ze3wu, ze3wv, zuapint, zvapint, zhpjint, zhpiint, zdzwt, zdzwtjp1, zdzwtip1             ! temporary scalars
497      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  zhpi, zhpj, zrhd
498      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  ztstop
499      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)     ::  ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj
500      !!----------------------------------------------------------------------
501      !
502      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, 2, ztstop) 
503      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj, zrhd)
504      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj) 
505      !
506     IF( kt == nit000 ) THEN
507         IF(lwp) WRITE(numout,*)
508         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_isf : hydrostatic pressure gradient trend for ice shelf'
509         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
510      ENDIF
511
512      ! Local constant initialization
513      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
514      ! To use density and not density anomaly
515!      IF ( lk_vvl ) THEN   ;     znad = 1._wp          ! Variable volume
516!      ELSE                 ;     znad = 0._wp         ! Fixed volume
517!      ENDIF
518      znad=1._wp
519      ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
520      zhpi(:,:,:)=0._wp ; zhpj(:,:,:)=0._wp
521
522!==================================================================================     
523!=====Compute iceload and contribution of the half first wet layer =================
524!===================================================================================
525
526      ! assume water displaced by the ice shelf is at T=-1.9 and S=34.4 (rude)
527      ztstop(:,:,1)=-1.9_wp ; ztstop(:,:,2)=34.4_wp
528
529      ! compute density of the water displaced by the ice shelf
530      zrhd = rhd ! save rhd
531      DO jk = 1, jpk
532           zdept(:,:)=gdept_1d(jk)
533           CALL eos(ztstop(:,:,:),zdept(:,:),rhd(:,:,jk))
534      END DO
535      WHERE ( tmask(:,:,:) == 1._wp)
536        rhd(:,:,:) = zrhd(:,:,:) ! replace wet cell by the saved rhd
537      END WHERE
538     
539      ! compute rhd at the ice/oce interface (ice shelf side)
540      CALL eos(ztstop,risfdep,zrhdtop_isf)
541
542      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
543      DO ji=1,jpi
544        DO jj=1,jpj
545          ikt=mikt(ji,jj)
546          ztstop(ji,jj,1)=tsn(ji,jj,ikt,1)
547          ztstop(ji,jj,2)=tsn(ji,jj,ikt,2)
548        END DO
549      END DO
550      CALL eos(ztstop,risfdep,zrhdtop_oce)
551      !
552      ! Surface value + ice shelf gradient
553      ! compute pressure due to ice shelf load (used to compute hpgi/j for all the level from 1 to miku/v)
554      ziceload = 0._wp
555      DO jj = 1, jpj
556         DO ji = 1, jpi   ! vector opt.
557            ikt=mikt(ji,jj)
558            ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (znad + rhd(ji,jj,1) ) * fse3w(ji,jj,1) * (1._wp - tmask(ji,jj,1))
559            DO jk=2,ikt-1
560               ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + rhd(ji,jj,jk-1) + rhd(ji,jj,jk)) * fse3w(ji,jj,jk) &
561                  &                              * (1._wp - tmask(ji,jj,jk))
562            END DO
563            IF (ikt .GE. 2) ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + zrhdtop_isf(ji,jj) + rhd(ji,jj,ikt-1)) &
564                               &                              * ( risfdep(ji,jj) - gdept_1d(ikt-1) )
565         END DO
566      END DO
567      riceload(:,:) = 0.0_wp ; riceload(:,:)=ziceload(:,:)  ! need to be saved for diaar5
568      ! compute zp from z=0 to first T wet point (correction due to zps not yet applied)
569      DO jj = 2, jpjm1
570         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
571            ikt=mikt(ji,jj) ; iktp1i=mikt(ji+1,jj); iktp1j=mikt(ji,jj+1)
572            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
573            ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
574            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( 0.5_wp * fse3w(ji+1,jj  ,iktp1i)                                    &
575               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji+1,jj  ,iktp1i) + zrhdtop_oce(ji+1,jj  ) )   &
576               &                                  - 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj  ,ikt   )                                    &
577               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj  ,ikt   ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj  ) )   &
578               &                                  + ( ziceload(ji+1,jj) - ziceload(ji,jj))                              ) 
579            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj+1,iktp1j)                                    &
580               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj+1,iktp1j) + zrhdtop_oce(ji  ,jj+1) )   &
581               &                                  - 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj  ,ikt   )                                    & 
582               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj  ,ikt   ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj  ) )   &
583               &                                  + ( ziceload(ji,jj+1) - ziceload(ji,jj) )                             ) 
584            ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
585            zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
586               &           * ( fsde3w(ji+1,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
587            zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
588               &           * ( fsde3w(ji,jj+1,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
589            ! add to the general momentum trend
590            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
591            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
592         END DO
593      END DO
594!==================================================================================     
595!===== Compute partial cell contribution for the top cell =========================
596!==================================================================================
597      DO jj = 2, jpjm1
598         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
599            iku = miku(ji,jj) ; 
600            zpshpi(ji,jj)=0.0_wp ; zpshpj(ji,jj)=0.0_wp
601            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))
602            ! u direction
603            IF ( iku .GT. 1 ) THEN
604               ! case iku
605               zhpi(ji,jj,iku)   =  zcoef0 / e1u(ji,jj) * ze3wu                                            &
606                      &                                 * ( rhd    (ji+1,jj,iku) + rhd   (ji,jj,iku)       &
607                      &                                   + SIGN(1._wp,ze3wu) * grui(ji,jj) + 2._wp * znad )
608               ! corrective term ( = 0 if z coordinate )
609               zuap              = -zcoef0 * ( arui(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzui(ji,jj) / e1u(ji,jj)
610               ! zhpi will be added in interior loop
611               ua(ji,jj,iku)     = ua(ji,jj,iku) + zuap
612               ! in case of 2 cell water column, need to save the pressure gradient to compute the bottom pressure 
613               IF (mbku(ji,jj) == iku + 1) zpshpi(ji,jj)  = zhpi(ji,jj,iku)
614
615               ! case iku + 1 (remove the zphi term added in the interior loop and compute the one corrected for zps)
616               zhpiint        =  zcoef0 / e1u(ji,jj)                                                               &   
617                  &           * (  fse3w(ji+1,jj  ,iku+1) * ( (rhd(ji+1,jj,iku+1) + znad)                          &
618                  &                                         + (rhd(ji+1,jj,iku  ) + znad) ) * tmask(ji+1,jj,iku)   &
619                  &              - fse3w(ji  ,jj  ,iku+1) * ( (rhd(ji  ,jj,iku+1) + znad)                          &
620                  &                                         + (rhd(ji  ,jj,iku  ) + znad) ) * tmask(ji  ,jj,iku)   )
621               zhpi(ji,jj,iku+1) =  zcoef0 / e1u(ji,jj) * ge3rui(ji,jj) - zhpiint 
622            END IF
623               
624            ! v direction
625            ikv = mikv(ji,jj)
626            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))
627            IF ( ikv .GT. 1 ) THEN
628               ! case ikv
629               zhpj(ji,jj,ikv)   =  zcoef0 / e2v(ji,jj) * ze3wv                                            &
630                     &                                  * ( rhd(ji,jj+1,ikv) + rhd   (ji,jj,ikv)           &
631                     &                                    + SIGN(1._wp,ze3wv) * grvi(ji,jj) + 2._wp * znad )
632               ! corrective term ( = 0 if z coordinate )
633               zvap              = -zcoef0 * ( arvi(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzvi(ji,jj) / e2v(ji,jj)
634               ! zhpi will be added in interior loop
635               va(ji,jj,ikv)      = va(ji,jj,ikv) + zvap
636               ! in case of 2 cell water column, need to save the pressure gradient to compute the bottom pressure 
637               IF (mbkv(ji,jj) == ikv + 1)  zpshpj(ji,jj)  =  zhpj(ji,jj,ikv) 
638               
639               ! case ikv + 1 (remove the zphj term added in the interior loop and compute the one corrected for zps)
640               zhpjint        =  zcoef0 / e2v(ji,jj)                                                              &
641                  &           * (  fse3w(ji  ,jj+1,ikv+1) * ( (rhd(ji,jj+1,ikv+1) + znad)                         &
642                  &                                       + (rhd(ji,jj+1,ikv  ) + znad) ) * tmask(ji,jj+1,ikv)    &
643                  &              - fse3w(ji  ,jj  ,ikv+1) * ( (rhd(ji,jj  ,ikv+1) + znad)                         &
644                  &                                       + (rhd(ji,jj  ,ikv  ) + znad) ) * tmask(ji,jj  ,ikv)  )
645               zhpj(ji,jj,ikv+1) =  zcoef0 / e2v(ji,jj) * ge3rvi(ji,jj) - zhpjint
646            END IF
647         END DO
648      END DO
649
650!==================================================================================     
651!===== Compute interior value =====================================================
652!==================================================================================
653
654      DO jj = 2, jpjm1
655         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
656            iku=miku(ji,jj); ikv=mikv(ji,jj)
657            DO jk = 2, jpkm1
658               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
659               ! zhpi is masked for the first wet cell  (contribution already done in the upper bloc)
660               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk-1)                                                              &
661                  &                            + zcoef0 / e1u(ji,jj)                                                           &
662                  &                                     * ( fse3w(ji+1,jj  ,jk) * ( (rhd(ji+1,jj,jk  ) + znad)                 &
663                  &                                                     + (rhd(ji+1,jj,jk-1) + znad) ) * tmask(ji+1,jj,jk-1)   &
664                  &                                       - fse3w(ji  ,jj  ,jk) * ( (rhd(ji  ,jj,jk  ) + znad)                 &
665                  &                                                     + (rhd(ji  ,jj,jk-1) + znad) ) * tmask(ji  ,jj,jk-1)   ) 
666               ! s-coordinate pressure gradient correction
667               ! corrective term, we mask this term for the first wet level beneath the ice shelf (contribution done in the upper bloc)
668               zuap = - zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )                    &
669                  &            * ( fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj) * umask(ji,jj,jk-1)
670               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + ( zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
671
672               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
673               ! zhpi is masked for the first wet cell  (contribution already done in the upper bloc)
674               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk-1)                                                              &
675                  &                            + zcoef0 / e2v(ji,jj)                                                           &
676                  &                                     * ( fse3w(ji  ,jj+1,jk) * ( (rhd(ji,jj+1,jk  ) + znad)                 &
677                  &                                                     + (rhd(ji,jj+1,jk-1) + znad) ) * tmask(ji,jj+1,jk-1)   &
678                  &                                       - fse3w(ji  ,jj  ,jk) * ( (rhd(ji,jj  ,jk  ) + znad)                 &
679                  &                                                     + (rhd(ji,jj  ,jk-1) + znad) ) * tmask(ji,jj  ,jk-1)   )
680               ! s-coordinate pressure gradient correction
681               ! corrective term, we mask this term for the first wet level beneath the ice shelf (contribution done in the upper bloc)
682               zvap = - zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )                     &
683                  &            * ( fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,jk-1)
684               ! add to the general momentum trend
685               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + ( zhpj(ji,jj,jk) + zvap ) * vmask(ji,jj,jk)
686            END DO
687         END DO
688      END DO
689
690!==================================================================================     
691!===== Compute bottom cell contribution (partial cell) ============================
692!==================================================================================
693
694      DO jj = 2, jpjm1
695         DO ji = 2, jpim1
696            iku = mbku(ji,jj)
697            ikv = mbkv(ji,jj)
698
699            IF (iku .GT. 1) THEN
700               ! remove old value (interior case)
701               zuap            = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,iku) + rhd   (ji,jj,iku) + 2._wp * znad )   &
702                     &                   * ( fsde3w(ji+1,jj  ,iku) - fsde3w(ji,jj,iku) ) / e1u(ji,jj)
703               ua(ji,jj,iku)   = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku) - zuap
704               ! put new value
705               ! -zpshpi to avoid double contribution of the partial step in the top layer
706               zuap            = -zcoef0 * ( aru(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzu(ji,jj)  / e1u(ji,jj)
707               zhpi(ji,jj,iku) =  zhpi(ji,jj,iku-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj) * ge3ru(ji,jj) - zpshpi(ji,jj) 
708               ua(ji,jj,iku)   =  ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku) + zuap
709            END IF
710            ! v direction
711            IF (ikv .GT. 1) THEN
712               ! remove old value (interior case)
713               zvap            = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,ikv) + rhd   (ji,jj,ikv) + 2._wp * znad )   &
714                     &                   * ( fsde3w(ji  ,jj+1,ikv) - fsde3w(ji,jj,ikv) )   / e2v(ji,jj)
715               va(ji,jj,ikv)   = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv) - zvap
716               ! put new value
717               ! -zpshpj to avoid double contribution of the partial step in the top layer
718               zvap            = -zcoef0 * ( arv(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzv(ji,jj)     / e2v(ji,jj)
719               zhpj(ji,jj,ikv) =  zhpj(ji,jj,ikv-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj) * ge3rv(ji,jj) - zpshpj(ji,jj)   
720               va(ji,jj,ikv)   =  va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv) + zvap
721            END IF
722         END DO
723      END DO
724     
725      ! set back to original density value into the ice shelf cell (maybe useless because it is masked)
726      rhd = zrhd
727      !
728      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,2, ztstop)
729      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj, zrhd)
730      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj)
731      !
732   END SUBROUTINE hpg_isf
733
734
735   SUBROUTINE hpg_djc( kt )
736      !!---------------------------------------------------------------------
737      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
738      !!
739      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
740      !!
741      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
742      !!----------------------------------------------------------------------
743      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
744      !!
745      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
746      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
747      REAL(wp) ::   z1_10, cffu, cffx   !    "         "
748      REAL(wp) ::   z1_12, cffv, cffy   !    "         "
749      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
750      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  dzx, dzy, dzz, dzu, dzv, dzw
751      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow
752      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  rho_i, rho_j, rho_k
753      !!----------------------------------------------------------------------
754      !
755      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
756      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
757      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
758      !
759
760      IF( kt == nit000 ) THEN
761         IF(lwp) WRITE(numout,*)
762         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
763         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
764      ENDIF
765
766      ! Local constant initialization
767      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
768      z1_10  = 1._wp / 10._wp
769      z1_12  = 1._wp / 12._wp
770
771      !----------------------------------------------------------------------------------------
772      !  compute and store in provisional arrays elementary vertical and horizontal differences
773      !----------------------------------------------------------------------------------------
774
775!!bug gm   Not a true bug, but... dzz=e3w  for dzx, dzy verify what it is really
776
777      DO jk = 2, jpkm1
778         DO jj = 2, jpjm1
779            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
780               drhoz(ji,jj,jk) = rhd   (ji  ,jj  ,jk) - rhd   (ji,jj,jk-1)
781               dzz  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji  ,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1)
782               drhox(ji,jj,jk) = rhd   (ji+1,jj  ,jk) - rhd   (ji,jj,jk  )
783               dzx  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk  )
784               drhoy(ji,jj,jk) = rhd   (ji  ,jj+1,jk) - rhd   (ji,jj,jk  )
785               dzy  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk  )
786            END DO
787         END DO
788      END DO
789
790      !-------------------------------------------------------------------------
791      ! compute harmonic averages using eq. 5.18
792      !-------------------------------------------------------------------------
793      zep = 1.e-15
794
795!!bug  gm  drhoz not defined at level 1 and used (jk-1 with jk=2)
796!!bug  gm  idem for drhox, drhoy et ji=jpi and jj=jpj
797
798      DO jk = 2, jpkm1
799         DO jj = 2, jpjm1
800            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
801               cffw = 2._wp * drhoz(ji  ,jj  ,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)
802
803               cffu = 2._wp * drhox(ji+1,jj  ,jk) * drhox(ji,jj,jk  )
804               cffx = 2._wp * dzx  (ji+1,jj  ,jk) * dzx  (ji,jj,jk  )
805
806               cffv = 2._wp * drhoy(ji  ,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk  )
807               cffy = 2._wp * dzy  (ji  ,jj+1,jk) * dzy  (ji,jj,jk  )
808
809               IF( cffw > zep) THEN
810                  drhow(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoz(ji,jj,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)   &
811                     &                    / ( drhoz(ji,jj,jk) + drhoz(ji,jj,jk-1) )
812               ELSE
813                  drhow(ji,jj,jk) = 0._wp
814               ENDIF
815
816               dzw(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzz(ji,jj,jk) * dzz(ji,jj,jk-1)   &
817                  &                  / ( dzz(ji,jj,jk) + dzz(ji,jj,jk-1) )
818
819               IF( cffu > zep ) THEN
820                  drhou(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhox(ji+1,jj,jk) * drhox(ji,jj,jk)   &
821                     &                    / ( drhox(ji+1,jj,jk) + drhox(ji,jj,jk) )
822               ELSE
823                  drhou(ji,jj,jk ) = 0._wp
824               ENDIF
825
826               IF( cffx > zep ) THEN
827                  dzu(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzx(ji+1,jj,jk) * dzx(ji,jj,jk)   &
828                     &                  / ( dzx(ji+1,jj,jk) + dzx(ji,jj,jk) )
829               ELSE
830                  dzu(ji,jj,jk) = 0._wp
831               ENDIF
832
833               IF( cffv > zep ) THEN
834                  drhov(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoy(ji,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk)   &
835                     &                    / ( drhoy(ji,jj+1,jk) + drhoy(ji,jj,jk) )
836               ELSE
837                  drhov(ji,jj,jk) = 0._wp
838               ENDIF
839
840               IF( cffy > zep ) THEN
841                  dzv(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzy(ji,jj+1,jk) * dzy(ji,jj,jk)   &
842                     &                  / ( dzy(ji,jj+1,jk) + dzy(ji,jj,jk) )
843               ELSE
844                  dzv(ji,jj,jk) = 0._wp
845               ENDIF
846
847            END DO
848         END DO
849      END DO
850
851      !----------------------------------------------------------------------------------
852      ! apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
853      !----------------------------------------------------------------------------------
854      drhow(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:, 2 ) - drhoz(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,  2  )
855      drhou(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhox(:,:, 2 ) - drhox(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,  2  )
856      drhov(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:, 2 ) - drhoy(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,  2  )
857
858      drhow(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:,jpk) - drhoz(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,jpkm1)
859      drhou(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhox(:,:,jpk) - drhox(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,jpkm1)
860      drhov(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:,jpk) - drhoy(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,jpkm1)
861
862
863      !--------------------------------------------------------------
864      ! Upper half of top-most grid box, compute and store
865      !-------------------------------------------------------------
866
867!!bug gm   :  e3w-de3w = 0.5*e3w  ....  and de3w(2)-de3w(1)=e3w(2) ....   to be verified
868!          true if de3w is really defined as the sum of the e3w scale factors as, it seems to me, it should be
869
870      DO jj = 2, jpjm1
871         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
872            rho_k(ji,jj,1) = -grav * ( fse3w(ji,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) )               &
873               &                   * (  rhd(ji,jj,1)                                    &
874               &                     + 0.5_wp * ( rhd(ji,jj,2) - rhd(ji,jj,1) )         &
875               &                              * ( fse3w (ji,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) )   &
876               &                              / ( fsde3w(ji,jj,2) - fsde3w(ji,jj,1) )  )
877         END DO
878      END DO
879
880!!bug gm    : here also, simplification is possible
881!!bug gm    : optimisation: 1/10 and 1/12 the division should be done before the loop
882
883      DO jk = 2, jpkm1
884         DO jj = 2, jpjm1
885            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
886
887               rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji,jj,jk) + rhd   (ji,jj,jk-1) )                                   &
888                  &                     * ( fsde3w(ji,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1) )                                   &
889                  &            - grav * z1_10 * (                                                                     &
890                  &     ( drhow (ji,jj,jk) - drhow (ji,jj,jk-1) )                                                     &
891                  &   * ( fsde3w(ji,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( dzw  (ji,jj,jk) + dzw  (ji,jj,jk-1) ) )   &
892                  &   - ( dzw   (ji,jj,jk) - dzw   (ji,jj,jk-1) )                                                     &
893                  &   * ( rhd   (ji,jj,jk) - rhd   (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( drhow(ji,jj,jk) + drhow(ji,jj,jk-1) ) )   &
894                  &                             )
895
896               rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )                                   &
897                  &                     * ( fsde3w(ji+1,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) )                                   &
898                  &            - grav* z1_10 * (                                                                      &
899                  &     ( drhou (ji+1,jj,jk) - drhou (ji,jj,jk) )                                                     &
900                  &   * ( fsde3w(ji+1,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzu  (ji+1,jj,jk) + dzu  (ji,jj,jk) ) )   &
901                  &   - ( dzu   (ji+1,jj,jk) - dzu   (ji,jj,jk) )                                                     &
902                  &   * ( rhd   (ji+1,jj,jk) - rhd   (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhou(ji+1,jj,jk) + drhou(ji,jj,jk) ) )   &
903                  &                            )
904
905               rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )                                   &
906                  &                     * ( fsde3w(ji,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) )                                   &
907                  &            - grav* z1_10 * (                                                                      &
908                  &     ( drhov (ji,jj+1,jk) - drhov (ji,jj,jk) )                                                     &
909                  &   * ( fsde3w(ji,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzv  (ji,jj+1,jk) + dzv  (ji,jj,jk) ) )   &
910                  &   - ( dzv   (ji,jj+1,jk) - dzv   (ji,jj,jk) )                                                     &
911                  &   * ( rhd   (ji,jj+1,jk) - rhd   (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhov(ji,jj+1,jk) + drhov(ji,jj,jk) ) )   &
912                  &                            )
913
914            END DO
915         END DO
916      END DO
917      CALL lbc_lnk(rho_k,'W',1.)
918      CALL lbc_lnk(rho_i,'U',1.)
919      CALL lbc_lnk(rho_j,'V',1.)
920
921
922      ! ---------------
923      !  Surface value
924      ! ---------------
925      DO jj = 2, jpjm1
926         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
927            zhpi(ji,jj,1) = ( rho_k(ji+1,jj  ,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_i(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
928            zhpj(ji,jj,1) = ( rho_k(ji  ,jj+1,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_j(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
929            ! add to the general momentum trend
930            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
931            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
932         END DO
933      END DO
934
935      ! ----------------
936      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
937      ! ----------------
938      DO jk = 2, jpkm1
939         DO jj = 2, jpjm1
940            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
941               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
942               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                &
943                  &           + (  ( rho_k(ji+1,jj,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
944                  &              - ( rho_i(ji  ,jj,jk) - rho_i(ji,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
945               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                &
946                  &           + (  ( rho_k(ji,jj+1,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
947                  &               -( rho_j(ji,jj  ,jk) - rho_j(ji,jj,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
948               ! add to the general momentum trend
949               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
950               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
951            END DO
952         END DO
953      END DO
954      !
955      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
956      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
957      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
958      !
959   END SUBROUTINE hpg_djc
960
961
962   SUBROUTINE hpg_prj( kt )
963      !!---------------------------------------------------------------------
964      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
965      !!
966      !! ** Method  :   s-coordinate case.
967      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
968      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
969      !!      all vertical coordinate systems
970      !!
971      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
972      !!----------------------------------------------------------------------
973      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
974      INTEGER, INTENT(in) ::   kt                   ! ocean time-step index
975      !!
976      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
977      REAL(wp) ::   zcoef0, znad                    ! temporary scalars
978      !!
979      !! The local variables for the correction term
980      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
981      REAL(wp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
982      REAL(wp) :: zrhdt1
983      REAL(wp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
984      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zdept, zrhh
985      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp
986      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::   zsshu_n, zsshv_n
987      !!----------------------------------------------------------------------
988      !
989      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
990      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zdept, zrhh )
991      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zsshu_n, zsshv_n )
992      !
993      IF( kt == nit000 ) THEN
994         IF(lwp) WRITE(numout,*)
995         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
996         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
997      ENDIF
998
999      !!----------------------------------------------------------------------
1000      ! Local constant initialization
1001      zcoef0 = - grav
1002      znad = 0.0_wp
1003      IF( lk_vvl ) znad = 1._wp
1004
1005      ! Clean 3-D work arrays
1006      zhpi(:,:,:) = 0._wp
1007      zrhh(:,:,:) = rhd(:,:,:)
1008
1009      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
1010      DO jj = 1, jpj
1011        DO ji = 1, jpi
1012          jk = mbathy(ji,jj)
1013          IF( jk <= 0 ) THEN; zrhh(ji,jj,:) = 0._wp
1014          ELSE IF(jk == 1) THEN; zrhh(ji,jj, jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
1015          ELSE IF(jk < jpkm1) THEN
1016             DO jkk = jk+1, jpk
1017                zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(fsde3w(ji,jj,jkk),   fsde3w(ji,jj,jkk-1), &
1018                                         fsde3w(ji,jj,jkk-2), rhd(ji,jj,jkk-1), rhd(ji,jj,jkk-2))
1019             END DO
1020          ENDIF
1021        END DO
1022      END DO
1023
1024      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1025      DO jj = 1, jpj
1026         DO ji = 1, jpi
1027            zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * fse3w(ji,jj,1) - sshn(ji,jj) * znad
1028         END DO
1029      END DO
1030
1031      DO jk = 2, jpk
1032         DO jj = 1, jpj
1033            DO ji = 1, jpi
1034               zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + fse3w(ji,jj,jk)
1035            END DO
1036         END DO
1037      END DO
1038
1039      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1040      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1041
1042      ! Construct the vertical density profile with the
1043      ! constrained cubic spline interpolation
1044      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1045      CALL cspline(fsp,xsp,asp,bsp,csp,dsp,polynomial_type)
1046
1047      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1048      DO jj = 2, jpj
1049        DO ji = 2, jpi
1050          zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3(zdept(ji,jj,1),asp(ji,jj,1), &
1051                                         bsp(ji,jj,1),   csp(ji,jj,1), &
1052                                         dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * fse3w(ji,jj,1)
1053
1054          ! assuming linear profile across the top half surface layer
1055          zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * fse3w(ji,jj,1) * zrhdt1
1056        END DO
1057      END DO
1058
1059      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1060      DO jk = 2, jpkm1
1061        DO jj = 2, jpj
1062          DO ji = 2, jpi
1063            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                          &
1064                             integ_spline(zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),&
1065                                    asp(ji,jj,jk-1),    bsp(ji,jj,jk-1), &
1066                                    csp(ji,jj,jk-1),    dsp(ji,jj,jk-1))
1067          END DO
1068        END DO
1069      END DO
1070
1071      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1072
1073      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1074      DO jj = 2, jpjm1
1075        DO ji = 2, jpim1
1076          zsshu_n(ji,jj) = (e12u(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e12u(ji+1, jj) * sshn(ji+1,jj)) * &
1077                         & r1_e12u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1078          zsshv_n(ji,jj) = (e12v(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e12v(ji+1, jj) * sshn(ji,jj+1)) * &
1079                         & r1_e12v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1080        END DO
1081      END DO
1082
1083      DO jj = 2, jpjm1
1084        DO ji = 2, jpim1
1085          zu(ji,jj,1) = - ( fse3u(ji,jj,1) - zsshu_n(ji,jj) * znad) 
1086          zv(ji,jj,1) = - ( fse3v(ji,jj,1) - zsshv_n(ji,jj) * znad)
1087        END DO
1088      END DO
1089
1090      DO jk = 2, jpkm1
1091        DO jj = 2, jpjm1
1092          DO ji = 2, jpim1
1093            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1)- fse3u(ji,jj,jk)
1094            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1)- fse3v(ji,jj,jk)
1095          END DO
1096        END DO
1097      END DO
1098
1099      DO jk = 1, jpkm1
1100        DO jj = 2, jpjm1
1101          DO ji = 2, jpim1
1102            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * fse3u(ji,jj,jk)
1103            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * fse3v(ji,jj,jk)
1104          END DO
1105        END DO
1106      END DO
1107
1108      DO jk = 1, jpkm1
1109        DO jj = 2, jpjm1
1110          DO ji = 2, jpim1
1111            zu(ji,jj,jk) = min(zu(ji,jj,jk), max(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji+1,jj,jk)))
1112            zu(ji,jj,jk) = max(zu(ji,jj,jk), min(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji+1,jj,jk)))
1113            zv(ji,jj,jk) = min(zv(ji,jj,jk), max(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji,jj+1,jk)))
1114            zv(ji,jj,jk) = max(zv(ji,jj,jk), min(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji,jj+1,jk)))
1115          END DO
1116        END DO
1117      END DO
1118
1119
1120      DO jk = 1, jpkm1
1121        DO jj = 2, jpjm1
1122          DO ji = 2, jpim1
1123            zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1124            zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1125            zuijk = zu(ji,jj,jk)
1126            zvijk = zv(ji,jj,jk)
1127
1128            !!!!!     for u equation
1129            IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1130               IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1131                 jis = ji + 1; jid = ji
1132               ELSE
1133                 jis = ji;     jid = ji +1
1134               ENDIF
1135
1136               ! integrate the pressure on the shallow side
1137               jk1 = jk
1138               DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1139                 IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1140                   zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1141                   EXIT
1142                 ENDIF
1143                 zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1144                 zpwes = zpwes +                                    &
1145                      integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1146                             asp(jis,jj,jk1),    bsp(jis,jj,jk1), &
1147                             csp(jis,jj,jk1),    dsp(jis,jj,jk1))
1148                 jk1 = jk1 + 1
1149               END DO
1150
1151               ! integrate the pressure on the deep side
1152               jk1 = jk
1153               DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1154                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1155                   zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, sshn(jid,jj)*znad)
1156                   zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1157                                                     bsp(jid,jj,1),   csp(jid,jj,1), &
1158                                                     dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1159                   zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1160                   EXIT
1161                 ENDIF
1162                 zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1163                 zpwed = zpwed +                                        &
1164                        integ_spline(zdeps,              zdept(jid,jj,jk1), &
1165                               asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1166                               csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1167                 jk1 = jk1 - 1
1168               END DO
1169
1170               ! update the momentum trends in u direction
1171
1172               zdpdx1 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * (zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
1173               IF( lk_vvl ) THEN
1174                 zdpdx2 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * &
1175                         ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (sshn(ji+1,jj)-sshn(ji,jj)) )
1176                ELSE
1177                 zdpdx2 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1178               ENDIF
1179
1180               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + (zdpdx1 + zdpdx2) * &
1181               &           umask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk) * tmask(ji+1,jj,jk)
1182            ENDIF
1183
1184            !!!!!     for v equation
1185            IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
1186               IF( -zdept(ji,jj+1,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1187                 jjs = jj + 1; jjd = jj
1188               ELSE
1189                 jjs = jj    ; jjd = jj + 1
1190               ENDIF
1191
1192               ! integrate the pressure on the shallow side
1193               jk1 = jk
1194               DO WHILE ( -zdept(ji,jjs,jk1) > zvijk )
1195                 IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
1196                   zvijk = -zdept(ji,jjs,jk1)
1197                   EXIT
1198                 ENDIF
1199                 zdeps = MIN(zdept(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
1200                 zpnss = zpnss +                                      &
1201                        integ_spline(zdept(ji,jjs,jk1), zdeps,            &
1202                               asp(ji,jjs,jk1),    bsp(ji,jjs,jk1), &
1203                               csp(ji,jjs,jk1),    dsp(ji,jjs,jk1) )
1204                 jk1 = jk1 + 1
1205               END DO
1206
1207               ! integrate the pressure on the deep side
1208               jk1 = jk
1209               DO WHILE ( -zdept(ji,jjd,jk1) < zvijk )
1210                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1211                   zdeps = zdept(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, sshn(ji,jjd)*znad)
1212                   zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdept(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
1213                                                     bsp(ji,jjd,1),   csp(ji,jjd,1), &
1214                                                     dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
1215                   zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
1216                   EXIT
1217                 ENDIF
1218                 zdeps = MAX(zdept(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
1219                 zpnsd = zpnsd +                                        &
1220                        integ_spline(zdeps,              zdept(ji,jjd,jk1), &
1221                               asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1), &
1222                               csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
1223                 jk1 = jk1 - 1
1224               END DO
1225
1226
1227               ! update the momentum trends in v direction
1228
1229               zdpdy1 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * (zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
1230               IF( lk_vvl ) THEN
1231                   zdpdy2 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * &
1232                           ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (sshn(ji,jj+1)-sshn(ji,jj)) )
1233               ELSE
1234                   zdpdy2 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1235               ENDIF
1236
1237               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + (zdpdy1 + zdpdy2)*&
1238               &              vmask(ji,jj,jk)*tmask(ji,jj,jk)*tmask(ji,jj+1,jk)
1239            ENDIF
1240
1241
1242           END DO
1243        END DO
1244      END DO
1245      !
1246      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
1247      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zdept, zrhh )
1248      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zsshu_n, zsshv_n )
1249      !
1250   END SUBROUTINE hpg_prj
1251
1252
1253   SUBROUTINE cspline(fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type)
1254      !!----------------------------------------------------------------------
1255      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1256      !!
1257      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1258      !!
1259      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1260      !!
1261      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1262      !!----------------------------------------------------------------------
1263      IMPLICIT NONE
1264      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  :: fsp, xsp           ! value and coordinate
1265      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(out) :: asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of
1266                                                                    ! the interpoated function
1267      INTEGER, INTENT(in) :: polynomial_type                        ! 1: cubic spline
1268                                                                    ! 2: Linear
1269      !
1270      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1271      INTEGER  ::   jpi, jpj, jpkm1
1272      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1273      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1274      REAL(wp) ::   zdf(size(fsp,3))
1275      !!----------------------------------------------------------------------
1276
1277      jpi   = size(fsp,1)
1278      jpj   = size(fsp,2)
1279      jpkm1 = size(fsp,3) - 1
1280
1281
1282      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1283         DO ji = 1, jpi
1284            DO jj = 1, jpj
1285           !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1286           !    DO jk = 2, jpkm1-1
1287           !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1288           !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1289           !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1290           !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1291           !
1292           !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1293           !
1294           !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1295           !           zdf(jk) = 0._wp
1296           !       ELSE
1297           !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1298           !       ENDIF
1299           !    END DO
1300
1301           !!Simply geometric average
1302               DO jk = 2, jpkm1-1
1303                  zdf1 = (fsp(ji,jj,jk) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk-1))
1304                  zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk))
1305
1306                  IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1307                     zdf(jk) = 0._wp
1308                  ELSE
1309                     zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1310                  ENDIF
1311               END DO
1312
1313               zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1314                          &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) ) -  0.5_wp * zdf(2)
1315               zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1316                          &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - &
1317                          & 0.5_wp * zdf(jpkm1 - 1)
1318
1319               DO jk = 1, jpkm1 - 1
1320                 zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1321                 ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1322                 ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1323                 zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1324                 ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1325                 zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1326
1327                 dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1328                 csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1329                 bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1330                               & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1331                               & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1332                               &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1333                 asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1334                               &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1335                               &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1336               END DO
1337            END DO
1338         END DO
1339
1340      ELSE IF (polynomial_type == 2) THEN     ! Linear
1341         DO ji = 1, jpi
1342            DO jj = 1, jpj
1343               DO jk = 1, jpkm1-1
1344                  zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1345                  ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1346
1347                  dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1348                  csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1349                  bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1350                  asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1351               END DO
1352            END DO
1353         END DO
1354
1355      ELSE
1356           CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1357      ENDIF
1358
1359   END SUBROUTINE cspline
1360
1361
1362   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1363      !!----------------------------------------------------------------------
1364      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1365      !!
1366      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1367      !!
1368      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1369      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1370      !!----------------------------------------------------------------------
1371      IMPLICIT NONE
1372      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1373      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1374      REAL(wp)             ::  zdeltx
1375      !!----------------------------------------------------------------------
1376
1377      zdeltx = xr - xl
1378      IF(abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x)) THEN
1379        f = 0.5_wp * (fl + fr)
1380      ELSE
1381        f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1382      ENDIF
1383
1384   END FUNCTION interp1
1385
1386
1387   FUNCTION interp2(x, a, b, c, d)  RESULT(f)
1388      !!----------------------------------------------------------------------
1389      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1390      !!
1391      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1392      !!
1393      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1394      !!
1395      !!----------------------------------------------------------------------
1396      IMPLICIT NONE
1397      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1398      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1399      !!----------------------------------------------------------------------
1400
1401      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1402
1403   END FUNCTION interp2
1404
1405
1406   FUNCTION interp3(x, a, b, c, d)  RESULT(f)
1407      !!----------------------------------------------------------------------
1408      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1409      !!
1410      !! ** Purpose :   Calculate the first order of deriavtive of
1411      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1412      !!
1413      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1414      !!
1415      !!----------------------------------------------------------------------
1416      IMPLICIT NONE
1417      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1418      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1419      !!----------------------------------------------------------------------
1420
1421      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1422
1423   END FUNCTION interp3
1424
1425
1426   FUNCTION integ_spline(xl, xr, a, b, c, d)  RESULT(f)
1427      !!----------------------------------------------------------------------
1428      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1429      !!
1430      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1431      !!
1432      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1433      !!
1434      !!----------------------------------------------------------------------
1435      IMPLICIT NONE
1436      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1437      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3
1438      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1439      !!----------------------------------------------------------------------
1440
1441      za1 = 0.5_wp * b
1442      za2 = c / 3.0_wp
1443      za3 = 0.25_wp * d
1444
1445      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1446         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1447
1448   END FUNCTION integ_spline
1449
1450   !!======================================================================
1451END MODULE dynhpg
1452
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.