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/test_moci_test_suite_namelist_read/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN – NEMO

source: branches/UKMO/test_moci_test_suite_namelist_read/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynhpg.F90 @ 9366

Last change on this file since 9366 was 9366, checked in by andmirek, 6 years ago

#2050 first version. Compiled OK in moci test suite

File size: 70.7 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   PRIVATE  hpg_namelist
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      !!----------------------------------------------------------------------
88      !
89      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dyn_hpg')
90      !
91      IF( l_trddyn ) THEN                    ! Temporary saving of ua and va trends (l_trddyn)
92         CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
93         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
94         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
95      ENDIF
96      !
97      SELECT CASE ( nhpg )      ! Hydrostatic pressure gradient computation
98      CASE (  0 )   ;   CALL hpg_zco    ( kt )      ! z-coordinate
99      CASE (  1 )   ;   CALL hpg_zps    ( kt )      ! z-coordinate plus partial steps (interpolation)
100      CASE (  2 )   ;   CALL hpg_sco    ( kt )      ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
101      CASE (  3 )   ;   CALL hpg_djc    ( kt )      ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
102      CASE (  4 )   ;   CALL hpg_prj    ( kt )      ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
103      CASE (  5 )   ;   CALL hpg_isf    ( kt )      ! s-coordinate similar to sco modify for ice shelf
104      END SELECT
105      !
106      IF( l_trddyn ) THEN      ! save the hydrostatic pressure gradient trends for momentum trend diagnostics
107         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
108         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
109         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_hpg, kt )
110         CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
111      ENDIF
112      !
113      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
114         &                       tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
115      !
116      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dyn_hpg')
117      !
118   END SUBROUTINE dyn_hpg
119
120
121   SUBROUTINE dyn_hpg_init
122      !!----------------------------------------------------------------------
123      !!                 ***  ROUTINE dyn_hpg_init  ***
124      !!
125      !! ** Purpose :   initializations for the hydrostatic pressure gradient
126      !!              computation and consistency control
127      !!
128      !! ** Action  :   Read the namelist namdyn_hpg and check the consistency
129      !!      with the type of vertical coordinate used (zco, zps, sco)
130      !!----------------------------------------------------------------------
131      INTEGER ::   ioptio = 0      ! temporary integer
132      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
133      !!
134      NAMELIST/namdyn_hpg/ ln_hpg_zco, ln_hpg_zps, ln_hpg_sco,     &
135         &                 ln_hpg_djc, ln_hpg_prj, ln_hpg_isf, ln_dynhpg_imp
136      !!----------------------------------------------------------------------
137      !
138      IF(lwm) THEN
139         REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namdyn_hpg in reference namelist : Hydrostatic pressure gradient
140         READ  ( numnam_ref, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
141901      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in reference namelist', lwm )
142         REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namdyn_hpg in configuration namelist : Hydrostatic pressure gradient
143         READ  ( numnam_cfg, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
144902      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in configuration namelist', lwm )
145      ENDIF
146
147      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_hpg )
148      !
149      CALL hpg_namelist()
150
151      IF(lwp) THEN                   ! Control print
152         WRITE(numout,*)
153         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
154         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
155         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
156         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
157         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
158         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
159         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation) for isf  ln_hpg_isf    = ', ln_hpg_isf
160         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
161         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
162         WRITE(numout,*) '      time stepping: centered (F) or semi-implicit (T)  ln_dynhpg_imp = ', ln_dynhpg_imp
163      ENDIF
164      !
165      IF( ln_hpg_djc )   &
166         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : Density Jacobian: Cubic polynominal method &
167                           & currently disabled (bugs under investigation). Please select &
168                           & either  ln_hpg_sco or  ln_hpg_prj instead')
169      !
170      IF( lk_vvl .AND. .NOT. (ln_hpg_sco.OR.ln_hpg_prj.OR.ln_hpg_isf) )   &
171         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : variable volume key_vvl requires:&
172                           & the standard jacobian formulation hpg_sco or &
173                           & the pressure jacobian formulation hpg_prj')
174
175      IF(       ln_hpg_isf .AND. .NOT. ln_isfcav )   &
176         &   CALL ctl_stop( ' hpg_isf not available if ln_isfcav = false ' )
177      IF( .NOT. ln_hpg_isf .AND.       ln_isfcav )   &
178         &   CALL ctl_stop( 'Only hpg_isf has been corrected to work with ice shelf cavity.' )
179      !
180      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags
181      IF( ln_hpg_zco )   nhpg = 0
182      IF( ln_hpg_zps )   nhpg = 1
183      IF( ln_hpg_sco )   nhpg = 2
184      IF( ln_hpg_djc )   nhpg = 3
185      IF( ln_hpg_prj )   nhpg = 4
186      IF( ln_hpg_isf )   nhpg = 5
187      !
188      !                               ! Consistency check
189      ioptio = 0
190      IF( ln_hpg_zco )   ioptio = ioptio + 1
191      IF( ln_hpg_zps )   ioptio = ioptio + 1
192      IF( ln_hpg_sco )   ioptio = ioptio + 1
193      IF( ln_hpg_djc )   ioptio = ioptio + 1
194      IF( ln_hpg_prj )   ioptio = ioptio + 1
195      IF( ln_hpg_isf )   ioptio = ioptio + 1
196      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
197      !
198      ! initialisation of ice load
199      riceload(:,:)=0.0
200      !
201   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
202
203
204   SUBROUTINE hpg_zco( kt )
205      !!---------------------------------------------------------------------
206      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
207      !!
208      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
209      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
210      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
211      !!      density gradient along the model level from the suface to that
212      !!      level:    zhpi = grav .....
213      !!                zhpj = grav .....
214      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
215      !!            ua = ua - 1/e1u * zhpi
216      !!            va = va - 1/e2v * zhpj
217      !!
218      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
219      !!----------------------------------------------------------------------
220      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
221      !!
222      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
223      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
224      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
225      !!----------------------------------------------------------------------
226      !
227      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
228      !
229      IF( kt == nit000 ) THEN
230         IF(lwp) WRITE(numout,*)
231         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
232         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
233      ENDIF
234
235      zcoef0 = - grav * 0.5_wp      ! Local constant initialization
236
237      ! Surface value
238      DO jj = 2, jpjm1
239         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
240            zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,1)
241            ! hydrostatic pressure gradient
242            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
243            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
244            ! add to the general momentum trend
245            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
246            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
247         END DO
248      END DO
249
250      !
251      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
252      DO jk = 2, jpkm1
253         DO jj = 2, jpjm1
254            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
255               zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,jk)
256               ! hydrostatic pressure gradient
257               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
258                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
259                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
260
261               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
262                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
263                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
264               ! add to the general momentum trend
265               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
266               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
267            END DO
268         END DO
269      END DO
270      !
271      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
272      !
273   END SUBROUTINE hpg_zco
274
275
276   SUBROUTINE hpg_zps( kt )
277      !!---------------------------------------------------------------------
278      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
279      !!
280      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
281      !!
282      !! ** Action  : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
283      !!----------------------------------------------------------------------
284      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
285      !!
286      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
287      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
288      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
289      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
290      !!----------------------------------------------------------------------
291      !
292      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
293      !
294      IF( kt == nit000 ) THEN
295         IF(lwp) WRITE(numout,*)
296         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
297         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
298      ENDIF
299
300
301      ! Local constant initialization
302      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
303
304      !  Surface value (also valid in partial step case)
305      DO jj = 2, jpjm1
306         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
307            zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,1)
308            ! hydrostatic pressure gradient
309            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
310            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
311            ! add to the general momentum trend
312            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
313            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
314         END DO
315      END DO
316
317
318      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
319      DO jk = 2, jpkm1
320         DO jj = 2, jpjm1
321            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
322               zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,jk)
323               ! hydrostatic pressure gradient
324               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
325                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
326                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
327
328               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
329                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
330                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
331               ! add to the general momentum trend
332               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
333               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
334            END DO
335         END DO
336      END DO
337
338
339      ! partial steps correction at the last level  (use gru & grv computed in zpshde.F90)
340      DO jj = 2, jpjm1
341         DO ji = 2, jpim1
342            iku = mbku(ji,jj)
343            ikv = mbkv(ji,jj)
344            zcoef2 = zcoef0 * MIN( fse3w(ji,jj,iku), fse3w(ji+1,jj  ,iku) )
345            zcoef3 = zcoef0 * MIN( fse3w(ji,jj,ikv), fse3w(ji  ,jj+1,ikv) )
346            IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
347               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
348               zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
349                  &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + gru(ji,jj) ) / e1u(ji,jj)
350               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
351            ENDIF
352            IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
353               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
354               zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
355                  &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + grv(ji,jj) ) / e2v(ji,jj)
356               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
357            ENDIF
358         END DO
359      END DO
360      !
361      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
362      !
363   END SUBROUTINE hpg_zps
364
365   SUBROUTINE hpg_sco( kt )
366      !!---------------------------------------------------------------------
367      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
368      !!
369      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
370      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
371      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
372      !!      density gradient along the model level from the suface to that
373      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
374      !!      to the horizontal pressure gradient :
375      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
376      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
377      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
378      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
379      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
380      !!
381      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
382      !!----------------------------------------------------------------------
383      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
384      !!
385      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
386      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad   ! temporary scalars
387      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
388      !!----------------------------------------------------------------------
389      !
390      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
391      !
392      IF( kt == nit000 ) THEN
393         IF(lwp) WRITE(numout,*)
394         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
395         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
396      ENDIF
397
398      ! Local constant initialization
399      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
400      ! To use density and not density anomaly
401      IF ( lk_vvl ) THEN   ;     znad = 1._wp          ! Variable volume
402      ELSE                 ;     znad = 0._wp         ! Fixed volume
403      ENDIF
404
405      ! Surface value
406      DO jj = 2, jpjm1
407         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
408            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
409            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( fse3w(ji+1,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji+1,jj  ,1) )   &
410               &                                  - fse3w(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) ) )
411            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( fse3w(ji  ,jj+1,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj+1,1) )   &
412               &                                  - fse3w(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) ) )
413            ! s-coordinate pressure gradient correction
414            zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
415               &           * ( fsde3w(ji+1,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
416            zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
417               &           * ( fsde3w(ji,jj+1,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
418            ! add to the general momentum trend
419            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
420            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
421         END DO
422      END DO
423
424      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
425      DO jk = 2, jpkm1
426         DO jj = 2, jpjm1
427            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
428               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
429               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
430                  &           * (  fse3w(ji+1,jj,jk) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad )   &
431                  &              - fse3w(ji  ,jj,jk) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad )  )
432               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
433                  &           * (  fse3w(ji,jj+1,jk) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad )   &
434                  &              - fse3w(ji,jj  ,jk) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad )  )
435               ! s-coordinate pressure gradient correction
436               zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
437                  &           * ( fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
438               zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
439                  &           * ( fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
440               ! add to the general momentum trend
441               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
442               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
443            END DO
444         END DO
445      END DO
446      !
447      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
448      !
449   END SUBROUTINE hpg_sco
450
451   SUBROUTINE hpg_isf( kt )
452      !!---------------------------------------------------------------------
453      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
454      !!
455      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
456      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
457      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
458      !!      density gradient along the model level from the suface to that
459      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
460      !!      to the horizontal pressure gradient :
461      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
462      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
463      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
464      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
465      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
466      !!      iceload is added and partial cell case are added to the top and bottom
467      !!     
468      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
469      !!----------------------------------------------------------------------
470      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
471      !!
472      INTEGER  ::   ji, jj, jk, iku, ikv, ikt, iktp1i, iktp1j                 ! dummy loop indices
473      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad, ze3wu, ze3wv, zuapint, zvapint, zhpjint, zhpiint, zdzwt, zdzwtjp1, zdzwtip1             ! temporary scalars
474      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  zhpi, zhpj, zrhd
475      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  ztstop
476      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)     ::  ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj
477      !!----------------------------------------------------------------------
478      !
479      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, 2, ztstop) 
480      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj, zrhd)
481      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj) 
482      !
483     IF( kt == nit000 ) THEN
484         IF(lwp) WRITE(numout,*)
485         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_isf : hydrostatic pressure gradient trend for ice shelf'
486         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
487      ENDIF
488
489      ! Local constant initialization
490      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
491      ! To use density and not density anomaly
492!      IF ( lk_vvl ) THEN   ;     znad = 1._wp          ! Variable volume
493!      ELSE                 ;     znad = 0._wp         ! Fixed volume
494!      ENDIF
495      znad=1._wp
496      ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
497      zhpi(:,:,:)=0._wp ; zhpj(:,:,:)=0._wp
498
499!==================================================================================     
500!=====Compute iceload and contribution of the half first wet layer =================
501!===================================================================================
502
503      ! assume water displaced by the ice shelf is at T=-1.9 and S=34.4 (rude)
504      ztstop(:,:,1)=-1.9_wp ; ztstop(:,:,2)=34.4_wp
505
506      ! compute density of the water displaced by the ice shelf
507      zrhd = rhd ! save rhd
508      DO jk = 1, jpk
509           zdept(:,:)=gdept_1d(jk)
510           CALL eos(ztstop(:,:,:),zdept(:,:),rhd(:,:,jk))
511      END DO
512      WHERE ( tmask(:,:,:) == 1._wp)
513        rhd(:,:,:) = zrhd(:,:,:) ! replace wet cell by the saved rhd
514      END WHERE
515     
516      ! compute rhd at the ice/oce interface (ice shelf side)
517      CALL eos(ztstop,risfdep,zrhdtop_isf)
518
519      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
520      DO ji=1,jpi
521        DO jj=1,jpj
522          ikt=mikt(ji,jj)
523          ztstop(ji,jj,1)=tsn(ji,jj,ikt,1)
524          ztstop(ji,jj,2)=tsn(ji,jj,ikt,2)
525        END DO
526      END DO
527      CALL eos(ztstop,risfdep,zrhdtop_oce)
528      !
529      ! Surface value + ice shelf gradient
530      ! compute pressure due to ice shelf load (used to compute hpgi/j for all the level from 1 to miku/v)
531      ziceload = 0._wp
532      DO jj = 1, jpj
533         DO ji = 1, jpi   ! vector opt.
534            ikt=mikt(ji,jj)
535            ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (znad + rhd(ji,jj,1) ) * fse3w(ji,jj,1) * (1._wp - tmask(ji,jj,1))
536            DO jk=2,ikt-1
537               ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + rhd(ji,jj,jk-1) + rhd(ji,jj,jk)) * fse3w(ji,jj,jk) &
538                  &                              * (1._wp - tmask(ji,jj,jk))
539            END DO
540            IF (ikt .GE. 2) ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + zrhdtop_isf(ji,jj) + rhd(ji,jj,ikt-1)) &
541                               &                              * ( risfdep(ji,jj) - gdept_1d(ikt-1) )
542         END DO
543      END DO
544      riceload(:,:) = 0.0_wp ; riceload(:,:)=ziceload(:,:)  ! need to be saved for diaar5
545      ! compute zp from z=0 to first T wet point (correction due to zps not yet applied)
546      DO jj = 2, jpjm1
547         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
548            ikt=mikt(ji,jj) ; iktp1i=mikt(ji+1,jj); iktp1j=mikt(ji,jj+1)
549            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
550            ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
551            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( 0.5_wp * fse3w(ji+1,jj  ,iktp1i)                                    &
552               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji+1,jj  ,iktp1i) + zrhdtop_oce(ji+1,jj  ) )   &
553               &                                  - 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj  ,ikt   )                                    &
554               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj  ,ikt   ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj  ) )   &
555               &                                  + ( ziceload(ji+1,jj) - ziceload(ji,jj))                              ) 
556            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj+1,iktp1j)                                    &
557               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj+1,iktp1j) + zrhdtop_oce(ji  ,jj+1) )   &
558               &                                  - 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj  ,ikt   )                                    & 
559               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj  ,ikt   ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj  ) )   &
560               &                                  + ( ziceload(ji,jj+1) - ziceload(ji,jj) )                             ) 
561            ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
562            zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
563               &           * ( fsde3w(ji+1,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
564            zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
565               &           * ( fsde3w(ji,jj+1,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
566            ! add to the general momentum trend
567            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
568            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
569         END DO
570      END DO
571!==================================================================================     
572!===== Compute partial cell contribution for the top cell =========================
573!==================================================================================
574      DO jj = 2, jpjm1
575         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
576            iku = miku(ji,jj) ; 
577            zpshpi(ji,jj)=0.0_wp ; zpshpj(ji,jj)=0.0_wp
578            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))
579            ! u direction
580            IF ( iku .GT. 1 ) THEN
581               ! case iku
582               zhpi(ji,jj,iku)   =  zcoef0 / e1u(ji,jj) * ze3wu                                            &
583                      &                                 * ( rhd    (ji+1,jj,iku) + rhd   (ji,jj,iku)       &
584                      &                                   + SIGN(1._wp,ze3wu) * grui(ji,jj) + 2._wp * znad )
585               ! corrective term ( = 0 if z coordinate )
586               zuap              = -zcoef0 * ( arui(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzui(ji,jj) / e1u(ji,jj)
587               ! zhpi will be added in interior loop
588               ua(ji,jj,iku)     = ua(ji,jj,iku) + zuap
589               ! in case of 2 cell water column, need to save the pressure gradient to compute the bottom pressure 
590               IF (mbku(ji,jj) == iku + 1) zpshpi(ji,jj)  = zhpi(ji,jj,iku)
591
592               ! case iku + 1 (remove the zphi term added in the interior loop and compute the one corrected for zps)
593               zhpiint        =  zcoef0 / e1u(ji,jj)                                                               &   
594                  &           * (  fse3w(ji+1,jj  ,iku+1) * ( (rhd(ji+1,jj,iku+1) + znad)                          &
595                  &                                         + (rhd(ji+1,jj,iku  ) + znad) ) * tmask(ji+1,jj,iku)   &
596                  &              - fse3w(ji  ,jj  ,iku+1) * ( (rhd(ji  ,jj,iku+1) + znad)                          &
597                  &                                         + (rhd(ji  ,jj,iku  ) + znad) ) * tmask(ji  ,jj,iku)   )
598               zhpi(ji,jj,iku+1) =  zcoef0 / e1u(ji,jj) * ge3rui(ji,jj) - zhpiint 
599            END IF
600               
601            ! v direction
602            ikv = mikv(ji,jj)
603            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))
604            IF ( ikv .GT. 1 ) THEN
605               ! case ikv
606               zhpj(ji,jj,ikv)   =  zcoef0 / e2v(ji,jj) * ze3wv                                            &
607                     &                                  * ( rhd(ji,jj+1,ikv) + rhd   (ji,jj,ikv)           &
608                     &                                    + SIGN(1._wp,ze3wv) * grvi(ji,jj) + 2._wp * znad )
609               ! corrective term ( = 0 if z coordinate )
610               zvap              = -zcoef0 * ( arvi(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzvi(ji,jj) / e2v(ji,jj)
611               ! zhpi will be added in interior loop
612               va(ji,jj,ikv)      = va(ji,jj,ikv) + zvap
613               ! in case of 2 cell water column, need to save the pressure gradient to compute the bottom pressure 
614               IF (mbkv(ji,jj) == ikv + 1)  zpshpj(ji,jj)  =  zhpj(ji,jj,ikv) 
615               
616               ! case ikv + 1 (remove the zphj term added in the interior loop and compute the one corrected for zps)
617               zhpjint        =  zcoef0 / e2v(ji,jj)                                                              &
618                  &           * (  fse3w(ji  ,jj+1,ikv+1) * ( (rhd(ji,jj+1,ikv+1) + znad)                         &
619                  &                                       + (rhd(ji,jj+1,ikv  ) + znad) ) * tmask(ji,jj+1,ikv)    &
620                  &              - fse3w(ji  ,jj  ,ikv+1) * ( (rhd(ji,jj  ,ikv+1) + znad)                         &
621                  &                                       + (rhd(ji,jj  ,ikv  ) + znad) ) * tmask(ji,jj  ,ikv)  )
622               zhpj(ji,jj,ikv+1) =  zcoef0 / e2v(ji,jj) * ge3rvi(ji,jj) - zhpjint
623            END IF
624         END DO
625      END DO
626
627!==================================================================================     
628!===== Compute interior value =====================================================
629!==================================================================================
630
631      DO jj = 2, jpjm1
632         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
633            iku=miku(ji,jj); ikv=mikv(ji,jj)
634            DO jk = 2, jpkm1
635               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
636               ! zhpi is masked for the first wet cell  (contribution already done in the upper bloc)
637               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk-1)                                                              &
638                  &                            + zcoef0 / e1u(ji,jj)                                                           &
639                  &                                     * ( fse3w(ji+1,jj  ,jk) * ( (rhd(ji+1,jj,jk  ) + znad)                 &
640                  &                                                     + (rhd(ji+1,jj,jk-1) + znad) ) * tmask(ji+1,jj,jk-1)   &
641                  &                                       - fse3w(ji  ,jj  ,jk) * ( (rhd(ji  ,jj,jk  ) + znad)                 &
642                  &                                                     + (rhd(ji  ,jj,jk-1) + znad) ) * tmask(ji  ,jj,jk-1)   ) 
643               ! s-coordinate pressure gradient correction
644               ! corrective term, we mask this term for the first wet level beneath the ice shelf (contribution done in the upper bloc)
645               zuap = - zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )                    &
646                  &            * ( fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj) * umask(ji,jj,jk-1)
647               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + ( zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
648
649               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
650               ! zhpi is masked for the first wet cell  (contribution already done in the upper bloc)
651               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk-1)                                                              &
652                  &                            + zcoef0 / e2v(ji,jj)                                                           &
653                  &                                     * ( fse3w(ji  ,jj+1,jk) * ( (rhd(ji,jj+1,jk  ) + znad)                 &
654                  &                                                     + (rhd(ji,jj+1,jk-1) + znad) ) * tmask(ji,jj+1,jk-1)   &
655                  &                                       - fse3w(ji  ,jj  ,jk) * ( (rhd(ji,jj  ,jk  ) + znad)                 &
656                  &                                                     + (rhd(ji,jj  ,jk-1) + znad) ) * tmask(ji,jj  ,jk-1)   )
657               ! s-coordinate pressure gradient correction
658               ! corrective term, we mask this term for the first wet level beneath the ice shelf (contribution done in the upper bloc)
659               zvap = - zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )                     &
660                  &            * ( fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,jk-1)
661               ! add to the general momentum trend
662               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + ( zhpj(ji,jj,jk) + zvap ) * vmask(ji,jj,jk)
663            END DO
664         END DO
665      END DO
666
667!==================================================================================     
668!===== Compute bottom cell contribution (partial cell) ============================
669!==================================================================================
670
671      DO jj = 2, jpjm1
672         DO ji = 2, jpim1
673            iku = mbku(ji,jj)
674            ikv = mbkv(ji,jj)
675
676            IF (iku .GT. 1) THEN
677               ! remove old value (interior case)
678               zuap            = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,iku) + rhd   (ji,jj,iku) + 2._wp * znad )   &
679                     &                   * ( fsde3w(ji+1,jj  ,iku) - fsde3w(ji,jj,iku) ) / e1u(ji,jj)
680               ua(ji,jj,iku)   = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku) - zuap
681               ! put new value
682               ! -zpshpi to avoid double contribution of the partial step in the top layer
683               zuap            = -zcoef0 * ( aru(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzu(ji,jj)  / e1u(ji,jj)
684               zhpi(ji,jj,iku) =  zhpi(ji,jj,iku-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj) * ge3ru(ji,jj) - zpshpi(ji,jj) 
685               ua(ji,jj,iku)   =  ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku) + zuap
686            END IF
687            ! v direction
688            IF (ikv .GT. 1) THEN
689               ! remove old value (interior case)
690               zvap            = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,ikv) + rhd   (ji,jj,ikv) + 2._wp * znad )   &
691                     &                   * ( fsde3w(ji  ,jj+1,ikv) - fsde3w(ji,jj,ikv) )   / e2v(ji,jj)
692               va(ji,jj,ikv)   = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv) - zvap
693               ! put new value
694               ! -zpshpj to avoid double contribution of the partial step in the top layer
695               zvap            = -zcoef0 * ( arv(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzv(ji,jj)     / e2v(ji,jj)
696               zhpj(ji,jj,ikv) =  zhpj(ji,jj,ikv-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj) * ge3rv(ji,jj) - zpshpj(ji,jj)   
697               va(ji,jj,ikv)   =  va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv) + zvap
698            END IF
699         END DO
700      END DO
701     
702      ! set back to original density value into the ice shelf cell (maybe useless because it is masked)
703      rhd = zrhd
704      !
705      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,2, ztstop)
706      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj, zrhd)
707      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj)
708      !
709   END SUBROUTINE hpg_isf
710
711
712   SUBROUTINE hpg_djc( kt )
713      !!---------------------------------------------------------------------
714      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
715      !!
716      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
717      !!
718      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
719      !!----------------------------------------------------------------------
720      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
721      !!
722      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
723      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
724      REAL(wp) ::   z1_10, cffu, cffx   !    "         "
725      REAL(wp) ::   z1_12, cffv, cffy   !    "         "
726      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
727      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  dzx, dzy, dzz, dzu, dzv, dzw
728      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow
729      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  rho_i, rho_j, rho_k
730      !!----------------------------------------------------------------------
731      !
732      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
733      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
734      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
735      !
736
737      IF( kt == nit000 ) THEN
738         IF(lwp) WRITE(numout,*)
739         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
740         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
741      ENDIF
742
743      ! Local constant initialization
744      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
745      z1_10  = 1._wp / 10._wp
746      z1_12  = 1._wp / 12._wp
747
748      !----------------------------------------------------------------------------------------
749      !  compute and store in provisional arrays elementary vertical and horizontal differences
750      !----------------------------------------------------------------------------------------
751
752!!bug gm   Not a true bug, but... dzz=e3w  for dzx, dzy verify what it is really
753
754      DO jk = 2, jpkm1
755         DO jj = 2, jpjm1
756            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
757               drhoz(ji,jj,jk) = rhd   (ji  ,jj  ,jk) - rhd   (ji,jj,jk-1)
758               dzz  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji  ,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1)
759               drhox(ji,jj,jk) = rhd   (ji+1,jj  ,jk) - rhd   (ji,jj,jk  )
760               dzx  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk  )
761               drhoy(ji,jj,jk) = rhd   (ji  ,jj+1,jk) - rhd   (ji,jj,jk  )
762               dzy  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk  )
763            END DO
764         END DO
765      END DO
766
767      !-------------------------------------------------------------------------
768      ! compute harmonic averages using eq. 5.18
769      !-------------------------------------------------------------------------
770      zep = 1.e-15
771
772!!bug  gm  drhoz not defined at level 1 and used (jk-1 with jk=2)
773!!bug  gm  idem for drhox, drhoy et ji=jpi and jj=jpj
774
775      DO jk = 2, jpkm1
776         DO jj = 2, jpjm1
777            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
778               cffw = 2._wp * drhoz(ji  ,jj  ,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)
779
780               cffu = 2._wp * drhox(ji+1,jj  ,jk) * drhox(ji,jj,jk  )
781               cffx = 2._wp * dzx  (ji+1,jj  ,jk) * dzx  (ji,jj,jk  )
782
783               cffv = 2._wp * drhoy(ji  ,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk  )
784               cffy = 2._wp * dzy  (ji  ,jj+1,jk) * dzy  (ji,jj,jk  )
785
786               IF( cffw > zep) THEN
787                  drhow(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoz(ji,jj,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)   &
788                     &                    / ( drhoz(ji,jj,jk) + drhoz(ji,jj,jk-1) )
789               ELSE
790                  drhow(ji,jj,jk) = 0._wp
791               ENDIF
792
793               dzw(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzz(ji,jj,jk) * dzz(ji,jj,jk-1)   &
794                  &                  / ( dzz(ji,jj,jk) + dzz(ji,jj,jk-1) )
795
796               IF( cffu > zep ) THEN
797                  drhou(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhox(ji+1,jj,jk) * drhox(ji,jj,jk)   &
798                     &                    / ( drhox(ji+1,jj,jk) + drhox(ji,jj,jk) )
799               ELSE
800                  drhou(ji,jj,jk ) = 0._wp
801               ENDIF
802
803               IF( cffx > zep ) THEN
804                  dzu(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzx(ji+1,jj,jk) * dzx(ji,jj,jk)   &
805                     &                  / ( dzx(ji+1,jj,jk) + dzx(ji,jj,jk) )
806               ELSE
807                  dzu(ji,jj,jk) = 0._wp
808               ENDIF
809
810               IF( cffv > zep ) THEN
811                  drhov(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoy(ji,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk)   &
812                     &                    / ( drhoy(ji,jj+1,jk) + drhoy(ji,jj,jk) )
813               ELSE
814                  drhov(ji,jj,jk) = 0._wp
815               ENDIF
816
817               IF( cffy > zep ) THEN
818                  dzv(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzy(ji,jj+1,jk) * dzy(ji,jj,jk)   &
819                     &                  / ( dzy(ji,jj+1,jk) + dzy(ji,jj,jk) )
820               ELSE
821                  dzv(ji,jj,jk) = 0._wp
822               ENDIF
823
824            END DO
825         END DO
826      END DO
827
828      !----------------------------------------------------------------------------------
829      ! apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
830      !----------------------------------------------------------------------------------
831      drhow(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:, 2 ) - drhoz(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,  2  )
832      drhou(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhox(:,:, 2 ) - drhox(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,  2  )
833      drhov(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:, 2 ) - drhoy(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,  2  )
834
835      drhow(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:,jpk) - drhoz(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,jpkm1)
836      drhou(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhox(:,:,jpk) - drhox(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,jpkm1)
837      drhov(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:,jpk) - drhoy(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,jpkm1)
838
839
840      !--------------------------------------------------------------
841      ! Upper half of top-most grid box, compute and store
842      !-------------------------------------------------------------
843
844!!bug gm   :  e3w-de3w = 0.5*e3w  ....  and de3w(2)-de3w(1)=e3w(2) ....   to be verified
845!          true if de3w is really defined as the sum of the e3w scale factors as, it seems to me, it should be
846
847      DO jj = 2, jpjm1
848         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
849            rho_k(ji,jj,1) = -grav * ( fse3w(ji,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) )               &
850               &                   * (  rhd(ji,jj,1)                                    &
851               &                     + 0.5_wp * ( rhd(ji,jj,2) - rhd(ji,jj,1) )         &
852               &                              * ( fse3w (ji,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) )   &
853               &                              / ( fsde3w(ji,jj,2) - fsde3w(ji,jj,1) )  )
854         END DO
855      END DO
856
857!!bug gm    : here also, simplification is possible
858!!bug gm    : optimisation: 1/10 and 1/12 the division should be done before the loop
859
860      DO jk = 2, jpkm1
861         DO jj = 2, jpjm1
862            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
863
864               rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji,jj,jk) + rhd   (ji,jj,jk-1) )                                   &
865                  &                     * ( fsde3w(ji,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1) )                                   &
866                  &            - grav * z1_10 * (                                                                     &
867                  &     ( drhow (ji,jj,jk) - drhow (ji,jj,jk-1) )                                                     &
868                  &   * ( fsde3w(ji,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( dzw  (ji,jj,jk) + dzw  (ji,jj,jk-1) ) )   &
869                  &   - ( dzw   (ji,jj,jk) - dzw   (ji,jj,jk-1) )                                                     &
870                  &   * ( rhd   (ji,jj,jk) - rhd   (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( drhow(ji,jj,jk) + drhow(ji,jj,jk-1) ) )   &
871                  &                             )
872
873               rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )                                   &
874                  &                     * ( fsde3w(ji+1,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) )                                   &
875                  &            - grav* z1_10 * (                                                                      &
876                  &     ( drhou (ji+1,jj,jk) - drhou (ji,jj,jk) )                                                     &
877                  &   * ( fsde3w(ji+1,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzu  (ji+1,jj,jk) + dzu  (ji,jj,jk) ) )   &
878                  &   - ( dzu   (ji+1,jj,jk) - dzu   (ji,jj,jk) )                                                     &
879                  &   * ( rhd   (ji+1,jj,jk) - rhd   (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhou(ji+1,jj,jk) + drhou(ji,jj,jk) ) )   &
880                  &                            )
881
882               rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )                                   &
883                  &                     * ( fsde3w(ji,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) )                                   &
884                  &            - grav* z1_10 * (                                                                      &
885                  &     ( drhov (ji,jj+1,jk) - drhov (ji,jj,jk) )                                                     &
886                  &   * ( fsde3w(ji,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzv  (ji,jj+1,jk) + dzv  (ji,jj,jk) ) )   &
887                  &   - ( dzv   (ji,jj+1,jk) - dzv   (ji,jj,jk) )                                                     &
888                  &   * ( rhd   (ji,jj+1,jk) - rhd   (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhov(ji,jj+1,jk) + drhov(ji,jj,jk) ) )   &
889                  &                            )
890
891            END DO
892         END DO
893      END DO
894      CALL lbc_lnk(rho_k,'W',1.)
895      CALL lbc_lnk(rho_i,'U',1.)
896      CALL lbc_lnk(rho_j,'V',1.)
897
898
899      ! ---------------
900      !  Surface value
901      ! ---------------
902      DO jj = 2, jpjm1
903         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
904            zhpi(ji,jj,1) = ( rho_k(ji+1,jj  ,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_i(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
905            zhpj(ji,jj,1) = ( rho_k(ji  ,jj+1,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_j(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
906            ! add to the general momentum trend
907            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
908            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
909         END DO
910      END DO
911
912      ! ----------------
913      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
914      ! ----------------
915      DO jk = 2, jpkm1
916         DO jj = 2, jpjm1
917            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
918               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
919               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                &
920                  &           + (  ( rho_k(ji+1,jj,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
921                  &              - ( rho_i(ji  ,jj,jk) - rho_i(ji,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
922               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                &
923                  &           + (  ( rho_k(ji,jj+1,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
924                  &               -( rho_j(ji,jj  ,jk) - rho_j(ji,jj,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
925               ! add to the general momentum trend
926               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
927               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
928            END DO
929         END DO
930      END DO
931      !
932      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
933      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
934      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
935      !
936   END SUBROUTINE hpg_djc
937
938
939   SUBROUTINE hpg_prj( kt )
940      !!---------------------------------------------------------------------
941      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
942      !!
943      !! ** Method  :   s-coordinate case.
944      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
945      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
946      !!      all vertical coordinate systems
947      !!
948      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
949      !!----------------------------------------------------------------------
950      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
951      INTEGER, INTENT(in) ::   kt                   ! ocean time-step index
952      !!
953      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
954      REAL(wp) ::   zcoef0, znad                    ! temporary scalars
955      !!
956      !! The local variables for the correction term
957      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
958      REAL(wp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
959      REAL(wp) :: zrhdt1
960      REAL(wp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
961      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zdept, zrhh
962      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp
963      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::   zsshu_n, zsshv_n
964      !!----------------------------------------------------------------------
965      !
966      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
967      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zdept, zrhh )
968      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zsshu_n, zsshv_n )
969      !
970      IF( kt == nit000 ) THEN
971         IF(lwp) WRITE(numout,*)
972         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
973         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
974      ENDIF
975
976      !!----------------------------------------------------------------------
977      ! Local constant initialization
978      zcoef0 = - grav
979      znad = 0.0_wp
980      IF( lk_vvl ) znad = 1._wp
981
982      ! Clean 3-D work arrays
983      zhpi(:,:,:) = 0._wp
984      zrhh(:,:,:) = rhd(:,:,:)
985
986      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
987      DO jj = 1, jpj
988        DO ji = 1, jpi
989          jk = mbathy(ji,jj)
990          IF( jk <= 0 ) THEN; zrhh(ji,jj,:) = 0._wp
991          ELSE IF(jk == 1) THEN; zrhh(ji,jj, jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
992          ELSE IF(jk < jpkm1) THEN
993             DO jkk = jk+1, jpk
994                zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(fsde3w(ji,jj,jkk),   fsde3w(ji,jj,jkk-1), &
995                                         fsde3w(ji,jj,jkk-2), rhd(ji,jj,jkk-1), rhd(ji,jj,jkk-2))
996             END DO
997          ENDIF
998        END DO
999      END DO
1000
1001      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1002      DO jj = 1, jpj
1003         DO ji = 1, jpi
1004            zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * fse3w(ji,jj,1) - sshn(ji,jj) * znad
1005         END DO
1006      END DO
1007
1008      DO jk = 2, jpk
1009         DO jj = 1, jpj
1010            DO ji = 1, jpi
1011               zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + fse3w(ji,jj,jk)
1012            END DO
1013         END DO
1014      END DO
1015
1016      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1017      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1018
1019      ! Construct the vertical density profile with the
1020      ! constrained cubic spline interpolation
1021      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1022      CALL cspline(fsp,xsp,asp,bsp,csp,dsp,polynomial_type)
1023
1024      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1025      DO jj = 2, jpj
1026        DO ji = 2, jpi
1027          zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3(zdept(ji,jj,1),asp(ji,jj,1), &
1028                                         bsp(ji,jj,1),   csp(ji,jj,1), &
1029                                         dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * fse3w(ji,jj,1)
1030
1031          ! assuming linear profile across the top half surface layer
1032          zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * fse3w(ji,jj,1) * zrhdt1
1033        END DO
1034      END DO
1035
1036      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1037      DO jk = 2, jpkm1
1038        DO jj = 2, jpj
1039          DO ji = 2, jpi
1040            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                          &
1041                             integ_spline(zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),&
1042                                    asp(ji,jj,jk-1),    bsp(ji,jj,jk-1), &
1043                                    csp(ji,jj,jk-1),    dsp(ji,jj,jk-1))
1044          END DO
1045        END DO
1046      END DO
1047
1048      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1049
1050      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1051      DO jj = 2, jpjm1
1052        DO ji = 2, jpim1
1053          zsshu_n(ji,jj) = (e12u(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e12u(ji+1, jj) * sshn(ji+1,jj)) * &
1054                         & r1_e12u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1055          zsshv_n(ji,jj) = (e12v(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e12v(ji+1, jj) * sshn(ji,jj+1)) * &
1056                         & r1_e12v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1057        END DO
1058      END DO
1059
1060      DO jj = 2, jpjm1
1061        DO ji = 2, jpim1
1062          zu(ji,jj,1) = - ( fse3u(ji,jj,1) - zsshu_n(ji,jj) * znad) 
1063          zv(ji,jj,1) = - ( fse3v(ji,jj,1) - zsshv_n(ji,jj) * znad)
1064        END DO
1065      END DO
1066
1067      DO jk = 2, jpkm1
1068        DO jj = 2, jpjm1
1069          DO ji = 2, jpim1
1070            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1)- fse3u(ji,jj,jk)
1071            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1)- fse3v(ji,jj,jk)
1072          END DO
1073        END DO
1074      END DO
1075
1076      DO jk = 1, jpkm1
1077        DO jj = 2, jpjm1
1078          DO ji = 2, jpim1
1079            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * fse3u(ji,jj,jk)
1080            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * fse3v(ji,jj,jk)
1081          END DO
1082        END DO
1083      END DO
1084
1085      DO jk = 1, jpkm1
1086        DO jj = 2, jpjm1
1087          DO ji = 2, jpim1
1088            zu(ji,jj,jk) = min(zu(ji,jj,jk), max(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji+1,jj,jk)))
1089            zu(ji,jj,jk) = max(zu(ji,jj,jk), min(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji+1,jj,jk)))
1090            zv(ji,jj,jk) = min(zv(ji,jj,jk), max(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji,jj+1,jk)))
1091            zv(ji,jj,jk) = max(zv(ji,jj,jk), min(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji,jj+1,jk)))
1092          END DO
1093        END DO
1094      END DO
1095
1096
1097      DO jk = 1, jpkm1
1098        DO jj = 2, jpjm1
1099          DO ji = 2, jpim1
1100            zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1101            zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1102            zuijk = zu(ji,jj,jk)
1103            zvijk = zv(ji,jj,jk)
1104
1105            !!!!!     for u equation
1106            IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1107               IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1108                 jis = ji + 1; jid = ji
1109               ELSE
1110                 jis = ji;     jid = ji +1
1111               ENDIF
1112
1113               ! integrate the pressure on the shallow side
1114               jk1 = jk
1115               DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1116                 IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1117                   zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1118                   EXIT
1119                 ENDIF
1120                 zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1121                 zpwes = zpwes +                                    &
1122                      integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1123                             asp(jis,jj,jk1),    bsp(jis,jj,jk1), &
1124                             csp(jis,jj,jk1),    dsp(jis,jj,jk1))
1125                 jk1 = jk1 + 1
1126               END DO
1127
1128               ! integrate the pressure on the deep side
1129               jk1 = jk
1130               DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1131                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1132                   zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, sshn(jid,jj)*znad)
1133                   zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1134                                                     bsp(jid,jj,1),   csp(jid,jj,1), &
1135                                                     dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1136                   zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1137                   EXIT
1138                 ENDIF
1139                 zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1140                 zpwed = zpwed +                                        &
1141                        integ_spline(zdeps,              zdept(jid,jj,jk1), &
1142                               asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1143                               csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1144                 jk1 = jk1 - 1
1145               END DO
1146
1147               ! update the momentum trends in u direction
1148
1149               zdpdx1 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * (zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
1150               IF( lk_vvl ) THEN
1151                 zdpdx2 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * &
1152                         ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (sshn(ji+1,jj)-sshn(ji,jj)) )
1153                ELSE
1154                 zdpdx2 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1155               ENDIF
1156
1157               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + (zdpdx1 + zdpdx2) * &
1158               &           umask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk) * tmask(ji+1,jj,jk)
1159            ENDIF
1160
1161            !!!!!     for v equation
1162            IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
1163               IF( -zdept(ji,jj+1,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1164                 jjs = jj + 1; jjd = jj
1165               ELSE
1166                 jjs = jj    ; jjd = jj + 1
1167               ENDIF
1168
1169               ! integrate the pressure on the shallow side
1170               jk1 = jk
1171               DO WHILE ( -zdept(ji,jjs,jk1) > zvijk )
1172                 IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
1173                   zvijk = -zdept(ji,jjs,jk1)
1174                   EXIT
1175                 ENDIF
1176                 zdeps = MIN(zdept(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
1177                 zpnss = zpnss +                                      &
1178                        integ_spline(zdept(ji,jjs,jk1), zdeps,            &
1179                               asp(ji,jjs,jk1),    bsp(ji,jjs,jk1), &
1180                               csp(ji,jjs,jk1),    dsp(ji,jjs,jk1) )
1181                 jk1 = jk1 + 1
1182               END DO
1183
1184               ! integrate the pressure on the deep side
1185               jk1 = jk
1186               DO WHILE ( -zdept(ji,jjd,jk1) < zvijk )
1187                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1188                   zdeps = zdept(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, sshn(ji,jjd)*znad)
1189                   zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdept(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
1190                                                     bsp(ji,jjd,1),   csp(ji,jjd,1), &
1191                                                     dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
1192                   zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
1193                   EXIT
1194                 ENDIF
1195                 zdeps = MAX(zdept(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
1196                 zpnsd = zpnsd +                                        &
1197                        integ_spline(zdeps,              zdept(ji,jjd,jk1), &
1198                               asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1), &
1199                               csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
1200                 jk1 = jk1 - 1
1201               END DO
1202
1203
1204               ! update the momentum trends in v direction
1205
1206               zdpdy1 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * (zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
1207               IF( lk_vvl ) THEN
1208                   zdpdy2 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * &
1209                           ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (sshn(ji,jj+1)-sshn(ji,jj)) )
1210               ELSE
1211                   zdpdy2 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1212               ENDIF
1213
1214               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + (zdpdy1 + zdpdy2)*&
1215               &              vmask(ji,jj,jk)*tmask(ji,jj,jk)*tmask(ji,jj+1,jk)
1216            ENDIF
1217
1218
1219           END DO
1220        END DO
1221      END DO
1222      !
1223      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
1224      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zdept, zrhh )
1225      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zsshu_n, zsshv_n )
1226      !
1227   END SUBROUTINE hpg_prj
1228
1229
1230   SUBROUTINE cspline(fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type)
1231      !!----------------------------------------------------------------------
1232      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1233      !!
1234      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1235      !!
1236      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1237      !!
1238      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1239      !!----------------------------------------------------------------------
1240      IMPLICIT NONE
1241      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  :: fsp, xsp           ! value and coordinate
1242      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(out) :: asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of
1243                                                                    ! the interpoated function
1244      INTEGER, INTENT(in) :: polynomial_type                        ! 1: cubic spline
1245                                                                    ! 2: Linear
1246      !
1247      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1248      INTEGER  ::   jpi, jpj, jpkm1
1249      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1250      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1251      REAL(wp) ::   zdf(size(fsp,3))
1252      !!----------------------------------------------------------------------
1253
1254      jpi   = size(fsp,1)
1255      jpj   = size(fsp,2)
1256      jpkm1 = size(fsp,3) - 1
1257
1258
1259      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1260         DO ji = 1, jpi
1261            DO jj = 1, jpj
1262           !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1263           !    DO jk = 2, jpkm1-1
1264           !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1265           !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1266           !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1267           !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1268           !
1269           !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1270           !
1271           !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1272           !           zdf(jk) = 0._wp
1273           !       ELSE
1274           !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1275           !       ENDIF
1276           !    END DO
1277
1278           !!Simply geometric average
1279               DO jk = 2, jpkm1-1
1280                  zdf1 = (fsp(ji,jj,jk) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk-1))
1281                  zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk))
1282
1283                  IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1284                     zdf(jk) = 0._wp
1285                  ELSE
1286                     zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1287                  ENDIF
1288               END DO
1289
1290               zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1291                          &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) ) -  0.5_wp * zdf(2)
1292               zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1293                          &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - &
1294                          & 0.5_wp * zdf(jpkm1 - 1)
1295
1296               DO jk = 1, jpkm1 - 1
1297                 zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1298                 ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1299                 ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1300                 zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1301                 ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1302                 zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1303
1304                 dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1305                 csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1306                 bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1307                               & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1308                               & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1309                               &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1310                 asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1311                               &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1312                               &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1313               END DO
1314            END DO
1315         END DO
1316
1317      ELSE IF (polynomial_type == 2) THEN     ! Linear
1318         DO ji = 1, jpi
1319            DO jj = 1, jpj
1320               DO jk = 1, jpkm1-1
1321                  zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1322                  ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1323
1324                  dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1325                  csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1326                  bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1327                  asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1328               END DO
1329            END DO
1330         END DO
1331
1332      ELSE
1333           CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1334      ENDIF
1335
1336   END SUBROUTINE cspline
1337
1338
1339   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1340      !!----------------------------------------------------------------------
1341      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1342      !!
1343      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1344      !!
1345      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1346      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1347      !!----------------------------------------------------------------------
1348      IMPLICIT NONE
1349      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1350      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1351      REAL(wp)             ::  zdeltx
1352      !!----------------------------------------------------------------------
1353
1354      zdeltx = xr - xl
1355      IF(abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x)) THEN
1356        f = 0.5_wp * (fl + fr)
1357      ELSE
1358        f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1359      ENDIF
1360
1361   END FUNCTION interp1
1362
1363
1364   FUNCTION interp2(x, a, b, c, d)  RESULT(f)
1365      !!----------------------------------------------------------------------
1366      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1367      !!
1368      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1369      !!
1370      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1371      !!
1372      !!----------------------------------------------------------------------
1373      IMPLICIT NONE
1374      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1375      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1376      !!----------------------------------------------------------------------
1377
1378      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1379
1380   END FUNCTION interp2
1381
1382
1383   FUNCTION interp3(x, a, b, c, d)  RESULT(f)
1384      !!----------------------------------------------------------------------
1385      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1386      !!
1387      !! ** Purpose :   Calculate the first order of deriavtive of
1388      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1389      !!
1390      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1391      !!
1392      !!----------------------------------------------------------------------
1393      IMPLICIT NONE
1394      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1395      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1396      !!----------------------------------------------------------------------
1397
1398      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1399
1400   END FUNCTION interp3
1401
1402
1403   FUNCTION integ_spline(xl, xr, a, b, c, d)  RESULT(f)
1404      !!----------------------------------------------------------------------
1405      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1406      !!
1407      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1408      !!
1409      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1410      !!
1411      !!----------------------------------------------------------------------
1412      IMPLICIT NONE
1413      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1414      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3
1415      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1416      !!----------------------------------------------------------------------
1417
1418      za1 = 0.5_wp * b
1419      za2 = c / 3.0_wp
1420      za3 = 0.25_wp * d
1421
1422      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1423         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1424
1425   END FUNCTION integ_spline
1426
1427   SUBROUTINE hpg_namelist()
1428     !!---------------------------------------------------------------------
1429     !!                   ***  ROUTINE hpg_namelist  ***
1430     !!                     
1431     !! ** Purpose :   Broadcast namelist variables read by procesor lwm
1432     !!
1433     !! ** Method  :   use lib_mpp
1434     !!----------------------------------------------------------------------
1435#if defined key_mpp_mpi
1436      CALL mpp_bcast(ln_hpg_zco)
1437      CALL mpp_bcast(ln_hpg_zps)
1438      CALL mpp_bcast(ln_hpg_sco)
1439      CALL mpp_bcast(ln_hpg_djc)
1440      CALL mpp_bcast(ln_hpg_prj)
1441      CALL mpp_bcast(ln_hpg_isf)
1442      CALL mpp_bcast(ln_dynhpg_imp)
1443#endif
1444   END SUBROUTINE hpg_namelist
1445
1446   !!======================================================================
1447END MODULE dynhpg
1448
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.