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 @ 9383

Last change on this file since 9383 was 9383, checked in by andmirek, 6 years ago

#2050 fixes and changes

File size: 70.8 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      CONTINUE
142      ENDIF
143      call mpp_bcast(ios)
144      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in reference namelist', lwp )
145      IF(lwm) THEN
146         REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namdyn_hpg in configuration namelist : Hydrostatic pressure gradient
147         READ  ( numnam_cfg, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
148902      CONTINUE
149      ENDIF
150      call mpp_bcast(ios)
151      IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in configuration namelist', lwp )
152
153      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_hpg )
154      !
155      CALL hpg_namelist()
156
157      IF(lwp) THEN                   ! Control print
158         WRITE(numout,*)
159         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
160         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
161         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
162         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
163         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
164         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
165         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation) for isf  ln_hpg_isf    = ', ln_hpg_isf
166         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
167         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
168         WRITE(numout,*) '      time stepping: centered (F) or semi-implicit (T)  ln_dynhpg_imp = ', ln_dynhpg_imp
169      ENDIF
170      !
171      IF( ln_hpg_djc )   &
172         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : Density Jacobian: Cubic polynominal method &
173                           & currently disabled (bugs under investigation). Please select &
174                           & either  ln_hpg_sco or  ln_hpg_prj instead')
175      !
176      IF( lk_vvl .AND. .NOT. (ln_hpg_sco.OR.ln_hpg_prj.OR.ln_hpg_isf) )   &
177         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : variable volume key_vvl requires:&
178                           & the standard jacobian formulation hpg_sco or &
179                           & the pressure jacobian formulation hpg_prj')
180
181      IF(       ln_hpg_isf .AND. .NOT. ln_isfcav )   &
182         &   CALL ctl_stop( ' hpg_isf not available if ln_isfcav = false ' )
183      IF( .NOT. ln_hpg_isf .AND.       ln_isfcav )   &
184         &   CALL ctl_stop( 'Only hpg_isf has been corrected to work with ice shelf cavity.' )
185      !
186      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags
187      IF( ln_hpg_zco )   nhpg = 0
188      IF( ln_hpg_zps )   nhpg = 1
189      IF( ln_hpg_sco )   nhpg = 2
190      IF( ln_hpg_djc )   nhpg = 3
191      IF( ln_hpg_prj )   nhpg = 4
192      IF( ln_hpg_isf )   nhpg = 5
193      !
194      !                               ! Consistency check
195      ioptio = 0
196      IF( ln_hpg_zco )   ioptio = ioptio + 1
197      IF( ln_hpg_zps )   ioptio = ioptio + 1
198      IF( ln_hpg_sco )   ioptio = ioptio + 1
199      IF( ln_hpg_djc )   ioptio = ioptio + 1
200      IF( ln_hpg_prj )   ioptio = ioptio + 1
201      IF( ln_hpg_isf )   ioptio = ioptio + 1
202      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
203      !
204      ! initialisation of ice load
205      riceload(:,:)=0.0
206      !
207   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
208
209
210   SUBROUTINE hpg_zco( kt )
211      !!---------------------------------------------------------------------
212      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
213      !!
214      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
215      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
216      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
217      !!      density gradient along the model level from the suface to that
218      !!      level:    zhpi = grav .....
219      !!                zhpj = grav .....
220      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
221      !!            ua = ua - 1/e1u * zhpi
222      !!            va = va - 1/e2v * zhpj
223      !!
224      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
225      !!----------------------------------------------------------------------
226      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
227      !!
228      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
229      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
230      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
231      !!----------------------------------------------------------------------
232      !
233      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
234      !
235      IF( kt == nit000 ) THEN
236         IF(lwp) WRITE(numout,*)
237         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
238         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
239      ENDIF
240
241      zcoef0 = - grav * 0.5_wp      ! Local constant initialization
242
243      ! Surface value
244      DO jj = 2, jpjm1
245         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
246            zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,1)
247            ! hydrostatic pressure gradient
248            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
249            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
250            ! add to the general momentum trend
251            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
252            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
253         END DO
254      END DO
255
256      !
257      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
258      DO jk = 2, jpkm1
259         DO jj = 2, jpjm1
260            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
261               zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,jk)
262               ! hydrostatic pressure gradient
263               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
264                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
265                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
266
267               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
268                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
269                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
270               ! add to the general momentum trend
271               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
272               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
273            END DO
274         END DO
275      END DO
276      !
277      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
278      !
279   END SUBROUTINE hpg_zco
280
281
282   SUBROUTINE hpg_zps( kt )
283      !!---------------------------------------------------------------------
284      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
285      !!
286      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
287      !!
288      !! ** Action  : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
289      !!----------------------------------------------------------------------
290      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
291      !!
292      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
293      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
294      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
295      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
296      !!----------------------------------------------------------------------
297      !
298      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
299      !
300      IF( kt == nit000 ) THEN
301         IF(lwp) WRITE(numout,*)
302         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
303         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
304      ENDIF
305
306
307      ! Local constant initialization
308      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
309
310      !  Surface value (also valid in partial step case)
311      DO jj = 2, jpjm1
312         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
313            zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,1)
314            ! hydrostatic pressure gradient
315            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
316            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
317            ! add to the general momentum trend
318            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
319            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
320         END DO
321      END DO
322
323
324      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
325      DO jk = 2, jpkm1
326         DO jj = 2, jpjm1
327            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
328               zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,jk)
329               ! hydrostatic pressure gradient
330               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
331                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
332                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
333
334               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
335                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
336                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
337               ! add to the general momentum trend
338               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
339               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
340            END DO
341         END DO
342      END DO
343
344
345      ! partial steps correction at the last level  (use gru & grv computed in zpshde.F90)
346      DO jj = 2, jpjm1
347         DO ji = 2, jpim1
348            iku = mbku(ji,jj)
349            ikv = mbkv(ji,jj)
350            zcoef2 = zcoef0 * MIN( fse3w(ji,jj,iku), fse3w(ji+1,jj  ,iku) )
351            zcoef3 = zcoef0 * MIN( fse3w(ji,jj,ikv), fse3w(ji  ,jj+1,ikv) )
352            IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
353               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
354               zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
355                  &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + gru(ji,jj) ) / e1u(ji,jj)
356               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
357            ENDIF
358            IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
359               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
360               zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
361                  &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + grv(ji,jj) ) / e2v(ji,jj)
362               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
363            ENDIF
364         END DO
365      END DO
366      !
367      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
368      !
369   END SUBROUTINE hpg_zps
370
371   SUBROUTINE hpg_sco( kt )
372      !!---------------------------------------------------------------------
373      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
374      !!
375      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
376      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
377      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
378      !!      density gradient along the model level from the suface to that
379      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
380      !!      to the horizontal pressure gradient :
381      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
382      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
383      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
384      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
385      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
386      !!
387      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
388      !!----------------------------------------------------------------------
389      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
390      !!
391      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
392      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad   ! temporary scalars
393      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
394      !!----------------------------------------------------------------------
395      !
396      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
397      !
398      IF( kt == nit000 ) THEN
399         IF(lwp) WRITE(numout,*)
400         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
401         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
402      ENDIF
403
404      ! Local constant initialization
405      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
406      ! To use density and not density anomaly
407      IF ( lk_vvl ) THEN   ;     znad = 1._wp          ! Variable volume
408      ELSE                 ;     znad = 0._wp         ! Fixed volume
409      ENDIF
410
411      ! Surface value
412      DO jj = 2, jpjm1
413         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
414            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
415            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( fse3w(ji+1,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji+1,jj  ,1) )   &
416               &                                  - fse3w(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) ) )
417            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( fse3w(ji  ,jj+1,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj+1,1) )   &
418               &                                  - fse3w(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) ) )
419            ! s-coordinate pressure gradient correction
420            zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
421               &           * ( fsde3w(ji+1,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
422            zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
423               &           * ( fsde3w(ji,jj+1,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
424            ! add to the general momentum trend
425            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
426            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
427         END DO
428      END DO
429
430      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
431      DO jk = 2, jpkm1
432         DO jj = 2, jpjm1
433            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
434               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
435               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
436                  &           * (  fse3w(ji+1,jj,jk) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad )   &
437                  &              - fse3w(ji  ,jj,jk) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad )  )
438               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
439                  &           * (  fse3w(ji,jj+1,jk) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad )   &
440                  &              - fse3w(ji,jj  ,jk) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad )  )
441               ! s-coordinate pressure gradient correction
442               zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
443                  &           * ( fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
444               zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
445                  &           * ( fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
446               ! add to the general momentum trend
447               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
448               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
449            END DO
450         END DO
451      END DO
452      !
453      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
454      !
455   END SUBROUTINE hpg_sco
456
457   SUBROUTINE hpg_isf( kt )
458      !!---------------------------------------------------------------------
459      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
460      !!
461      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
462      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
463      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
464      !!      density gradient along the model level from the suface to that
465      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
466      !!      to the horizontal pressure gradient :
467      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
468      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
469      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
470      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
471      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
472      !!      iceload is added and partial cell case are added to the top and bottom
473      !!     
474      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
475      !!----------------------------------------------------------------------
476      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
477      !!
478      INTEGER  ::   ji, jj, jk, iku, ikv, ikt, iktp1i, iktp1j                 ! dummy loop indices
479      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad, ze3wu, ze3wv, zuapint, zvapint, zhpjint, zhpiint, zdzwt, zdzwtjp1, zdzwtip1             ! temporary scalars
480      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  zhpi, zhpj, zrhd
481      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  ztstop
482      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)     ::  ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj
483      !!----------------------------------------------------------------------
484      !
485      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, 2, ztstop) 
486      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj, zrhd)
487      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj) 
488      !
489     IF( kt == nit000 ) THEN
490         IF(lwp) WRITE(numout,*)
491         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_isf : hydrostatic pressure gradient trend for ice shelf'
492         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
493      ENDIF
494
495      ! Local constant initialization
496      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
497      ! To use density and not density anomaly
498!      IF ( lk_vvl ) THEN   ;     znad = 1._wp          ! Variable volume
499!      ELSE                 ;     znad = 0._wp         ! Fixed volume
500!      ENDIF
501      znad=1._wp
502      ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
503      zhpi(:,:,:)=0._wp ; zhpj(:,:,:)=0._wp
504
505!==================================================================================     
506!=====Compute iceload and contribution of the half first wet layer =================
507!===================================================================================
508
509      ! assume water displaced by the ice shelf is at T=-1.9 and S=34.4 (rude)
510      ztstop(:,:,1)=-1.9_wp ; ztstop(:,:,2)=34.4_wp
511
512      ! compute density of the water displaced by the ice shelf
513      zrhd = rhd ! save rhd
514      DO jk = 1, jpk
515           zdept(:,:)=gdept_1d(jk)
516           CALL eos(ztstop(:,:,:),zdept(:,:),rhd(:,:,jk))
517      END DO
518      WHERE ( tmask(:,:,:) == 1._wp)
519        rhd(:,:,:) = zrhd(:,:,:) ! replace wet cell by the saved rhd
520      END WHERE
521     
522      ! compute rhd at the ice/oce interface (ice shelf side)
523      CALL eos(ztstop,risfdep,zrhdtop_isf)
524
525      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
526      DO ji=1,jpi
527        DO jj=1,jpj
528          ikt=mikt(ji,jj)
529          ztstop(ji,jj,1)=tsn(ji,jj,ikt,1)
530          ztstop(ji,jj,2)=tsn(ji,jj,ikt,2)
531        END DO
532      END DO
533      CALL eos(ztstop,risfdep,zrhdtop_oce)
534      !
535      ! Surface value + ice shelf gradient
536      ! compute pressure due to ice shelf load (used to compute hpgi/j for all the level from 1 to miku/v)
537      ziceload = 0._wp
538      DO jj = 1, jpj
539         DO ji = 1, jpi   ! vector opt.
540            ikt=mikt(ji,jj)
541            ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (znad + rhd(ji,jj,1) ) * fse3w(ji,jj,1) * (1._wp - tmask(ji,jj,1))
542            DO jk=2,ikt-1
543               ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + rhd(ji,jj,jk-1) + rhd(ji,jj,jk)) * fse3w(ji,jj,jk) &
544                  &                              * (1._wp - tmask(ji,jj,jk))
545            END DO
546            IF (ikt .GE. 2) ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + zrhdtop_isf(ji,jj) + rhd(ji,jj,ikt-1)) &
547                               &                              * ( risfdep(ji,jj) - gdept_1d(ikt-1) )
548         END DO
549      END DO
550      riceload(:,:) = 0.0_wp ; riceload(:,:)=ziceload(:,:)  ! need to be saved for diaar5
551      ! compute zp from z=0 to first T wet point (correction due to zps not yet applied)
552      DO jj = 2, jpjm1
553         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
554            ikt=mikt(ji,jj) ; iktp1i=mikt(ji+1,jj); iktp1j=mikt(ji,jj+1)
555            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
556            ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
557            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( 0.5_wp * fse3w(ji+1,jj  ,iktp1i)                                    &
558               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji+1,jj  ,iktp1i) + zrhdtop_oce(ji+1,jj  ) )   &
559               &                                  - 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj  ,ikt   )                                    &
560               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj  ,ikt   ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj  ) )   &
561               &                                  + ( ziceload(ji+1,jj) - ziceload(ji,jj))                              ) 
562            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj+1,iktp1j)                                    &
563               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj+1,iktp1j) + zrhdtop_oce(ji  ,jj+1) )   &
564               &                                  - 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj  ,ikt   )                                    & 
565               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj  ,ikt   ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj  ) )   &
566               &                                  + ( ziceload(ji,jj+1) - ziceload(ji,jj) )                             ) 
567            ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
568            zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
569               &           * ( fsde3w(ji+1,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
570            zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
571               &           * ( fsde3w(ji,jj+1,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
572            ! add to the general momentum trend
573            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
574            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
575         END DO
576      END DO
577!==================================================================================     
578!===== Compute partial cell contribution for the top cell =========================
579!==================================================================================
580      DO jj = 2, jpjm1
581         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
582            iku = miku(ji,jj) ; 
583            zpshpi(ji,jj)=0.0_wp ; zpshpj(ji,jj)=0.0_wp
584            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))
585            ! u direction
586            IF ( iku .GT. 1 ) THEN
587               ! case iku
588               zhpi(ji,jj,iku)   =  zcoef0 / e1u(ji,jj) * ze3wu                                            &
589                      &                                 * ( rhd    (ji+1,jj,iku) + rhd   (ji,jj,iku)       &
590                      &                                   + SIGN(1._wp,ze3wu) * grui(ji,jj) + 2._wp * znad )
591               ! corrective term ( = 0 if z coordinate )
592               zuap              = -zcoef0 * ( arui(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzui(ji,jj) / e1u(ji,jj)
593               ! zhpi will be added in interior loop
594               ua(ji,jj,iku)     = ua(ji,jj,iku) + zuap
595               ! in case of 2 cell water column, need to save the pressure gradient to compute the bottom pressure 
596               IF (mbku(ji,jj) == iku + 1) zpshpi(ji,jj)  = zhpi(ji,jj,iku)
597
598               ! case iku + 1 (remove the zphi term added in the interior loop and compute the one corrected for zps)
599               zhpiint        =  zcoef0 / e1u(ji,jj)                                                               &   
600                  &           * (  fse3w(ji+1,jj  ,iku+1) * ( (rhd(ji+1,jj,iku+1) + znad)                          &
601                  &                                         + (rhd(ji+1,jj,iku  ) + znad) ) * tmask(ji+1,jj,iku)   &
602                  &              - fse3w(ji  ,jj  ,iku+1) * ( (rhd(ji  ,jj,iku+1) + znad)                          &
603                  &                                         + (rhd(ji  ,jj,iku  ) + znad) ) * tmask(ji  ,jj,iku)   )
604               zhpi(ji,jj,iku+1) =  zcoef0 / e1u(ji,jj) * ge3rui(ji,jj) - zhpiint 
605            END IF
606               
607            ! v direction
608            ikv = mikv(ji,jj)
609            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))
610            IF ( ikv .GT. 1 ) THEN
611               ! case ikv
612               zhpj(ji,jj,ikv)   =  zcoef0 / e2v(ji,jj) * ze3wv                                            &
613                     &                                  * ( rhd(ji,jj+1,ikv) + rhd   (ji,jj,ikv)           &
614                     &                                    + SIGN(1._wp,ze3wv) * grvi(ji,jj) + 2._wp * znad )
615               ! corrective term ( = 0 if z coordinate )
616               zvap              = -zcoef0 * ( arvi(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzvi(ji,jj) / e2v(ji,jj)
617               ! zhpi will be added in interior loop
618               va(ji,jj,ikv)      = va(ji,jj,ikv) + zvap
619               ! in case of 2 cell water column, need to save the pressure gradient to compute the bottom pressure 
620               IF (mbkv(ji,jj) == ikv + 1)  zpshpj(ji,jj)  =  zhpj(ji,jj,ikv) 
621               
622               ! case ikv + 1 (remove the zphj term added in the interior loop and compute the one corrected for zps)
623               zhpjint        =  zcoef0 / e2v(ji,jj)                                                              &
624                  &           * (  fse3w(ji  ,jj+1,ikv+1) * ( (rhd(ji,jj+1,ikv+1) + znad)                         &
625                  &                                       + (rhd(ji,jj+1,ikv  ) + znad) ) * tmask(ji,jj+1,ikv)    &
626                  &              - fse3w(ji  ,jj  ,ikv+1) * ( (rhd(ji,jj  ,ikv+1) + znad)                         &
627                  &                                       + (rhd(ji,jj  ,ikv  ) + znad) ) * tmask(ji,jj  ,ikv)  )
628               zhpj(ji,jj,ikv+1) =  zcoef0 / e2v(ji,jj) * ge3rvi(ji,jj) - zhpjint
629            END IF
630         END DO
631      END DO
632
633!==================================================================================     
634!===== Compute interior value =====================================================
635!==================================================================================
636
637      DO jj = 2, jpjm1
638         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
639            iku=miku(ji,jj); ikv=mikv(ji,jj)
640            DO jk = 2, jpkm1
641               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
642               ! zhpi is masked for the first wet cell  (contribution already done in the upper bloc)
643               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk-1)                                                              &
644                  &                            + zcoef0 / e1u(ji,jj)                                                           &
645                  &                                     * ( fse3w(ji+1,jj  ,jk) * ( (rhd(ji+1,jj,jk  ) + znad)                 &
646                  &                                                     + (rhd(ji+1,jj,jk-1) + znad) ) * tmask(ji+1,jj,jk-1)   &
647                  &                                       - fse3w(ji  ,jj  ,jk) * ( (rhd(ji  ,jj,jk  ) + znad)                 &
648                  &                                                     + (rhd(ji  ,jj,jk-1) + znad) ) * tmask(ji  ,jj,jk-1)   ) 
649               ! s-coordinate pressure gradient correction
650               ! corrective term, we mask this term for the first wet level beneath the ice shelf (contribution done in the upper bloc)
651               zuap = - zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )                    &
652                  &            * ( fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj) * umask(ji,jj,jk-1)
653               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + ( zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
654
655               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
656               ! zhpi is masked for the first wet cell  (contribution already done in the upper bloc)
657               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk-1)                                                              &
658                  &                            + zcoef0 / e2v(ji,jj)                                                           &
659                  &                                     * ( fse3w(ji  ,jj+1,jk) * ( (rhd(ji,jj+1,jk  ) + znad)                 &
660                  &                                                     + (rhd(ji,jj+1,jk-1) + znad) ) * tmask(ji,jj+1,jk-1)   &
661                  &                                       - fse3w(ji  ,jj  ,jk) * ( (rhd(ji,jj  ,jk  ) + znad)                 &
662                  &                                                     + (rhd(ji,jj  ,jk-1) + znad) ) * tmask(ji,jj  ,jk-1)   )
663               ! s-coordinate pressure gradient correction
664               ! corrective term, we mask this term for the first wet level beneath the ice shelf (contribution done in the upper bloc)
665               zvap = - zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )                     &
666                  &            * ( fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,jk-1)
667               ! add to the general momentum trend
668               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + ( zhpj(ji,jj,jk) + zvap ) * vmask(ji,jj,jk)
669            END DO
670         END DO
671      END DO
672
673!==================================================================================     
674!===== Compute bottom cell contribution (partial cell) ============================
675!==================================================================================
676
677      DO jj = 2, jpjm1
678         DO ji = 2, jpim1
679            iku = mbku(ji,jj)
680            ikv = mbkv(ji,jj)
681
682            IF (iku .GT. 1) THEN
683               ! remove old value (interior case)
684               zuap            = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,iku) + rhd   (ji,jj,iku) + 2._wp * znad )   &
685                     &                   * ( fsde3w(ji+1,jj  ,iku) - fsde3w(ji,jj,iku) ) / e1u(ji,jj)
686               ua(ji,jj,iku)   = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku) - zuap
687               ! put new value
688               ! -zpshpi to avoid double contribution of the partial step in the top layer
689               zuap            = -zcoef0 * ( aru(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzu(ji,jj)  / e1u(ji,jj)
690               zhpi(ji,jj,iku) =  zhpi(ji,jj,iku-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj) * ge3ru(ji,jj) - zpshpi(ji,jj) 
691               ua(ji,jj,iku)   =  ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku) + zuap
692            END IF
693            ! v direction
694            IF (ikv .GT. 1) THEN
695               ! remove old value (interior case)
696               zvap            = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,ikv) + rhd   (ji,jj,ikv) + 2._wp * znad )   &
697                     &                   * ( fsde3w(ji  ,jj+1,ikv) - fsde3w(ji,jj,ikv) )   / e2v(ji,jj)
698               va(ji,jj,ikv)   = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv) - zvap
699               ! put new value
700               ! -zpshpj to avoid double contribution of the partial step in the top layer
701               zvap            = -zcoef0 * ( arv(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzv(ji,jj)     / e2v(ji,jj)
702               zhpj(ji,jj,ikv) =  zhpj(ji,jj,ikv-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj) * ge3rv(ji,jj) - zpshpj(ji,jj)   
703               va(ji,jj,ikv)   =  va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv) + zvap
704            END IF
705         END DO
706      END DO
707     
708      ! set back to original density value into the ice shelf cell (maybe useless because it is masked)
709      rhd = zrhd
710      !
711      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,2, ztstop)
712      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj, zrhd)
713      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj)
714      !
715   END SUBROUTINE hpg_isf
716
717
718   SUBROUTINE hpg_djc( kt )
719      !!---------------------------------------------------------------------
720      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
721      !!
722      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
723      !!
724      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
725      !!----------------------------------------------------------------------
726      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
727      !!
728      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
729      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
730      REAL(wp) ::   z1_10, cffu, cffx   !    "         "
731      REAL(wp) ::   z1_12, cffv, cffy   !    "         "
732      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
733      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  dzx, dzy, dzz, dzu, dzv, dzw
734      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow
735      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  rho_i, rho_j, rho_k
736      !!----------------------------------------------------------------------
737      !
738      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
739      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
740      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
741      !
742
743      IF( kt == nit000 ) THEN
744         IF(lwp) WRITE(numout,*)
745         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
746         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
747      ENDIF
748
749      ! Local constant initialization
750      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
751      z1_10  = 1._wp / 10._wp
752      z1_12  = 1._wp / 12._wp
753
754      !----------------------------------------------------------------------------------------
755      !  compute and store in provisional arrays elementary vertical and horizontal differences
756      !----------------------------------------------------------------------------------------
757
758!!bug gm   Not a true bug, but... dzz=e3w  for dzx, dzy verify what it is really
759
760      DO jk = 2, jpkm1
761         DO jj = 2, jpjm1
762            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
763               drhoz(ji,jj,jk) = rhd   (ji  ,jj  ,jk) - rhd   (ji,jj,jk-1)
764               dzz  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji  ,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1)
765               drhox(ji,jj,jk) = rhd   (ji+1,jj  ,jk) - rhd   (ji,jj,jk  )
766               dzx  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk  )
767               drhoy(ji,jj,jk) = rhd   (ji  ,jj+1,jk) - rhd   (ji,jj,jk  )
768               dzy  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk  )
769            END DO
770         END DO
771      END DO
772
773      !-------------------------------------------------------------------------
774      ! compute harmonic averages using eq. 5.18
775      !-------------------------------------------------------------------------
776      zep = 1.e-15
777
778!!bug  gm  drhoz not defined at level 1 and used (jk-1 with jk=2)
779!!bug  gm  idem for drhox, drhoy et ji=jpi and jj=jpj
780
781      DO jk = 2, jpkm1
782         DO jj = 2, jpjm1
783            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
784               cffw = 2._wp * drhoz(ji  ,jj  ,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)
785
786               cffu = 2._wp * drhox(ji+1,jj  ,jk) * drhox(ji,jj,jk  )
787               cffx = 2._wp * dzx  (ji+1,jj  ,jk) * dzx  (ji,jj,jk  )
788
789               cffv = 2._wp * drhoy(ji  ,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk  )
790               cffy = 2._wp * dzy  (ji  ,jj+1,jk) * dzy  (ji,jj,jk  )
791
792               IF( cffw > zep) THEN
793                  drhow(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoz(ji,jj,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)   &
794                     &                    / ( drhoz(ji,jj,jk) + drhoz(ji,jj,jk-1) )
795               ELSE
796                  drhow(ji,jj,jk) = 0._wp
797               ENDIF
798
799               dzw(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzz(ji,jj,jk) * dzz(ji,jj,jk-1)   &
800                  &                  / ( dzz(ji,jj,jk) + dzz(ji,jj,jk-1) )
801
802               IF( cffu > zep ) THEN
803                  drhou(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhox(ji+1,jj,jk) * drhox(ji,jj,jk)   &
804                     &                    / ( drhox(ji+1,jj,jk) + drhox(ji,jj,jk) )
805               ELSE
806                  drhou(ji,jj,jk ) = 0._wp
807               ENDIF
808
809               IF( cffx > zep ) THEN
810                  dzu(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzx(ji+1,jj,jk) * dzx(ji,jj,jk)   &
811                     &                  / ( dzx(ji+1,jj,jk) + dzx(ji,jj,jk) )
812               ELSE
813                  dzu(ji,jj,jk) = 0._wp
814               ENDIF
815
816               IF( cffv > zep ) THEN
817                  drhov(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoy(ji,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk)   &
818                     &                    / ( drhoy(ji,jj+1,jk) + drhoy(ji,jj,jk) )
819               ELSE
820                  drhov(ji,jj,jk) = 0._wp
821               ENDIF
822
823               IF( cffy > zep ) THEN
824                  dzv(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzy(ji,jj+1,jk) * dzy(ji,jj,jk)   &
825                     &                  / ( dzy(ji,jj+1,jk) + dzy(ji,jj,jk) )
826               ELSE
827                  dzv(ji,jj,jk) = 0._wp
828               ENDIF
829
830            END DO
831         END DO
832      END DO
833
834      !----------------------------------------------------------------------------------
835      ! apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
836      !----------------------------------------------------------------------------------
837      drhow(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:, 2 ) - drhoz(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,  2  )
838      drhou(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhox(:,:, 2 ) - drhox(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,  2  )
839      drhov(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:, 2 ) - drhoy(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,  2  )
840
841      drhow(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:,jpk) - drhoz(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,jpkm1)
842      drhou(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhox(:,:,jpk) - drhox(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,jpkm1)
843      drhov(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:,jpk) - drhoy(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,jpkm1)
844
845
846      !--------------------------------------------------------------
847      ! Upper half of top-most grid box, compute and store
848      !-------------------------------------------------------------
849
850!!bug gm   :  e3w-de3w = 0.5*e3w  ....  and de3w(2)-de3w(1)=e3w(2) ....   to be verified
851!          true if de3w is really defined as the sum of the e3w scale factors as, it seems to me, it should be
852
853      DO jj = 2, jpjm1
854         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
855            rho_k(ji,jj,1) = -grav * ( fse3w(ji,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) )               &
856               &                   * (  rhd(ji,jj,1)                                    &
857               &                     + 0.5_wp * ( rhd(ji,jj,2) - rhd(ji,jj,1) )         &
858               &                              * ( fse3w (ji,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) )   &
859               &                              / ( fsde3w(ji,jj,2) - fsde3w(ji,jj,1) )  )
860         END DO
861      END DO
862
863!!bug gm    : here also, simplification is possible
864!!bug gm    : optimisation: 1/10 and 1/12 the division should be done before the loop
865
866      DO jk = 2, jpkm1
867         DO jj = 2, jpjm1
868            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
869
870               rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji,jj,jk) + rhd   (ji,jj,jk-1) )                                   &
871                  &                     * ( fsde3w(ji,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1) )                                   &
872                  &            - grav * z1_10 * (                                                                     &
873                  &     ( drhow (ji,jj,jk) - drhow (ji,jj,jk-1) )                                                     &
874                  &   * ( fsde3w(ji,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( dzw  (ji,jj,jk) + dzw  (ji,jj,jk-1) ) )   &
875                  &   - ( dzw   (ji,jj,jk) - dzw   (ji,jj,jk-1) )                                                     &
876                  &   * ( rhd   (ji,jj,jk) - rhd   (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( drhow(ji,jj,jk) + drhow(ji,jj,jk-1) ) )   &
877                  &                             )
878
879               rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )                                   &
880                  &                     * ( fsde3w(ji+1,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) )                                   &
881                  &            - grav* z1_10 * (                                                                      &
882                  &     ( drhou (ji+1,jj,jk) - drhou (ji,jj,jk) )                                                     &
883                  &   * ( fsde3w(ji+1,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzu  (ji+1,jj,jk) + dzu  (ji,jj,jk) ) )   &
884                  &   - ( dzu   (ji+1,jj,jk) - dzu   (ji,jj,jk) )                                                     &
885                  &   * ( rhd   (ji+1,jj,jk) - rhd   (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhou(ji+1,jj,jk) + drhou(ji,jj,jk) ) )   &
886                  &                            )
887
888               rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )                                   &
889                  &                     * ( fsde3w(ji,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) )                                   &
890                  &            - grav* z1_10 * (                                                                      &
891                  &     ( drhov (ji,jj+1,jk) - drhov (ji,jj,jk) )                                                     &
892                  &   * ( fsde3w(ji,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzv  (ji,jj+1,jk) + dzv  (ji,jj,jk) ) )   &
893                  &   - ( dzv   (ji,jj+1,jk) - dzv   (ji,jj,jk) )                                                     &
894                  &   * ( rhd   (ji,jj+1,jk) - rhd   (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhov(ji,jj+1,jk) + drhov(ji,jj,jk) ) )   &
895                  &                            )
896
897            END DO
898         END DO
899      END DO
900      CALL lbc_lnk(rho_k,'W',1.)
901      CALL lbc_lnk(rho_i,'U',1.)
902      CALL lbc_lnk(rho_j,'V',1.)
903
904
905      ! ---------------
906      !  Surface value
907      ! ---------------
908      DO jj = 2, jpjm1
909         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
910            zhpi(ji,jj,1) = ( rho_k(ji+1,jj  ,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_i(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
911            zhpj(ji,jj,1) = ( rho_k(ji  ,jj+1,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_j(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
912            ! add to the general momentum trend
913            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
914            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
915         END DO
916      END DO
917
918      ! ----------------
919      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
920      ! ----------------
921      DO jk = 2, jpkm1
922         DO jj = 2, jpjm1
923            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
924               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
925               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                &
926                  &           + (  ( rho_k(ji+1,jj,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
927                  &              - ( rho_i(ji  ,jj,jk) - rho_i(ji,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
928               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                &
929                  &           + (  ( rho_k(ji,jj+1,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
930                  &               -( rho_j(ji,jj  ,jk) - rho_j(ji,jj,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
931               ! add to the general momentum trend
932               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
933               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
934            END DO
935         END DO
936      END DO
937      !
938      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
939      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
940      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
941      !
942   END SUBROUTINE hpg_djc
943
944
945   SUBROUTINE hpg_prj( kt )
946      !!---------------------------------------------------------------------
947      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
948      !!
949      !! ** Method  :   s-coordinate case.
950      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
951      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
952      !!      all vertical coordinate systems
953      !!
954      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
955      !!----------------------------------------------------------------------
956      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
957      INTEGER, INTENT(in) ::   kt                   ! ocean time-step index
958      !!
959      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
960      REAL(wp) ::   zcoef0, znad                    ! temporary scalars
961      !!
962      !! The local variables for the correction term
963      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
964      REAL(wp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
965      REAL(wp) :: zrhdt1
966      REAL(wp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
967      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zdept, zrhh
968      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp
969      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::   zsshu_n, zsshv_n
970      !!----------------------------------------------------------------------
971      !
972      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
973      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zdept, zrhh )
974      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zsshu_n, zsshv_n )
975      !
976      IF( kt == nit000 ) THEN
977         IF(lwp) WRITE(numout,*)
978         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
979         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
980      ENDIF
981
982      !!----------------------------------------------------------------------
983      ! Local constant initialization
984      zcoef0 = - grav
985      znad = 0.0_wp
986      IF( lk_vvl ) znad = 1._wp
987
988      ! Clean 3-D work arrays
989      zhpi(:,:,:) = 0._wp
990      zrhh(:,:,:) = rhd(:,:,:)
991
992      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
993      DO jj = 1, jpj
994        DO ji = 1, jpi
995          jk = mbathy(ji,jj)
996          IF( jk <= 0 ) THEN; zrhh(ji,jj,:) = 0._wp
997          ELSE IF(jk == 1) THEN; zrhh(ji,jj, jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
998          ELSE IF(jk < jpkm1) THEN
999             DO jkk = jk+1, jpk
1000                zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(fsde3w(ji,jj,jkk),   fsde3w(ji,jj,jkk-1), &
1001                                         fsde3w(ji,jj,jkk-2), rhd(ji,jj,jkk-1), rhd(ji,jj,jkk-2))
1002             END DO
1003          ENDIF
1004        END DO
1005      END DO
1006
1007      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1008      DO jj = 1, jpj
1009         DO ji = 1, jpi
1010            zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * fse3w(ji,jj,1) - sshn(ji,jj) * znad
1011         END DO
1012      END DO
1013
1014      DO jk = 2, jpk
1015         DO jj = 1, jpj
1016            DO ji = 1, jpi
1017               zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + fse3w(ji,jj,jk)
1018            END DO
1019         END DO
1020      END DO
1021
1022      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1023      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1024
1025      ! Construct the vertical density profile with the
1026      ! constrained cubic spline interpolation
1027      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1028      CALL cspline(fsp,xsp,asp,bsp,csp,dsp,polynomial_type)
1029
1030      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1031      DO jj = 2, jpj
1032        DO ji = 2, jpi
1033          zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3(zdept(ji,jj,1),asp(ji,jj,1), &
1034                                         bsp(ji,jj,1),   csp(ji,jj,1), &
1035                                         dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * fse3w(ji,jj,1)
1036
1037          ! assuming linear profile across the top half surface layer
1038          zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * fse3w(ji,jj,1) * zrhdt1
1039        END DO
1040      END DO
1041
1042      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1043      DO jk = 2, jpkm1
1044        DO jj = 2, jpj
1045          DO ji = 2, jpi
1046            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                          &
1047                             integ_spline(zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),&
1048                                    asp(ji,jj,jk-1),    bsp(ji,jj,jk-1), &
1049                                    csp(ji,jj,jk-1),    dsp(ji,jj,jk-1))
1050          END DO
1051        END DO
1052      END DO
1053
1054      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1055
1056      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1057      DO jj = 2, jpjm1
1058        DO ji = 2, jpim1
1059          zsshu_n(ji,jj) = (e12u(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e12u(ji+1, jj) * sshn(ji+1,jj)) * &
1060                         & r1_e12u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1061          zsshv_n(ji,jj) = (e12v(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e12v(ji+1, jj) * sshn(ji,jj+1)) * &
1062                         & r1_e12v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1063        END DO
1064      END DO
1065
1066      DO jj = 2, jpjm1
1067        DO ji = 2, jpim1
1068          zu(ji,jj,1) = - ( fse3u(ji,jj,1) - zsshu_n(ji,jj) * znad) 
1069          zv(ji,jj,1) = - ( fse3v(ji,jj,1) - zsshv_n(ji,jj) * znad)
1070        END DO
1071      END DO
1072
1073      DO jk = 2, jpkm1
1074        DO jj = 2, jpjm1
1075          DO ji = 2, jpim1
1076            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1)- fse3u(ji,jj,jk)
1077            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1)- fse3v(ji,jj,jk)
1078          END DO
1079        END DO
1080      END DO
1081
1082      DO jk = 1, jpkm1
1083        DO jj = 2, jpjm1
1084          DO ji = 2, jpim1
1085            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * fse3u(ji,jj,jk)
1086            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * fse3v(ji,jj,jk)
1087          END DO
1088        END DO
1089      END DO
1090
1091      DO jk = 1, jpkm1
1092        DO jj = 2, jpjm1
1093          DO ji = 2, jpim1
1094            zu(ji,jj,jk) = min(zu(ji,jj,jk), max(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji+1,jj,jk)))
1095            zu(ji,jj,jk) = max(zu(ji,jj,jk), min(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji+1,jj,jk)))
1096            zv(ji,jj,jk) = min(zv(ji,jj,jk), max(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji,jj+1,jk)))
1097            zv(ji,jj,jk) = max(zv(ji,jj,jk), min(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji,jj+1,jk)))
1098          END DO
1099        END DO
1100      END DO
1101
1102
1103      DO jk = 1, jpkm1
1104        DO jj = 2, jpjm1
1105          DO ji = 2, jpim1
1106            zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1107            zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1108            zuijk = zu(ji,jj,jk)
1109            zvijk = zv(ji,jj,jk)
1110
1111            !!!!!     for u equation
1112            IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1113               IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1114                 jis = ji + 1; jid = ji
1115               ELSE
1116                 jis = ji;     jid = ji +1
1117               ENDIF
1118
1119               ! integrate the pressure on the shallow side
1120               jk1 = jk
1121               DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1122                 IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1123                   zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1124                   EXIT
1125                 ENDIF
1126                 zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1127                 zpwes = zpwes +                                    &
1128                      integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1129                             asp(jis,jj,jk1),    bsp(jis,jj,jk1), &
1130                             csp(jis,jj,jk1),    dsp(jis,jj,jk1))
1131                 jk1 = jk1 + 1
1132               END DO
1133
1134               ! integrate the pressure on the deep side
1135               jk1 = jk
1136               DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1137                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1138                   zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, sshn(jid,jj)*znad)
1139                   zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1140                                                     bsp(jid,jj,1),   csp(jid,jj,1), &
1141                                                     dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1142                   zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1143                   EXIT
1144                 ENDIF
1145                 zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1146                 zpwed = zpwed +                                        &
1147                        integ_spline(zdeps,              zdept(jid,jj,jk1), &
1148                               asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1149                               csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1150                 jk1 = jk1 - 1
1151               END DO
1152
1153               ! update the momentum trends in u direction
1154
1155               zdpdx1 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * (zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
1156               IF( lk_vvl ) THEN
1157                 zdpdx2 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * &
1158                         ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (sshn(ji+1,jj)-sshn(ji,jj)) )
1159                ELSE
1160                 zdpdx2 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1161               ENDIF
1162
1163               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + (zdpdx1 + zdpdx2) * &
1164               &           umask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk) * tmask(ji+1,jj,jk)
1165            ENDIF
1166
1167            !!!!!     for v equation
1168            IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
1169               IF( -zdept(ji,jj+1,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1170                 jjs = jj + 1; jjd = jj
1171               ELSE
1172                 jjs = jj    ; jjd = jj + 1
1173               ENDIF
1174
1175               ! integrate the pressure on the shallow side
1176               jk1 = jk
1177               DO WHILE ( -zdept(ji,jjs,jk1) > zvijk )
1178                 IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
1179                   zvijk = -zdept(ji,jjs,jk1)
1180                   EXIT
1181                 ENDIF
1182                 zdeps = MIN(zdept(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
1183                 zpnss = zpnss +                                      &
1184                        integ_spline(zdept(ji,jjs,jk1), zdeps,            &
1185                               asp(ji,jjs,jk1),    bsp(ji,jjs,jk1), &
1186                               csp(ji,jjs,jk1),    dsp(ji,jjs,jk1) )
1187                 jk1 = jk1 + 1
1188               END DO
1189
1190               ! integrate the pressure on the deep side
1191               jk1 = jk
1192               DO WHILE ( -zdept(ji,jjd,jk1) < zvijk )
1193                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1194                   zdeps = zdept(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, sshn(ji,jjd)*znad)
1195                   zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdept(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
1196                                                     bsp(ji,jjd,1),   csp(ji,jjd,1), &
1197                                                     dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
1198                   zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
1199                   EXIT
1200                 ENDIF
1201                 zdeps = MAX(zdept(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
1202                 zpnsd = zpnsd +                                        &
1203                        integ_spline(zdeps,              zdept(ji,jjd,jk1), &
1204                               asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1), &
1205                               csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
1206                 jk1 = jk1 - 1
1207               END DO
1208
1209
1210               ! update the momentum trends in v direction
1211
1212               zdpdy1 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * (zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
1213               IF( lk_vvl ) THEN
1214                   zdpdy2 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * &
1215                           ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (sshn(ji,jj+1)-sshn(ji,jj)) )
1216               ELSE
1217                   zdpdy2 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1218               ENDIF
1219
1220               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + (zdpdy1 + zdpdy2)*&
1221               &              vmask(ji,jj,jk)*tmask(ji,jj,jk)*tmask(ji,jj+1,jk)
1222            ENDIF
1223
1224
1225           END DO
1226        END DO
1227      END DO
1228      !
1229      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
1230      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zdept, zrhh )
1231      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zsshu_n, zsshv_n )
1232      !
1233   END SUBROUTINE hpg_prj
1234
1235
1236   SUBROUTINE cspline(fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type)
1237      !!----------------------------------------------------------------------
1238      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1239      !!
1240      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1241      !!
1242      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1243      !!
1244      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1245      !!----------------------------------------------------------------------
1246      IMPLICIT NONE
1247      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  :: fsp, xsp           ! value and coordinate
1248      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(out) :: asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of
1249                                                                    ! the interpoated function
1250      INTEGER, INTENT(in) :: polynomial_type                        ! 1: cubic spline
1251                                                                    ! 2: Linear
1252      !
1253      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1254      INTEGER  ::   jpi, jpj, jpkm1
1255      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1256      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1257      REAL(wp) ::   zdf(size(fsp,3))
1258      !!----------------------------------------------------------------------
1259
1260      jpi   = size(fsp,1)
1261      jpj   = size(fsp,2)
1262      jpkm1 = size(fsp,3) - 1
1263
1264
1265      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1266         DO ji = 1, jpi
1267            DO jj = 1, jpj
1268           !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1269           !    DO jk = 2, jpkm1-1
1270           !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1271           !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1272           !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1273           !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1274           !
1275           !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1276           !
1277           !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1278           !           zdf(jk) = 0._wp
1279           !       ELSE
1280           !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1281           !       ENDIF
1282           !    END DO
1283
1284           !!Simply geometric average
1285               DO jk = 2, jpkm1-1
1286                  zdf1 = (fsp(ji,jj,jk) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk-1))
1287                  zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk))
1288
1289                  IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1290                     zdf(jk) = 0._wp
1291                  ELSE
1292                     zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1293                  ENDIF
1294               END DO
1295
1296               zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1297                          &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) ) -  0.5_wp * zdf(2)
1298               zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1299                          &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - &
1300                          & 0.5_wp * zdf(jpkm1 - 1)
1301
1302               DO jk = 1, jpkm1 - 1
1303                 zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1304                 ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1305                 ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1306                 zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1307                 ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1308                 zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1309
1310                 dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1311                 csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1312                 bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1313                               & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1314                               & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1315                               &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1316                 asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1317                               &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1318                               &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1319               END DO
1320            END DO
1321         END DO
1322
1323      ELSE IF (polynomial_type == 2) THEN     ! Linear
1324         DO ji = 1, jpi
1325            DO jj = 1, jpj
1326               DO jk = 1, jpkm1-1
1327                  zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1328                  ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1329
1330                  dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1331                  csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1332                  bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1333                  asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1334               END DO
1335            END DO
1336         END DO
1337
1338      ELSE
1339           CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1340      ENDIF
1341
1342   END SUBROUTINE cspline
1343
1344
1345   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1346      !!----------------------------------------------------------------------
1347      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1348      !!
1349      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1350      !!
1351      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1352      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1353      !!----------------------------------------------------------------------
1354      IMPLICIT NONE
1355      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1356      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1357      REAL(wp)             ::  zdeltx
1358      !!----------------------------------------------------------------------
1359
1360      zdeltx = xr - xl
1361      IF(abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x)) THEN
1362        f = 0.5_wp * (fl + fr)
1363      ELSE
1364        f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1365      ENDIF
1366
1367   END FUNCTION interp1
1368
1369
1370   FUNCTION interp2(x, a, b, c, d)  RESULT(f)
1371      !!----------------------------------------------------------------------
1372      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1373      !!
1374      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1375      !!
1376      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1377      !!
1378      !!----------------------------------------------------------------------
1379      IMPLICIT NONE
1380      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1381      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1382      !!----------------------------------------------------------------------
1383
1384      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1385
1386   END FUNCTION interp2
1387
1388
1389   FUNCTION interp3(x, a, b, c, d)  RESULT(f)
1390      !!----------------------------------------------------------------------
1391      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1392      !!
1393      !! ** Purpose :   Calculate the first order of deriavtive of
1394      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1395      !!
1396      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1397      !!
1398      !!----------------------------------------------------------------------
1399      IMPLICIT NONE
1400      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1401      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1402      !!----------------------------------------------------------------------
1403
1404      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1405
1406   END FUNCTION interp3
1407
1408
1409   FUNCTION integ_spline(xl, xr, a, b, c, d)  RESULT(f)
1410      !!----------------------------------------------------------------------
1411      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1412      !!
1413      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1414      !!
1415      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1416      !!
1417      !!----------------------------------------------------------------------
1418      IMPLICIT NONE
1419      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1420      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3
1421      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1422      !!----------------------------------------------------------------------
1423
1424      za1 = 0.5_wp * b
1425      za2 = c / 3.0_wp
1426      za3 = 0.25_wp * d
1427
1428      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1429         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1430
1431   END FUNCTION integ_spline
1432
1433   SUBROUTINE hpg_namelist()
1434     !!---------------------------------------------------------------------
1435     !!                   ***  ROUTINE hpg_namelist  ***
1436     !!                     
1437     !! ** Purpose :   Broadcast namelist variables read by procesor lwm
1438     !!
1439     !! ** Method  :   use lib_mpp
1440     !!----------------------------------------------------------------------
1441#if defined key_mpp_mpi
1442      CALL mpp_bcast(ln_hpg_zco)
1443      CALL mpp_bcast(ln_hpg_zps)
1444      CALL mpp_bcast(ln_hpg_sco)
1445      CALL mpp_bcast(ln_hpg_djc)
1446      CALL mpp_bcast(ln_hpg_prj)
1447      CALL mpp_bcast(ln_hpg_isf)
1448      CALL mpp_bcast(ln_dynhpg_imp)
1449#endif
1450   END SUBROUTINE hpg_namelist
1451
1452   !!======================================================================
1453END MODULE dynhpg
1454
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.