New URL for NEMO forge!   http://forge.nemo-ocean.eu

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
dynhpg.F90 in branches/UKMO/dev_r5518_pcbias_ipc/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN – NEMO

source: branches/UKMO/dev_r5518_pcbias_ipc/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynhpg.F90 @ 7652

Last change on this file since 7652 was 7652, checked in by isabella, 8 years ago

adding output messages to understand what model does

File size: 71.0 KB
Line 
1MODULE dynhpg
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynhpg  ***
4   !! Ocean dynamics:  hydrostatic pressure gradient trend
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  !  1987-09  (P. Andrich, M.-A. Foujols)  hpg_zco: Original code
7   !!            5.0  !  1991-11  (G. Madec)
8   !!            7.0  !  1996-01  (G. Madec)  hpg_sco: Original code for s-coordinates
9   !!            8.0  !  1997-05  (G. Madec)  split dynber into dynkeg and dynhpg
10   !!            8.5  !  2002-07  (G. Madec)  F90: Free form and module
11   !!            8.5  !  2002-08  (A. Bozec)  hpg_zps: Original code
12   !!   NEMO     1.0  !  2005-10  (A. Beckmann, B.W. An)  various s-coordinate options
13   !!                 !         Original code for hpg_ctl, hpg_hel hpg_wdj, hpg_djc, hpg_rot
14   !!             -   !  2005-11  (G. Madec) style & small optimisation
15   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
16   !!            3.4  !  2011-11  (H. Liu) hpg_prj: Original code for s-coordinates
17   !!                 !           (A. Coward) suppression of hel, wdj and rot options
18   !!            3.6  !  2014-11  (P. Mathiot) hpg_isf: original code for ice shelf cavity
19   !!----------------------------------------------------------------------
20
21   !!----------------------------------------------------------------------
22   !!   dyn_hpg      : update the momentum trend with the now horizontal
23   !!                  gradient of the hydrostatic pressure
24   !!   dyn_hpg_init : initialisation and control of options
25   !!       hpg_zco  : z-coordinate scheme
26   !!       hpg_zps  : z-coordinate plus partial steps (interpolation)
27   !!       hpg_sco  : s-coordinate (standard jacobian formulation)
28   !!       hpg_isf  : s-coordinate (sco formulation) adapted to ice shelf
29   !!       hpg_djc  : s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
30   !!       hpg_prj  : s-coordinate (Pressure Jacobian with Cubic polynomial)
31   !!----------------------------------------------------------------------
32   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
33   USE sbc_oce         ! surface variable (only for the flag with ice shelf)
34   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
35   USE phycst          ! physical constants
36   USE trd_oce         ! trends: ocean variables
37   USE trddyn          ! trend manager: dynamics
38   !
39   USE in_out_manager  ! I/O manager
40   USE prtctl          ! Print control
41   USE lbclnk          ! lateral boundary condition
42   USE lib_mpp         ! MPP library
43   USE eosbn2          ! compute density
44   USE wrk_nemo        ! Memory Allocation
45   USE timing          ! Timing
46   USE biaspar         ! bias correction variables
47
48   IMPLICIT NONE
49   PRIVATE
50
51   PUBLIC   dyn_hpg        ! routine called by step module
52   PUBLIC   dyn_hpg_init   ! routine called by opa module
53
54   !                                    !!* Namelist namdyn_hpg : hydrostatic pressure gradient
55   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_zco      !: z-coordinate - full steps
56   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_zps      !: z-coordinate - partial steps (interpolation)
57   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_sco      !: s-coordinate (standard jacobian formulation)
58   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_djc      !: s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
59   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_prj      !: s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
60   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_isf      !: s-coordinate similar to sco modify for isf
61   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_dynhpg_imp   !: semi-implicite hpg flag
62
63   INTEGER , PUBLIC ::   nhpg  =  0   ! = 0 to 7, type of pressure gradient scheme used ! (deduced from ln_hpg_... flags) (PUBLIC for TAM)
64
65   !! * Substitutions
66#  include "domzgr_substitute.h90"
67#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
68   !!----------------------------------------------------------------------
69   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
70   !! $Id$
71   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
72   !!----------------------------------------------------------------------
73CONTAINS
74
75   SUBROUTINE dyn_hpg( kt )
76      !!---------------------------------------------------------------------
77      !!                  ***  ROUTINE dyn_hpg  ***
78      !!
79      !! ** Method  :   Call the hydrostatic pressure gradient routine
80      !!              using the scheme defined in the namelist
81      !!
82      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
83      !!             - send trends to trd_dyn for futher diagnostics (l_trddyn=T)
84      !!----------------------------------------------------------------------
85      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step index
86      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  ztrdu, ztrdv
87      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   z_rhd_st  ! tmp density storage for pressure corr
88      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   z_gru_st  ! tmp ua trends storage for pressure corr
89      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   z_grv_st  ! tmp va trends storage for pressure corr
90      !!----------------------------------------------------------------------
91      !
92      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('dyn_hpg')
93      !
94      IF( l_trddyn ) THEN                    ! Temporary saving of ua and va trends (l_trddyn)
95         CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
96         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:)
97         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:)
98      ENDIF
99      !
100      IF ( ln_bias .AND. ln_bias_pc_app ) THEN
101         IF(lwp) THEN
102         WRITE(numout,*) " ! store orig density, use pressure corrected density"
103         ENDIF
104         z_rhd_st(:,:,:) = rhd(:,:,:)     ! store orig density
105         rhd(:,:,:)      = rhd_pc(:,:,:)  ! use pressure corrected density
106         z_gru_st(:,:)   = gru(:,:)
107         gru(:,:)        = gru_pc(:,:)
108         z_grv_st(:,:)   = grv(:,:)
109         grv(:,:)        = grv_pc(:,:)
110      ENDIF
111      !
112      SELECT CASE ( nhpg )      ! Hydrostatic pressure gradient computation
113      CASE (  0 )   ;   CALL hpg_zco    ( kt )      ! z-coordinate
114      CASE (  1 )   ;   CALL hpg_zps    ( kt )      ! z-coordinate plus partial steps (interpolation)
115      CASE (  2 )   ;   CALL hpg_sco    ( kt )      ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
116      CASE (  3 )   ;   CALL hpg_djc    ( kt )      ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
117      CASE (  4 )   ;   CALL hpg_prj    ( kt )      ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
118      CASE (  5 )   ;   CALL hpg_isf    ( kt )      ! s-coordinate similar to sco modify for ice shelf
119      END SELECT
120      !
121      IF( l_trddyn ) THEN      ! save the hydrostatic pressure gradient trends for momentum trend diagnostics
122         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
123         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
124         CALL trd_dyn( ztrdu, ztrdv, jpdyn_hpg, kt )
125         CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, ztrdu, ztrdv )
126      ENDIF
127      !
128      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
129         &                       tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
130      !
131      IF ( ln_bias .AND. ln_bias_pc_app )  THEN
132         IF(lwp) THEN
133         WRITE(numout,*) " ! restore original density"
134         ENDIF
135         rhd(:,:,:) = z_rhd_st(:,:,:)     ! restore original density
136         gru(:,:)   = z_gru_st(:,:)
137         grv(:,:)   = z_grv_st(:,:)
138      ENDIF
139      !
140      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('dyn_hpg')
141      !
142   END SUBROUTINE dyn_hpg
143
144
145   SUBROUTINE dyn_hpg_init
146      !!----------------------------------------------------------------------
147      !!                 ***  ROUTINE dyn_hpg_init  ***
148      !!
149      !! ** Purpose :   initializations for the hydrostatic pressure gradient
150      !!              computation and consistency control
151      !!
152      !! ** Action  :   Read the namelist namdyn_hpg and check the consistency
153      !!      with the type of vertical coordinate used (zco, zps, sco)
154      !!----------------------------------------------------------------------
155      INTEGER ::   ioptio = 0      ! temporary integer
156      INTEGER ::   ios             ! Local integer output status for namelist read
157      !!
158      NAMELIST/namdyn_hpg/ ln_hpg_zco, ln_hpg_zps, ln_hpg_sco,     &
159         &                 ln_hpg_djc, ln_hpg_prj, ln_hpg_isf, ln_dynhpg_imp
160      !!----------------------------------------------------------------------
161      !
162      REWIND( numnam_ref )              ! Namelist namdyn_hpg in reference namelist : Hydrostatic pressure gradient
163      READ  ( numnam_ref, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 901)
164901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in reference namelist', lwp )
165
166      REWIND( numnam_cfg )              ! Namelist namdyn_hpg in configuration namelist : Hydrostatic pressure gradient
167      READ  ( numnam_cfg, namdyn_hpg, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
168902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn_hpg in configuration namelist', lwp )
169      IF(lwm) WRITE ( numond, namdyn_hpg )
170      !
171      IF(lwp) THEN                   ! Control print
172         WRITE(numout,*)
173         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
174         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
175         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
176         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
177         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
178         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
179         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation) for isf  ln_hpg_isf    = ', ln_hpg_isf
180         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
181         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
182         WRITE(numout,*) '      time stepping: centered (F) or semi-implicit (T)  ln_dynhpg_imp = ', ln_dynhpg_imp
183      ENDIF
184      !
185      IF( ln_hpg_djc )   &
186         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : Density Jacobian: Cubic polynominal method &
187                           & currently disabled (bugs under investigation). Please select &
188                           & either  ln_hpg_sco or  ln_hpg_prj instead')
189      !
190      IF( lk_vvl .AND. .NOT. (ln_hpg_sco.OR.ln_hpg_prj.OR.ln_hpg_isf) )   &
191         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : variable volume key_vvl requires:&
192                           & the standard jacobian formulation hpg_sco or &
193                           & the pressure jacobian formulation hpg_prj')
194
195      IF(       ln_hpg_isf .AND. .NOT. ln_isfcav )   &
196         &   CALL ctl_stop( ' hpg_isf not available if ln_isfcav = false ' )
197      IF( .NOT. ln_hpg_isf .AND.       ln_isfcav )   &
198         &   CALL ctl_stop( 'Only hpg_isf has been corrected to work with ice shelf cavity.' )
199      !
200      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags
201      IF( ln_hpg_zco )   nhpg = 0
202      IF( ln_hpg_zps )   nhpg = 1
203      IF( ln_hpg_sco )   nhpg = 2
204      IF( ln_hpg_djc )   nhpg = 3
205      IF( ln_hpg_prj )   nhpg = 4
206      IF( ln_hpg_isf )   nhpg = 5
207      !
208      !                               ! Consistency check
209      ioptio = 0
210      IF( ln_hpg_zco )   ioptio = ioptio + 1
211      IF( ln_hpg_zps )   ioptio = ioptio + 1
212      IF( ln_hpg_sco )   ioptio = ioptio + 1
213      IF( ln_hpg_djc )   ioptio = ioptio + 1
214      IF( ln_hpg_prj )   ioptio = ioptio + 1
215      IF( ln_hpg_isf )   ioptio = ioptio + 1
216      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
217      !
218      ! initialisation of ice load
219      riceload(:,:)=0.0
220      !
221   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
222
223
224   SUBROUTINE hpg_zco( kt )
225      !!---------------------------------------------------------------------
226      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
227      !!
228      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
229      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
230      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
231      !!      density gradient along the model level from the suface to that
232      !!      level:    zhpi = grav .....
233      !!                zhpj = grav .....
234      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
235      !!            ua = ua - 1/e1u * zhpi
236      !!            va = va - 1/e2v * zhpj
237      !!
238      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
239      !!----------------------------------------------------------------------
240      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
241      !!
242      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
243      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
244      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
245      !!----------------------------------------------------------------------
246      !
247      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
248      !
249      IF( kt == nit000 ) THEN
250         IF(lwp) WRITE(numout,*)
251         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
252         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
253      ENDIF
254
255      zcoef0 = - grav * 0.5_wp      ! Local constant initialization
256
257      ! Surface value
258      DO jj = 2, jpjm1
259         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
260            zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,1)
261            ! hydrostatic pressure gradient
262            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
263            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
264            ! add to the general momentum trend
265            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
266            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
267         END DO
268      END DO
269
270      !
271      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
272      DO jk = 2, jpkm1
273         DO jj = 2, jpjm1
274            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
275               zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,jk)
276               ! hydrostatic pressure gradient
277               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
278                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
279                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
280
281               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
282                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
283                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
284               ! add to the general momentum trend
285               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
286               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
287            END DO
288         END DO
289      END DO
290      !
291      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
292      !
293   END SUBROUTINE hpg_zco
294
295
296   SUBROUTINE hpg_zps( kt )
297      !!---------------------------------------------------------------------
298      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
299      !!
300      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
301      !!
302      !! ** Action  : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
303      !!----------------------------------------------------------------------
304      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
305      !!
306      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
307      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
308      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
309      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
310      !!----------------------------------------------------------------------
311      !
312      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
313      !
314      IF( kt == nit000 ) THEN
315         IF(lwp) WRITE(numout,*)
316         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
317         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
318      ENDIF
319
320
321      ! Local constant initialization
322      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
323
324      !  Surface value (also valid in partial step case)
325      DO jj = 2, jpjm1
326         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
327            zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,1)
328            ! hydrostatic pressure gradient
329            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
330            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
331            ! add to the general momentum trend
332            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
333            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
334         END DO
335      END DO
336
337
338      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
339      DO jk = 2, jpkm1
340         DO jj = 2, jpjm1
341            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
342               zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,jk)
343               ! hydrostatic pressure gradient
344               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
345                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
346                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
347
348               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
349                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
350                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
351               ! add to the general momentum trend
352               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
353               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
354            END DO
355         END DO
356      END DO
357
358
359      ! partial steps correction at the last level  (use gru & grv computed in zpshde.F90)
360      DO jj = 2, jpjm1
361         DO ji = 2, jpim1
362            iku = mbku(ji,jj)
363            ikv = mbkv(ji,jj)
364            zcoef2 = zcoef0 * MIN( fse3w(ji,jj,iku), fse3w(ji+1,jj  ,iku) )
365            zcoef3 = zcoef0 * MIN( fse3w(ji,jj,ikv), fse3w(ji  ,jj+1,ikv) )
366            IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
367               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
368               zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
369                  &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + gru(ji,jj) ) / e1u(ji,jj)
370               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
371            ENDIF
372            IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
373               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
374               zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
375                  &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + grv(ji,jj) ) / e2v(ji,jj)
376               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
377            ENDIF
378         END DO
379      END DO
380      !
381      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
382      !
383   END SUBROUTINE hpg_zps
384
385   SUBROUTINE hpg_sco( kt )
386      !!---------------------------------------------------------------------
387      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
388      !!
389      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
390      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
391      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
392      !!      density gradient along the model level from the suface to that
393      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
394      !!      to the horizontal pressure gradient :
395      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
396      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
397      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
398      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
399      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
400      !!
401      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
402      !!----------------------------------------------------------------------
403      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
404      !!
405      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
406      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad   ! temporary scalars
407      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
408      !!----------------------------------------------------------------------
409      !
410      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
411      !
412      IF( kt == nit000 ) THEN
413         IF(lwp) WRITE(numout,*)
414         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
415         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
416      ENDIF
417
418      ! Local constant initialization
419      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
420      ! To use density and not density anomaly
421      IF ( lk_vvl ) THEN   ;     znad = 1._wp          ! Variable volume
422      ELSE                 ;     znad = 0._wp         ! Fixed volume
423      ENDIF
424
425      ! Surface value
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,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( fse3w(ji+1,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji+1,jj  ,1) )   &
430               &                                  - fse3w(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) ) )
431            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( fse3w(ji  ,jj+1,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj+1,1) )   &
432               &                                  - fse3w(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) ) )
433            ! s-coordinate pressure gradient correction
434            zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
435               &           * ( fsde3w(ji+1,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
436            zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
437               &           * ( fsde3w(ji,jj+1,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
438            ! add to the general momentum trend
439            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
440            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
441         END DO
442      END DO
443
444      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
445      DO jk = 2, jpkm1
446         DO jj = 2, jpjm1
447            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
448               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
449               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   &
450                  &           * (  fse3w(ji+1,jj,jk) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad )   &
451                  &              - fse3w(ji  ,jj,jk) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad )  )
452               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
453                  &           * (  fse3w(ji,jj+1,jk) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad )   &
454                  &              - fse3w(ji,jj  ,jk) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad )  )
455               ! s-coordinate pressure gradient correction
456               zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
457                  &           * ( fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
458               zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
459                  &           * ( fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
460               ! add to the general momentum trend
461               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
462               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
463            END DO
464         END DO
465      END DO
466      !
467      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj )
468      !
469   END SUBROUTINE hpg_sco
470
471   SUBROUTINE hpg_isf( kt )
472      !!---------------------------------------------------------------------
473      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
474      !!
475      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
476      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
477      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
478      !!      density gradient along the model level from the suface to that
479      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
480      !!      to the horizontal pressure gradient :
481      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
482      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
483      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
484      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
485      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
486      !!      iceload is added and partial cell case are added to the top and bottom
487      !!     
488      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
489      !!----------------------------------------------------------------------
490      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
491      !!
492      INTEGER  ::   ji, jj, jk, iku, ikv, ikt, iktp1i, iktp1j                 ! dummy loop indices
493      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad, ze3wu, ze3wv, zuapint, zvapint, zhpjint, zhpiint, zdzwt, zdzwtjp1, zdzwtip1             ! temporary scalars
494      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  zhpi, zhpj, zrhd
495      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:)   ::  ztstop
496      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)     ::  ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj
497      !!----------------------------------------------------------------------
498      !
499      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, 2, ztstop) 
500      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj, zrhd)
501      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj) 
502      !
503     IF( kt == nit000 ) THEN
504         IF(lwp) WRITE(numout,*)
505         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_isf : hydrostatic pressure gradient trend for ice shelf'
506         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
507      ENDIF
508
509      ! Local constant initialization
510      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
511      ! To use density and not density anomaly
512!      IF ( lk_vvl ) THEN   ;     znad = 1._wp          ! Variable volume
513!      ELSE                 ;     znad = 0._wp         ! Fixed volume
514!      ENDIF
515      znad=1._wp
516      ! iniitialised to 0. zhpi zhpi
517      zhpi(:,:,:)=0._wp ; zhpj(:,:,:)=0._wp
518
519!==================================================================================     
520!=====Compute iceload and contribution of the half first wet layer =================
521!===================================================================================
522
523      ! assume water displaced by the ice shelf is at T=-1.9 and S=34.4 (rude)
524      ztstop(:,:,1)=-1.9_wp ; ztstop(:,:,2)=34.4_wp
525
526      ! compute density of the water displaced by the ice shelf
527      zrhd = rhd ! save rhd
528      DO jk = 1, jpk
529           zdept(:,:)=gdept_1d(jk)
530           CALL eos(ztstop(:,:,:),zdept(:,:),rhd(:,:,jk))
531      END DO
532      WHERE ( tmask(:,:,:) == 1._wp)
533        rhd(:,:,:) = zrhd(:,:,:) ! replace wet cell by the saved rhd
534      END WHERE
535     
536      ! compute rhd at the ice/oce interface (ice shelf side)
537      CALL eos(ztstop,risfdep,zrhdtop_isf)
538
539      ! compute rhd at the ice/oce interface (ocean side)
540      DO ji=1,jpi
541        DO jj=1,jpj
542          ikt=mikt(ji,jj)
543          ztstop(ji,jj,1)=tsn(ji,jj,ikt,1)
544          ztstop(ji,jj,2)=tsn(ji,jj,ikt,2)
545        END DO
546      END DO
547      CALL eos(ztstop,risfdep,zrhdtop_oce)
548      !
549      ! Surface value + ice shelf gradient
550      ! compute pressure due to ice shelf load (used to compute hpgi/j for all the level from 1 to miku/v)
551      ziceload = 0._wp
552      DO jj = 1, jpj
553         DO ji = 1, jpi   ! vector opt.
554            ikt=mikt(ji,jj)
555            ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (znad + rhd(ji,jj,1) ) * fse3w(ji,jj,1) * (1._wp - tmask(ji,jj,1))
556            DO jk=2,ikt-1
557               ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + rhd(ji,jj,jk-1) + rhd(ji,jj,jk)) * fse3w(ji,jj,jk) &
558                  &                              * (1._wp - tmask(ji,jj,jk))
559            END DO
560            IF (ikt .GE. 2) ziceload(ji,jj) = ziceload(ji,jj) + (2._wp * znad + zrhdtop_isf(ji,jj) + rhd(ji,jj,ikt-1)) &
561                               &                              * ( risfdep(ji,jj) - gdept_1d(ikt-1) )
562         END DO
563      END DO
564      riceload(:,:) = 0.0_wp ; riceload(:,:)=ziceload(:,:)  ! need to be saved for diaar5
565      ! compute zp from z=0 to first T wet point (correction due to zps not yet applied)
566      DO jj = 2, jpjm1
567         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
568            ikt=mikt(ji,jj) ; iktp1i=mikt(ji+1,jj); iktp1j=mikt(ji,jj+1)
569            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces and ice shelf pressure
570            ! we assume ISF is in isostatic equilibrium
571            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( 0.5_wp * fse3w(ji+1,jj  ,iktp1i)                                    &
572               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji+1,jj  ,iktp1i) + zrhdtop_oce(ji+1,jj  ) )   &
573               &                                  - 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj  ,ikt   )                                    &
574               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj  ,ikt   ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj  ) )   &
575               &                                  + ( ziceload(ji+1,jj) - ziceload(ji,jj))                              ) 
576            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj+1,iktp1j)                                    &
577               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj+1,iktp1j) + zrhdtop_oce(ji  ,jj+1) )   &
578               &                                  - 0.5_wp * fse3w(ji  ,jj  ,ikt   )                                    & 
579               &                                  * ( 2._wp * znad + rhd(ji  ,jj  ,ikt   ) + zrhdtop_oce(ji  ,jj  ) )   &
580               &                                  + ( ziceload(ji,jj+1) - ziceload(ji,jj) )                             ) 
581            ! s-coordinate pressure gradient correction (=0 if z coordinate)
582            zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
583               &           * ( fsde3w(ji+1,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
584            zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
585               &           * ( fsde3w(ji,jj+1,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
586            ! add to the general momentum trend
587            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + (zhpi(ji,jj,1) + zuap) * umask(ji,jj,1)
588            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + (zhpj(ji,jj,1) + zvap) * vmask(ji,jj,1)
589         END DO
590      END DO
591!==================================================================================     
592!===== Compute partial cell contribution for the top cell =========================
593!==================================================================================
594      DO jj = 2, jpjm1
595         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
596            iku = miku(ji,jj) ; 
597            zpshpi(ji,jj)=0.0_wp ; zpshpj(ji,jj)=0.0_wp
598            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))
599            ! u direction
600            IF ( iku .GT. 1 ) THEN
601               ! case iku
602               zhpi(ji,jj,iku)   =  zcoef0 / e1u(ji,jj) * ze3wu                                            &
603                      &                                 * ( rhd    (ji+1,jj,iku) + rhd   (ji,jj,iku)       &
604                      &                                   + SIGN(1._wp,ze3wu) * grui(ji,jj) + 2._wp * znad )
605               ! corrective term ( = 0 if z coordinate )
606               zuap              = -zcoef0 * ( arui(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzui(ji,jj) / e1u(ji,jj)
607               ! zhpi will be added in interior loop
608               ua(ji,jj,iku)     = ua(ji,jj,iku) + zuap
609               ! in case of 2 cell water column, need to save the pressure gradient to compute the bottom pressure 
610               IF (mbku(ji,jj) == iku + 1) zpshpi(ji,jj)  = zhpi(ji,jj,iku)
611
612               ! case iku + 1 (remove the zphi term added in the interior loop and compute the one corrected for zps)
613               zhpiint        =  zcoef0 / e1u(ji,jj)                                                               &   
614                  &           * (  fse3w(ji+1,jj  ,iku+1) * ( (rhd(ji+1,jj,iku+1) + znad)                          &
615                  &                                         + (rhd(ji+1,jj,iku  ) + znad) ) * tmask(ji+1,jj,iku)   &
616                  &              - fse3w(ji  ,jj  ,iku+1) * ( (rhd(ji  ,jj,iku+1) + znad)                          &
617                  &                                         + (rhd(ji  ,jj,iku  ) + znad) ) * tmask(ji  ,jj,iku)   )
618               zhpi(ji,jj,iku+1) =  zcoef0 / e1u(ji,jj) * ge3rui(ji,jj) - zhpiint 
619            END IF
620               
621            ! v direction
622            ikv = mikv(ji,jj)
623            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))
624            IF ( ikv .GT. 1 ) THEN
625               ! case ikv
626               zhpj(ji,jj,ikv)   =  zcoef0 / e2v(ji,jj) * ze3wv                                            &
627                     &                                  * ( rhd(ji,jj+1,ikv) + rhd   (ji,jj,ikv)           &
628                     &                                    + SIGN(1._wp,ze3wv) * grvi(ji,jj) + 2._wp * znad )
629               ! corrective term ( = 0 if z coordinate )
630               zvap              = -zcoef0 * ( arvi(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzvi(ji,jj) / e2v(ji,jj)
631               ! zhpi will be added in interior loop
632               va(ji,jj,ikv)      = va(ji,jj,ikv) + zvap
633               ! in case of 2 cell water column, need to save the pressure gradient to compute the bottom pressure 
634               IF (mbkv(ji,jj) == ikv + 1)  zpshpj(ji,jj)  =  zhpj(ji,jj,ikv) 
635               
636               ! case ikv + 1 (remove the zphj term added in the interior loop and compute the one corrected for zps)
637               zhpjint        =  zcoef0 / e2v(ji,jj)                                                              &
638                  &           * (  fse3w(ji  ,jj+1,ikv+1) * ( (rhd(ji,jj+1,ikv+1) + znad)                         &
639                  &                                       + (rhd(ji,jj+1,ikv  ) + znad) ) * tmask(ji,jj+1,ikv)    &
640                  &              - fse3w(ji  ,jj  ,ikv+1) * ( (rhd(ji,jj  ,ikv+1) + znad)                         &
641                  &                                       + (rhd(ji,jj  ,ikv  ) + znad) ) * tmask(ji,jj  ,ikv)  )
642               zhpj(ji,jj,ikv+1) =  zcoef0 / e2v(ji,jj) * ge3rvi(ji,jj) - zhpjint
643            END IF
644         END DO
645      END DO
646
647!==================================================================================     
648!===== Compute interior value =====================================================
649!==================================================================================
650
651      DO jj = 2, jpjm1
652         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
653            iku=miku(ji,jj); ikv=mikv(ji,jj)
654            DO jk = 2, jpkm1
655               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
656               ! zhpi is masked for the first wet cell  (contribution already done in the upper bloc)
657               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk-1)                                                              &
658                  &                            + zcoef0 / e1u(ji,jj)                                                           &
659                  &                                     * ( fse3w(ji+1,jj  ,jk) * ( (rhd(ji+1,jj,jk  ) + znad)                 &
660                  &                                                     + (rhd(ji+1,jj,jk-1) + znad) ) * tmask(ji+1,jj,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               zuap = - zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )                    &
666                  &            * ( fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj) * umask(ji,jj,jk-1)
667               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + ( zhpi(ji,jj,jk) + zuap) * umask(ji,jj,jk)
668
669               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
670               ! zhpi is masked for the first wet cell  (contribution already done in the upper bloc)
671               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk-1)                                                              &
672                  &                            + zcoef0 / e2v(ji,jj)                                                           &
673                  &                                     * ( fse3w(ji  ,jj+1,jk) * ( (rhd(ji,jj+1,jk  ) + znad)                 &
674                  &                                                     + (rhd(ji,jj+1,jk-1) + znad) ) * tmask(ji,jj+1,jk-1)   &
675                  &                                       - fse3w(ji  ,jj  ,jk) * ( (rhd(ji,jj  ,jk  ) + znad)                 &
676                  &                                                     + (rhd(ji,jj  ,jk-1) + znad) ) * tmask(ji,jj  ,jk-1)   )
677               ! s-coordinate pressure gradient correction
678               ! corrective term, we mask this term for the first wet level beneath the ice shelf (contribution done in the upper bloc)
679               zvap = - zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )                     &
680                  &            * ( fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj) * vmask(ji,jj,jk-1)
681               ! add to the general momentum trend
682               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + ( zhpj(ji,jj,jk) + zvap ) * vmask(ji,jj,jk)
683            END DO
684         END DO
685      END DO
686
687!==================================================================================     
688!===== Compute bottom cell contribution (partial cell) ============================
689!==================================================================================
690
691      DO jj = 2, jpjm1
692         DO ji = 2, jpim1
693            iku = mbku(ji,jj)
694            ikv = mbkv(ji,jj)
695
696            IF (iku .GT. 1) THEN
697               ! remove old value (interior case)
698               zuap            = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,iku) + rhd   (ji,jj,iku) + 2._wp * znad )   &
699                     &                   * ( fsde3w(ji+1,jj  ,iku) - fsde3w(ji,jj,iku) ) / e1u(ji,jj)
700               ua(ji,jj,iku)   = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku) - zuap
701               ! put new value
702               ! -zpshpi to avoid double contribution of the partial step in the top layer
703               zuap            = -zcoef0 * ( aru(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzu(ji,jj)  / e1u(ji,jj)
704               zhpi(ji,jj,iku) =  zhpi(ji,jj,iku-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj) * ge3ru(ji,jj) - zpshpi(ji,jj) 
705               ua(ji,jj,iku)   =  ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku) + zuap
706            END IF
707            ! v direction
708            IF (ikv .GT. 1) THEN
709               ! remove old value (interior case)
710               zvap            = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,ikv) + rhd   (ji,jj,ikv) + 2._wp * znad )   &
711                     &                   * ( fsde3w(ji  ,jj+1,ikv) - fsde3w(ji,jj,ikv) )   / e2v(ji,jj)
712               va(ji,jj,ikv)   = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv) - zvap
713               ! put new value
714               ! -zpshpj to avoid double contribution of the partial step in the top layer
715               zvap            = -zcoef0 * ( arv(ji,jj) + 2._wp * znad ) * gzv(ji,jj)     / e2v(ji,jj)
716               zhpj(ji,jj,ikv) =  zhpj(ji,jj,ikv-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj) * ge3rv(ji,jj) - zpshpj(ji,jj)   
717               va(ji,jj,ikv)   =  va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv) + zvap
718            END IF
719         END DO
720      END DO
721     
722      ! set back to original density value into the ice shelf cell (maybe useless because it is masked)
723      rhd = zrhd
724      !
725      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,2, ztstop)
726      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zhpj, zrhd)
727      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, ze3w, zp, zrhdtop_isf, zrhdtop_oce, ziceload, zdept, zpshpi, zpshpj)
728      !
729   END SUBROUTINE hpg_isf
730
731
732   SUBROUTINE hpg_djc( kt )
733      !!---------------------------------------------------------------------
734      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
735      !!
736      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
737      !!
738      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
739      !!----------------------------------------------------------------------
740      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
741      !!
742      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
743      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
744      REAL(wp) ::   z1_10, cffu, cffx   !    "         "
745      REAL(wp) ::   z1_12, cffv, cffy   !    "         "
746      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj
747      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  dzx, dzy, dzz, dzu, dzv, dzw
748      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow
749      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  rho_i, rho_j, rho_k
750      !!----------------------------------------------------------------------
751      !
752      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
753      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
754      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
755      !
756
757      IF( kt == nit000 ) THEN
758         IF(lwp) WRITE(numout,*)
759         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
760         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
761      ENDIF
762
763      ! Local constant initialization
764      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
765      z1_10  = 1._wp / 10._wp
766      z1_12  = 1._wp / 12._wp
767
768      !----------------------------------------------------------------------------------------
769      !  compute and store in provisional arrays elementary vertical and horizontal differences
770      !----------------------------------------------------------------------------------------
771
772!!bug gm   Not a true bug, but... dzz=e3w  for dzx, dzy verify what it is really
773
774      DO jk = 2, jpkm1
775         DO jj = 2, jpjm1
776            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
777               drhoz(ji,jj,jk) = rhd   (ji  ,jj  ,jk) - rhd   (ji,jj,jk-1)
778               dzz  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji  ,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1)
779               drhox(ji,jj,jk) = rhd   (ji+1,jj  ,jk) - rhd   (ji,jj,jk  )
780               dzx  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk  )
781               drhoy(ji,jj,jk) = rhd   (ji  ,jj+1,jk) - rhd   (ji,jj,jk  )
782               dzy  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk  )
783            END DO
784         END DO
785      END DO
786
787      !-------------------------------------------------------------------------
788      ! compute harmonic averages using eq. 5.18
789      !-------------------------------------------------------------------------
790      zep = 1.e-15
791
792!!bug  gm  drhoz not defined at level 1 and used (jk-1 with jk=2)
793!!bug  gm  idem for drhox, drhoy et ji=jpi and jj=jpj
794
795      DO jk = 2, jpkm1
796         DO jj = 2, jpjm1
797            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
798               cffw = 2._wp * drhoz(ji  ,jj  ,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)
799
800               cffu = 2._wp * drhox(ji+1,jj  ,jk) * drhox(ji,jj,jk  )
801               cffx = 2._wp * dzx  (ji+1,jj  ,jk) * dzx  (ji,jj,jk  )
802
803               cffv = 2._wp * drhoy(ji  ,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk  )
804               cffy = 2._wp * dzy  (ji  ,jj+1,jk) * dzy  (ji,jj,jk  )
805
806               IF( cffw > zep) THEN
807                  drhow(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoz(ji,jj,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)   &
808                     &                    / ( drhoz(ji,jj,jk) + drhoz(ji,jj,jk-1) )
809               ELSE
810                  drhow(ji,jj,jk) = 0._wp
811               ENDIF
812
813               dzw(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzz(ji,jj,jk) * dzz(ji,jj,jk-1)   &
814                  &                  / ( dzz(ji,jj,jk) + dzz(ji,jj,jk-1) )
815
816               IF( cffu > zep ) THEN
817                  drhou(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhox(ji+1,jj,jk) * drhox(ji,jj,jk)   &
818                     &                    / ( drhox(ji+1,jj,jk) + drhox(ji,jj,jk) )
819               ELSE
820                  drhou(ji,jj,jk ) = 0._wp
821               ENDIF
822
823               IF( cffx > zep ) THEN
824                  dzu(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzx(ji+1,jj,jk) * dzx(ji,jj,jk)   &
825                     &                  / ( dzx(ji+1,jj,jk) + dzx(ji,jj,jk) )
826               ELSE
827                  dzu(ji,jj,jk) = 0._wp
828               ENDIF
829
830               IF( cffv > zep ) THEN
831                  drhov(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoy(ji,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk)   &
832                     &                    / ( drhoy(ji,jj+1,jk) + drhoy(ji,jj,jk) )
833               ELSE
834                  drhov(ji,jj,jk) = 0._wp
835               ENDIF
836
837               IF( cffy > zep ) THEN
838                  dzv(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzy(ji,jj+1,jk) * dzy(ji,jj,jk)   &
839                     &                  / ( dzy(ji,jj+1,jk) + dzy(ji,jj,jk) )
840               ELSE
841                  dzv(ji,jj,jk) = 0._wp
842               ENDIF
843
844            END DO
845         END DO
846      END DO
847
848      !----------------------------------------------------------------------------------
849      ! apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
850      !----------------------------------------------------------------------------------
851      drhow(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:, 2 ) - drhoz(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,  2  )
852      drhou(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhox(:,:, 2 ) - drhox(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,  2  )
853      drhov(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:, 2 ) - drhoy(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,  2  )
854
855      drhow(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:,jpk) - drhoz(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,jpkm1)
856      drhou(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhox(:,:,jpk) - drhox(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,jpkm1)
857      drhov(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:,jpk) - drhoy(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,jpkm1)
858
859
860      !--------------------------------------------------------------
861      ! Upper half of top-most grid box, compute and store
862      !-------------------------------------------------------------
863
864!!bug gm   :  e3w-de3w = 0.5*e3w  ....  and de3w(2)-de3w(1)=e3w(2) ....   to be verified
865!          true if de3w is really defined as the sum of the e3w scale factors as, it seems to me, it should be
866
867      DO jj = 2, jpjm1
868         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
869            rho_k(ji,jj,1) = -grav * ( fse3w(ji,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) )               &
870               &                   * (  rhd(ji,jj,1)                                    &
871               &                     + 0.5_wp * ( rhd(ji,jj,2) - rhd(ji,jj,1) )         &
872               &                              * ( fse3w (ji,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) )   &
873               &                              / ( fsde3w(ji,jj,2) - fsde3w(ji,jj,1) )  )
874         END DO
875      END DO
876
877!!bug gm    : here also, simplification is possible
878!!bug gm    : optimisation: 1/10 and 1/12 the division should be done before the loop
879
880      DO jk = 2, jpkm1
881         DO jj = 2, jpjm1
882            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
883
884               rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji,jj,jk) + rhd   (ji,jj,jk-1) )                                   &
885                  &                     * ( fsde3w(ji,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1) )                                   &
886                  &            - grav * z1_10 * (                                                                     &
887                  &     ( drhow (ji,jj,jk) - drhow (ji,jj,jk-1) )                                                     &
888                  &   * ( fsde3w(ji,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( dzw  (ji,jj,jk) + dzw  (ji,jj,jk-1) ) )   &
889                  &   - ( dzw   (ji,jj,jk) - dzw   (ji,jj,jk-1) )                                                     &
890                  &   * ( rhd   (ji,jj,jk) - rhd   (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( drhow(ji,jj,jk) + drhow(ji,jj,jk-1) ) )   &
891                  &                             )
892
893               rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )                                   &
894                  &                     * ( fsde3w(ji+1,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) )                                   &
895                  &            - grav* z1_10 * (                                                                      &
896                  &     ( drhou (ji+1,jj,jk) - drhou (ji,jj,jk) )                                                     &
897                  &   * ( fsde3w(ji+1,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzu  (ji+1,jj,jk) + dzu  (ji,jj,jk) ) )   &
898                  &   - ( dzu   (ji+1,jj,jk) - dzu   (ji,jj,jk) )                                                     &
899                  &   * ( rhd   (ji+1,jj,jk) - rhd   (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhou(ji+1,jj,jk) + drhou(ji,jj,jk) ) )   &
900                  &                            )
901
902               rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )                                   &
903                  &                     * ( fsde3w(ji,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) )                                   &
904                  &            - grav* z1_10 * (                                                                      &
905                  &     ( drhov (ji,jj+1,jk) - drhov (ji,jj,jk) )                                                     &
906                  &   * ( fsde3w(ji,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzv  (ji,jj+1,jk) + dzv  (ji,jj,jk) ) )   &
907                  &   - ( dzv   (ji,jj+1,jk) - dzv   (ji,jj,jk) )                                                     &
908                  &   * ( rhd   (ji,jj+1,jk) - rhd   (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhov(ji,jj+1,jk) + drhov(ji,jj,jk) ) )   &
909                  &                            )
910
911            END DO
912         END DO
913      END DO
914      CALL lbc_lnk(rho_k,'W',1.)
915      CALL lbc_lnk(rho_i,'U',1.)
916      CALL lbc_lnk(rho_j,'V',1.)
917
918
919      ! ---------------
920      !  Surface value
921      ! ---------------
922      DO jj = 2, jpjm1
923         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
924            zhpi(ji,jj,1) = ( rho_k(ji+1,jj  ,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_i(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
925            zhpj(ji,jj,1) = ( rho_k(ji  ,jj+1,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_j(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
926            ! add to the general momentum trend
927            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
928            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
929         END DO
930      END DO
931
932      ! ----------------
933      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
934      ! ----------------
935      DO jk = 2, jpkm1
936         DO jj = 2, jpjm1
937            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
938               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
939               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                &
940                  &           + (  ( rho_k(ji+1,jj,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
941                  &              - ( rho_i(ji  ,jj,jk) - rho_i(ji,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
942               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                &
943                  &           + (  ( rho_k(ji,jj+1,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
944                  &               -( rho_j(ji,jj  ,jk) - rho_j(ji,jj,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
945               ! add to the general momentum trend
946               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
947               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
948            END DO
949         END DO
950      END DO
951      !
952      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, dzx  , dzy  , dzz  , dzu  , dzv  , dzw   )
953      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, drhox, drhoy, drhoz, drhou, drhov, drhow )
954      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, rho_i, rho_j, rho_k,  zhpi,  zhpj        )
955      !
956   END SUBROUTINE hpg_djc
957
958
959   SUBROUTINE hpg_prj( kt )
960      !!---------------------------------------------------------------------
961      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
962      !!
963      !! ** Method  :   s-coordinate case.
964      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
965      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
966      !!      all vertical coordinate systems
967      !!
968      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
969      !!----------------------------------------------------------------------
970      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
971      INTEGER, INTENT(in) ::   kt                   ! ocean time-step index
972      !!
973      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
974      REAL(wp) ::   zcoef0, znad                    ! temporary scalars
975      !!
976      !! The local variables for the correction term
977      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
978      REAL(wp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
979      REAL(wp) :: zrhdt1
980      REAL(wp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
981      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zdept, zrhh
982      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp
983      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::   zsshu_n, zsshv_n
984      !!----------------------------------------------------------------------
985      !
986      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
987      CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpk, zdept, zrhh )
988      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, zsshu_n, zsshv_n )
989      !
990      IF( kt == nit000 ) THEN
991         IF(lwp) WRITE(numout,*)
992         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
993         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
994      ENDIF
995
996      !!----------------------------------------------------------------------
997      ! Local constant initialization
998      zcoef0 = - grav
999      znad = 0.0_wp
1000      IF( lk_vvl ) znad = 1._wp
1001
1002      ! Clean 3-D work arrays
1003      zhpi(:,:,:) = 0._wp
1004      zrhh(:,:,:) = rhd(:,:,:)
1005
1006      ! Preparing vertical density profile "zrhh(:,:,:)" for hybrid-sco coordinate
1007      DO jj = 1, jpj
1008        DO ji = 1, jpi
1009          jk = mbathy(ji,jj)
1010          IF( jk <= 0 ) THEN; zrhh(ji,jj,:) = 0._wp
1011          ELSE IF(jk == 1) THEN; zrhh(ji,jj, jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
1012          ELSE IF(jk < jpkm1) THEN
1013             DO jkk = jk+1, jpk
1014                zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(fsde3w(ji,jj,jkk),   fsde3w(ji,jj,jkk-1), &
1015                                         fsde3w(ji,jj,jkk-2), rhd(ji,jj,jkk-1), rhd(ji,jj,jkk-2))
1016             END DO
1017          ENDIF
1018        END DO
1019      END DO
1020
1021      ! Transfer the depth of "T(:,:,:)" to vertical coordinate "zdept(:,:,:)"
1022      DO jj = 1, jpj
1023         DO ji = 1, jpi
1024            zdept(ji,jj,1) = 0.5_wp * fse3w(ji,jj,1) - sshn(ji,jj) * znad
1025         END DO
1026      END DO
1027
1028      DO jk = 2, jpk
1029         DO jj = 1, jpj
1030            DO ji = 1, jpi
1031               zdept(ji,jj,jk) = zdept(ji,jj,jk-1) + fse3w(ji,jj,jk)
1032            END DO
1033         END DO
1034      END DO
1035
1036      fsp(:,:,:) = zrhh (:,:,:)
1037      xsp(:,:,:) = zdept(:,:,:)
1038
1039      ! Construct the vertical density profile with the
1040      ! constrained cubic spline interpolation
1041      ! rho(z) = asp + bsp*z + csp*z^2 + dsp*z^3
1042      CALL cspline(fsp,xsp,asp,bsp,csp,dsp,polynomial_type)
1043
1044      ! Integrate the hydrostatic pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,1)"
1045      DO jj = 2, jpj
1046        DO ji = 2, jpi
1047          zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3(zdept(ji,jj,1),asp(ji,jj,1), &
1048                                         bsp(ji,jj,1),   csp(ji,jj,1), &
1049                                         dsp(ji,jj,1) ) * 0.25_wp * fse3w(ji,jj,1)
1050
1051          ! assuming linear profile across the top half surface layer
1052          zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * fse3w(ji,jj,1) * zrhdt1
1053        END DO
1054      END DO
1055
1056      ! Calculate the pressure "zhpi(:,:,:)" at "T(ji,jj,2:jpkm1)"
1057      DO jk = 2, jpkm1
1058        DO jj = 2, jpj
1059          DO ji = 2, jpi
1060            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                          &
1061                             integ_spline(zdept(ji,jj,jk-1), zdept(ji,jj,jk),&
1062                                    asp(ji,jj,jk-1),    bsp(ji,jj,jk-1), &
1063                                    csp(ji,jj,jk-1),    dsp(ji,jj,jk-1))
1064          END DO
1065        END DO
1066      END DO
1067
1068      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
1069
1070      ! Prepare zsshu_n and zsshv_n
1071      DO jj = 2, jpjm1
1072        DO ji = 2, jpim1
1073          zsshu_n(ji,jj) = (e12u(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e12u(ji+1, jj) * sshn(ji+1,jj)) * &
1074                         & r1_e12u(ji,jj) * umask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1075          zsshv_n(ji,jj) = (e12v(ji,jj) * sshn(ji,jj) + e12v(ji+1, jj) * sshn(ji,jj+1)) * &
1076                         & r1_e12v(ji,jj) * vmask(ji,jj,1) * 0.5_wp 
1077        END DO
1078      END DO
1079
1080      DO jj = 2, jpjm1
1081        DO ji = 2, jpim1
1082          zu(ji,jj,1) = - ( fse3u(ji,jj,1) - zsshu_n(ji,jj) * znad) 
1083          zv(ji,jj,1) = - ( fse3v(ji,jj,1) - zsshv_n(ji,jj) * znad)
1084        END DO
1085      END DO
1086
1087      DO jk = 2, jpkm1
1088        DO jj = 2, jpjm1
1089          DO ji = 2, jpim1
1090            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1)- fse3u(ji,jj,jk)
1091            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1)- fse3v(ji,jj,jk)
1092          END DO
1093        END DO
1094      END DO
1095
1096      DO jk = 1, jpkm1
1097        DO jj = 2, jpjm1
1098          DO ji = 2, jpim1
1099            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * fse3u(ji,jj,jk)
1100            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * fse3v(ji,jj,jk)
1101          END DO
1102        END DO
1103      END DO
1104
1105      DO jk = 1, jpkm1
1106        DO jj = 2, jpjm1
1107          DO ji = 2, jpim1
1108            zu(ji,jj,jk) = min(zu(ji,jj,jk), max(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji+1,jj,jk)))
1109            zu(ji,jj,jk) = max(zu(ji,jj,jk), min(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji+1,jj,jk)))
1110            zv(ji,jj,jk) = min(zv(ji,jj,jk), max(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji,jj+1,jk)))
1111            zv(ji,jj,jk) = max(zv(ji,jj,jk), min(-zdept(ji,jj,jk), -zdept(ji,jj+1,jk)))
1112          END DO
1113        END DO
1114      END DO
1115
1116
1117      DO jk = 1, jpkm1
1118        DO jj = 2, jpjm1
1119          DO ji = 2, jpim1
1120            zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
1121            zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
1122            zuijk = zu(ji,jj,jk)
1123            zvijk = zv(ji,jj,jk)
1124
1125            !!!!!     for u equation
1126            IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
1127               IF( -zdept(ji+1,jj,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1128                 jis = ji + 1; jid = ji
1129               ELSE
1130                 jis = ji;     jid = ji +1
1131               ENDIF
1132
1133               ! integrate the pressure on the shallow side
1134               jk1 = jk
1135               DO WHILE ( -zdept(jis,jj,jk1) > zuijk )
1136                 IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
1137                   zuijk = -zdept(jis,jj,jk1)
1138                   EXIT
1139                 ENDIF
1140                 zdeps = MIN(zdept(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
1141                 zpwes = zpwes +                                    &
1142                      integ_spline(zdept(jis,jj,jk1), zdeps,            &
1143                             asp(jis,jj,jk1),    bsp(jis,jj,jk1), &
1144                             csp(jis,jj,jk1),    dsp(jis,jj,jk1))
1145                 jk1 = jk1 + 1
1146               END DO
1147
1148               ! integrate the pressure on the deep side
1149               jk1 = jk
1150               DO WHILE ( -zdept(jid,jj,jk1) < zuijk )
1151                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1152                   zdeps = zdept(jid,jj,1) + MIN(zuijk, sshn(jid,jj)*znad)
1153                   zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdept(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
1154                                                     bsp(jid,jj,1),   csp(jid,jj,1), &
1155                                                     dsp(jid,jj,1)) * zdeps
1156                   zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
1157                   EXIT
1158                 ENDIF
1159                 zdeps = MAX(zdept(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
1160                 zpwed = zpwed +                                        &
1161                        integ_spline(zdeps,              zdept(jid,jj,jk1), &
1162                               asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
1163                               csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
1164                 jk1 = jk1 - 1
1165               END DO
1166
1167               ! update the momentum trends in u direction
1168
1169               zdpdx1 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * (zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
1170               IF( lk_vvl ) THEN
1171                 zdpdx2 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * &
1172                         ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (sshn(ji+1,jj)-sshn(ji,jj)) )
1173                ELSE
1174                 zdpdx2 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed)
1175               ENDIF
1176
1177               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + (zdpdx1 + zdpdx2) * &
1178               &           umask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk) * tmask(ji+1,jj,jk)
1179            ENDIF
1180
1181            !!!!!     for v equation
1182            IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
1183               IF( -zdept(ji,jj+1,jk) >= -zdept(ji,jj,jk) ) THEN
1184                 jjs = jj + 1; jjd = jj
1185               ELSE
1186                 jjs = jj    ; jjd = jj + 1
1187               ENDIF
1188
1189               ! integrate the pressure on the shallow side
1190               jk1 = jk
1191               DO WHILE ( -zdept(ji,jjs,jk1) > zvijk )
1192                 IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
1193                   zvijk = -zdept(ji,jjs,jk1)
1194                   EXIT
1195                 ENDIF
1196                 zdeps = MIN(zdept(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
1197                 zpnss = zpnss +                                      &
1198                        integ_spline(zdept(ji,jjs,jk1), zdeps,            &
1199                               asp(ji,jjs,jk1),    bsp(ji,jjs,jk1), &
1200                               csp(ji,jjs,jk1),    dsp(ji,jjs,jk1) )
1201                 jk1 = jk1 + 1
1202               END DO
1203
1204               ! integrate the pressure on the deep side
1205               jk1 = jk
1206               DO WHILE ( -zdept(ji,jjd,jk1) < zvijk )
1207                 IF( jk1 == 1 ) THEN
1208                   zdeps = zdept(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, sshn(ji,jjd)*znad)
1209                   zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdept(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
1210                                                     bsp(ji,jjd,1),   csp(ji,jjd,1), &
1211                                                     dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
1212                   zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
1213                   EXIT
1214                 ENDIF
1215                 zdeps = MAX(zdept(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
1216                 zpnsd = zpnsd +                                        &
1217                        integ_spline(zdeps,              zdept(ji,jjd,jk1), &
1218                               asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1), &
1219                               csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
1220                 jk1 = jk1 - 1
1221               END DO
1222
1223
1224               ! update the momentum trends in v direction
1225
1226               zdpdy1 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * (zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
1227               IF( lk_vvl ) THEN
1228                   zdpdy2 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * &
1229                           ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (sshn(ji,jj+1)-sshn(ji,jj)) )
1230               ELSE
1231                   zdpdy2 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd )
1232               ENDIF
1233
1234               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + (zdpdy1 + zdpdy2)*&
1235               &              vmask(ji,jj,jk)*tmask(ji,jj,jk)*tmask(ji,jj+1,jk)
1236            ENDIF
1237
1238
1239           END DO
1240        END DO
1241      END DO
1242      !
1243      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zhpi, zu, zv, fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp )
1244      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpk, zdept, zrhh )
1245      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, zsshu_n, zsshv_n )
1246      !
1247   END SUBROUTINE hpg_prj
1248
1249
1250   SUBROUTINE cspline(fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type)
1251      !!----------------------------------------------------------------------
1252      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
1253      !!
1254      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
1255      !!
1256      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
1257      !!
1258      !! Reference: CJC Kruger, Constrained Cubic Spline Interpoltation
1259      !!----------------------------------------------------------------------
1260      IMPLICIT NONE
1261      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  :: fsp, xsp           ! value and coordinate
1262      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(out) :: asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of
1263                                                                    ! the interpoated function
1264      INTEGER, INTENT(in) :: polynomial_type                        ! 1: cubic spline
1265                                                                    ! 2: Linear
1266      !
1267      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
1268      INTEGER  ::   jpi, jpj, jpkm1
1269      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
1270      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
1271      REAL(wp) ::   zdf(size(fsp,3))
1272      !!----------------------------------------------------------------------
1273
1274      jpi   = size(fsp,1)
1275      jpj   = size(fsp,2)
1276      jpkm1 = size(fsp,3) - 1
1277
1278
1279      IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1280         DO ji = 1, jpi
1281            DO jj = 1, jpj
1282           !!Fritsch&Butland's method, 1984 (preferred, but more computation)
1283           !    DO jk = 2, jpkm1-1
1284           !       zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1)
1285           !       zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1286           !       zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1287           !       zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1288           !
1289           !       zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1290           !
1291           !       IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1292           !           zdf(jk) = 0._wp
1293           !       ELSE
1294           !         zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1295           !       ENDIF
1296           !    END DO
1297
1298           !!Simply geometric average
1299               DO jk = 2, jpkm1-1
1300                  zdf1 = (fsp(ji,jj,jk) - fsp(ji,jj,jk-1)) / (xsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk-1))
1301                  zdf2 = (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / (xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk))
1302
1303                  IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1304                     zdf(jk) = 0._wp
1305                  ELSE
1306                     zdf(jk) = 2._wp * zdf1 * zdf2 / (zdf1 + zdf2)
1307                  ENDIF
1308               END DO
1309
1310               zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1311                          &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) ) -  0.5_wp * zdf(2)
1312               zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1313                          &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - &
1314                          & 0.5_wp * zdf(jpkm1 - 1)
1315
1316               DO jk = 1, jpkm1 - 1
1317                 zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1318                 ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1319                 ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1320                 zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2
1321                 ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1322                 zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2
1323
1324                 dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1325                 csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1326                 bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - &
1327                               & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1328                               & dsp(ji,jj,jk) * ((xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk))**2 - &
1329                               &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk))
1330                 asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - xsp(ji,jj,jk) * (bsp(ji,jj,jk) + &
1331                               &                (xsp(ji,jj,jk) * (csp(ji,jj,jk) + &
1332                               &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk))))
1333               END DO
1334            END DO
1335         END DO
1336
1337      ELSE IF (polynomial_type == 2) THEN     ! Linear
1338         DO ji = 1, jpi
1339            DO jj = 1, jpj
1340               DO jk = 1, jpkm1-1
1341                  zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk)
1342                  ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1343
1344                  dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1345                  csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1346                  bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1347                  asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1348               END DO
1349            END DO
1350         END DO
1351
1352      ELSE
1353           CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1354      ENDIF
1355
1356   END SUBROUTINE cspline
1357
1358
1359   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f)
1360      !!----------------------------------------------------------------------
1361      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1362      !!
1363      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1364      !!
1365      !! ** Method  :   interpolation is straight forward
1366      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1367      !!----------------------------------------------------------------------
1368      IMPLICIT NONE
1369      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr
1370      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1371      REAL(wp)             ::  zdeltx
1372      !!----------------------------------------------------------------------
1373
1374      zdeltx = xr - xl
1375      IF(abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x)) THEN
1376        f = 0.5_wp * (fl + fr)
1377      ELSE
1378        f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1379      ENDIF
1380
1381   END FUNCTION interp1
1382
1383
1384   FUNCTION interp2(x, a, b, c, d)  RESULT(f)
1385      !!----------------------------------------------------------------------
1386      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1387      !!
1388      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1389      !!
1390      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
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 = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) )
1399
1400   END FUNCTION interp2
1401
1402
1403   FUNCTION interp3(x, a, b, c, d)  RESULT(f)
1404      !!----------------------------------------------------------------------
1405      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1406      !!
1407      !! ** Purpose :   Calculate the first order of deriavtive of
1408      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1409      !!
1410      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1411      !!
1412      !!----------------------------------------------------------------------
1413      IMPLICIT NONE
1414      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d
1415      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1416      !!----------------------------------------------------------------------
1417
1418      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1419
1420   END FUNCTION interp3
1421
1422
1423   FUNCTION integ_spline(xl, xr, a, b, c, d)  RESULT(f)
1424      !!----------------------------------------------------------------------
1425      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1426      !!
1427      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1428      !!
1429      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1430      !!
1431      !!----------------------------------------------------------------------
1432      IMPLICIT NONE
1433      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d
1434      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3
1435      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1436      !!----------------------------------------------------------------------
1437
1438      za1 = 0.5_wp * b
1439      za2 = c / 3.0_wp
1440      za3 = 0.25_wp * d
1441
1442      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1443         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1444
1445   END FUNCTION integ_spline
1446
1447   !!======================================================================
1448END MODULE dynhpg
1449
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.