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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 27 by guez, Thu Mar 25 14:29:07 2010 UTC trunk/dyn3d/leapfrog.f revision 115 by guez, Fri Sep 19 17:36:20 2014 UTC
# Line 6  contains Line 6  contains
6    
7    SUBROUTINE leapfrog(ucov, vcov, teta, ps, masse, phis, q, time_0)    SUBROUTINE leapfrog(ucov, vcov, teta, ps, masse, phis, q, time_0)
8    
9      ! From dyn3d/leapfrog.F, version 1.6, 2005/04/13 08:58:34      ! From dyn3d/leapfrog.F, version 1.6, 2005/04/13 08:58:34 revision 616
10      ! Authors: P. Le Van, L. Fairhead, F. Hourdin      ! Authors: P. Le Van, L. Fairhead, F. Hourdin
11        ! Matsuno-leapfrog scheme.
12    
13        use addfi_m, only: addfi
14        use bilan_dyn_m, only: bilan_dyn
15        use caladvtrac_m, only: caladvtrac
16        use caldyn_m, only: caldyn
17      USE calfis_m, ONLY: calfis      USE calfis_m, ONLY: calfis
18      USE com_io_dyn, ONLY: histaveid      USE comconst, ONLY: daysec, dtvr
19      USE comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr      USE comgeom, ONLY: aire_2d, apoln, apols
20      USE comgeom, ONLY: aire, apoln, apols      USE disvert_m, ONLY: ap, bp
     USE comvert, ONLY: ap, bp  
21      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &
22           periodav           iflag_phys, iecri
23      USE dimens_m, ONLY: iim, llm, nqmx      USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
24        USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
25        use dissip_m, only: dissip
26      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini
27      use dynredem1_m, only: dynredem1      use dynredem1_m, only: dynredem1
28      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
29      use filtreg_m, only: filtreg      use filtreg_m, only: filtreg
30        use fluxstokenc_m, only: fluxstokenc
31        use geopot_m, only: geopot
32      USE guide_m, ONLY: guide      USE guide_m, ONLY: guide
33      use inidissip_m, only: idissip      use inidissip_m, only: idissip
34      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use integrd_m, only: integrd
35      USE paramet_m, ONLY: iip1, ip1jm, ip1jmp1, jjp1      use nr_util, only: assert
     USE pression_m, ONLY: pression  
36      USE pressure_var, ONLY: p3d      USE pressure_var, ONLY: p3d
37      USE temps, ONLY: dt, itau_dyn      USE temps, ONLY: itau_dyn
38        use writedynav_m, only: writedynav
39        use writehist_m, only: writehist
40    
41      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
42      REAL vcov(ip1jm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
43      REAL teta(ip1jmp1, llm) ! temperature potentielle      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
44      REAL ps(ip1jmp1) ! pression au sol, en Pa  
45        REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
46      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      ! potential temperature
47      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol  
48      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
49        REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
50        REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
51    
52        REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
53        ! mass fractions of advected fields
54    
55      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(in):: time_0
56    
57      ! Variables local to the procedure:      ! Local:
58    
59      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
60    
61      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
62      REAL pk(ip1jmp1, llm) ! exner au milieu des couches      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
63      REAL pkf(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches      REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
64      REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential      REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
65      REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale      REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
66    
67      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport      ! Variables dynamiques intermediaire pour le transport
68      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv(ip1jm, llm) !flux de masse      ! Flux de masse :
69        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
70      ! variables dynamiques au pas - 1  
71      REAL vcovm1(ip1jm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)      ! Variables dynamiques au pas - 1
72      REAL tetam1(ip1jmp1, llm), psm1(ip1jmp1)      REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, llm)
73      REAL massem1(ip1jmp1, llm)      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
74        REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
75      ! tendances dynamiques  
76      REAL dv(ip1jm, llm), du(ip1jmp1, llm)      ! Tendances dynamiques
77      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), dudyn(iim + 1, jjm + 1, llm)
78        REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
79      ! tendances de la dissipation      real dp((iim + 1) * (jjm + 1))
80      REAL dvdis(ip1jm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)  
81      REAL dtetadis(ip1jmp1, llm)      ! Tendances de la dissipation :
82        REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
83      ! tendances physiques      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
84      REAL dvfi(ip1jm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)  
85      REAL dtetafi(ip1jmp1, llm), dqfi(ip1jmp1, llm, nqmx), dpfi(ip1jmp1)      ! Tendances physiques
86        REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
87      ! variables pour le fichier histoire      REAL dtetafi(iim + 1, jjm + 1, llm), dqfi(iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
88    
89      REAL tppn(iim), tpps(iim), tpn, tps      ! Variables pour le fichier histoire
90    
91      INTEGER itau ! index of the time step of the dynamics, starts at 0      INTEGER itau ! index of the time step of the dynamics, starts at 0
92      INTEGER itaufin      INTEGER itaufin
     INTEGER iday ! jour julien  
93      REAL time ! time of day, as a fraction of day length      REAL time ! time of day, as a fraction of day length
94      real finvmaold(ip1jmp1, llm)      real finvmaold(iim + 1, jjm + 1, llm)
95      LOGICAL:: lafin=.false.      INTEGER l
     INTEGER ij, l  
   
96      REAL rdayvrai, rdaym_ini      REAL rdayvrai, rdaym_ini
97    
98      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation \'energie
99      REAL ecin(ip1jmp1, llm), ecin0(ip1jmp1, llm)      REAL ecin(iim + 1, jjm + 1, llm), ecin0(iim + 1, jjm + 1, llm)
100      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
101      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
102      ! cree par la dissipation      logical leapf
103      REAL dtetaecdt(ip1jmp1, llm)      real dt ! time step, in s
     REAL vcont(ip1jm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
     logical forward, leapf  
104    
105      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
106    
107      print *, "Call sequence information: leapfrog"      print *, "Call sequence information: leapfrog"
108        call assert(shape(ucov) == (/iim + 1, jjm + 1, llm/), "leapfrog")
109    
110      itaufin = nday * day_step      itaufin = nday * day_step
111      itau = 0      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
112      iday = day_ini  
     time = time_0  
     dq = 0.  
113      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
114      CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
115      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
116    
117      ! Début de l'integration temporelle :      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
118      outer_loop:do         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
119         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &         if (leapf) then
120              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            dt = 2 * dtvr
121         vcovm1 = vcov         else
122         ucovm1 = ucov            ! Matsuno
123         tetam1 = teta            dt = dtvr
124         massem1 = masse            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
125         psm1 = ps            vcovm1 = vcov
126         forward = .TRUE.            ucovm1 = ucov
127         leapf = .FALSE.            tetam1 = teta
128         dt = dtvr            massem1 = masse
129         finvmaold = masse            psm1 = ps
130         CALL filtreg(finvmaold, jjp1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            finvmaold = masse
131              CALL filtreg(finvmaold, direct = .false., intensive = .false.)
132           end if
133    
134           ! Calcul des tendances dynamiques:
135           CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
136           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
137                dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
138                conser = MOD(itau, iconser) == 0)
139    
140           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
141    
142           ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
143           IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
144                dtvr, itau)
145    
146           ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
147           CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
148                dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &
149                leapf)
150    
151           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
152           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
153    
154         do         if (.not. leapf) then
155              ! Matsuno backward
156            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
157            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
158            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
159                 MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &                 phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
160                 time + iday - day_ini)                 conser = .false.)
   
           IF (forward .OR. leapf) THEN  
              ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)  
              CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)  
              IF (offline) THEN  
                 ! Stokage du flux de masse pour traceurs off-line  
                 CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, dtvr, &  
                      itau)  
              ENDIF  
           ENDIF  
161    
162            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
163            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &
164                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &
165                 finvmaold, leapf)                 finvmaold, dtvr, leapf=.false.)
   
           IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN  
              ! calcul des tendances physiques:  
              IF (itau + 1 == itaufin) lafin = .TRUE.  
   
              CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
              rdaym_ini = itau * dtvr / daysec  
              rdayvrai = rdaym_ini + day_ini  
   
              CALL calfis(nqmx, lafin, rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, &  
                   masse, ps, pk, phis, phi, du, dv, dteta, dq, w, &  
                   dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)  
   
              ! ajout des tendances physiques:  
              CALL addfi(nqmx, dtphys, &  
                   ucov, vcov, teta, q, ps, &  
                   dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)  
           ENDIF  
166    
167            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
168            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
169           end if
170    
171            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
172               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            ! Calcul des tendances physiques:
173    
174               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec
175               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            rdayvrai = rdaym_ini + day_ini
176               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0
177              IF (time > 1.) time = time - 1.
178               ! dissipation  
179               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, pk, phis, phi, w, &
180               ucov=ucov + dudis                 dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, lafin = itau + 1 == itaufin)
181               vcov=vcov + dvdis  
182              ! Ajout des tendances physiques:
183               ! On rajoute la tendance due a la transform. Ec -> E            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
184               ! therm. cree lors de la dissipation         ENDIF
185               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)  
186               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
187               dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
188               dtetadis=dtetadis + dtetaecdt  
189               teta=teta + dtetadis            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
190              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
191               ! Calcul de la valeur moyenne, unique de h aux poles .....            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
192               DO l = 1, llm  
193                  DO ij = 1, iim            ! dissipation
194                     tppn(ij) = aire(ij) * teta(ij, l)            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
195                     tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * teta(ij + ip1jm, l)            ucov = ucov + dudis
196                  ENDDO            vcov = vcov + dvdis
197                  tpn = SUM(tppn) / apoln  
198                  tps = SUM(tpps) / apols            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
199              ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
200                  DO ij = 1, iip1            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
201                     teta(ij, l) = tpn            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
202                     teta(ij + ip1jm, l) = tps            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
203                  ENDDO            teta = teta + dtetadis
204               ENDDO  
205              ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
206               DO ij = 1, iim            forall (l = 1: llm)
207                  tppn(ij) = aire(ij) * ps(ij)               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
208                  tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * ps(ij + ip1jm)                    / apoln
209               ENDDO               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
210               tpn = SUM(tppn) / apoln                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
211               tps = SUM(tpps) / apols            END forall
212           END IF
213               DO ij = 1, iip1  
214                  ps(ij) = tpn         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
215                  ps(ij + ip1jm) = tps            ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
216               ENDDO            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
217            END IF                 time = itau + 1)
218              call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
219            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"                 q(:, :, :, 1))
220            ! préparation du pas d'intégration suivant         ENDIF
221    
222            ! schema matsuno + leapfrog         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
223            IF (forward .OR. leapf) THEN            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
224               itau = itau + 1            CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, q, masse, ps)
225               iday = day_ini + itau / day_step         END IF
226               time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &      end do time_integration
227                    + time_0  
228               IF (time > 1.) THEN      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
229                  time = time - 1.           itau = itau_dyn + itaufin)
230                  iday = iday + 1  
231               ENDIF      ! Calcul des tendances dynamiques:
232            ENDIF      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
233        CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
234            IF (itau == itaufin + 1) exit outer_loop           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
235             conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
           IF (MOD(itau, iperiod) == 0 .OR. itau == itaufin) THEN  
              ! ecriture du fichier histoire moyenne:  
              CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau, vcov, &  
                   ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis)  
              call bilan_dyn(2, dtvr * iperiod, dtvr * day_step * periodav, &  
                   ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, q)  
           ENDIF  
   
           IF (itau == itaufin) THEN  
              CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &  
                   itau=itau_dyn+itaufin)  
           ENDIF  
   
           ! gestion de l'integration temporelle:  
           IF (MOD(itau, iperiod) == 0) exit  
           IF (MOD(itau - 1, iperiod) == 0) THEN  
              IF (forward) THEN  
                 ! fin du pas forward et debut du pas backward  
                 forward = .FALSE.  
                 leapf = .FALSE.  
              ELSE  
                 ! fin du pas backward et debut du premier pas leapfrog  
                 leapf = .TRUE.  
                 dt = 2. * dtvr  
              END IF  
           ELSE  
              ! pas leapfrog  
              leapf = .TRUE.  
              dt = 2. * dtvr  
           END IF  
        end do  
     end do outer_loop  
236    
237    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
238    
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