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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 29 by guez, Tue Mar 30 10:44:42 2010 UTC trunk/dyn3d/leapfrog.f revision 130 by guez, Tue Feb 24 15:43:51 2015 UTC
# Line 4  module leapfrog_m Line 4  module leapfrog_m
4    
5  contains  contains
6    
7    SUBROUTINE leapfrog(ucov, vcov, teta, ps, masse, phis, q, time_0)    SUBROUTINE leapfrog(ucov, vcov, teta, ps, masse, phis, q)
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    
12        ! Intégration temporelle du modèle : Matsuno-leapfrog scheme.
13    
14        use addfi_m, only: addfi
15        use bilan_dyn_m, only: bilan_dyn
16        use caladvtrac_m, only: caladvtrac
17        use caldyn_m, only: caldyn
18      USE calfis_m, ONLY: calfis      USE calfis_m, ONLY: calfis
19      USE com_io_dyn, ONLY: histaveid      USE comconst, ONLY: daysec, dtvr
     USE comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr  
20      USE comgeom, ONLY: aire_2d, apoln, apols      USE comgeom, ONLY: aire_2d, apoln, apols
21      USE comvert, ONLY: ap, bp      USE disvert_m, ONLY: ap, bp
22      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &
23           periodav           iflag_phys, iecri
24        USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
25      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
26        use dissip_m, only: dissip
27      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini
28      use dynredem1_m, only: dynredem1      use dynredem1_m, only: dynredem1
29      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
30      use filtreg_m, only: filtreg      use filtreg_m, only: filtreg
31        use fluxstokenc_m, only: fluxstokenc
32        use geopot_m, only: geopot
33      USE guide_m, ONLY: guide      USE guide_m, ONLY: guide
34      use inidissip_m, only: idissip      use inidissip_m, only: idissip
35      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use integrd_m, only: integrd
36      USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1      use nr_util, only: assert
     USE pression_m, ONLY: pression  
37      USE pressure_var, ONLY: p3d      USE pressure_var, ONLY: p3d
38      USE temps, ONLY: itau_dyn      USE temps, ONLY: itau_dyn
39        use writedynav_m, only: writedynav
40        use writehist_m, only: writehist
41    
42      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
43      REAL vcov((iim + 1) * jjm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
44      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
45      REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa  
46        REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
47      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      ! potential temperature
48      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol  
49      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
50      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
51        REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
52    
53      ! Variables local to the procedure:      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
54        ! mass fractions of advected fields
55    
56        ! Local:
57    
58      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
59    
60      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
61      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
62      REAL pkf(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches      REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
63      REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential      REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
64      REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale      REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
65    
66      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport      ! Variables dynamiques intermediaire pour le transport
67      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm) !flux de masse      ! Flux de masse :
68        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
69    
70      ! variables dynamiques au pas - 1      ! Variables dynamiques au pas - 1
71      REAL vcovm1((iim + 1) * jjm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)      REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, llm)
72      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
73      REAL massem1(ip1jmp1, llm)      REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
74    
75      ! tendances dynamiques      ! Tendances dynamiques
76      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(ip1jmp1, llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), dudyn(iim + 1, jjm + 1, llm)
77      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
78        real dp((iim + 1) * (jjm + 1))
79    
80      ! tendances de la dissipation      ! Tendances de la dissipation :
81      REAL dvdis((iim + 1) * jjm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)      REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
82      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
83    
84      ! tendances physiques      ! Tendances physiques
85      REAL dvfi((iim + 1) * jjm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)      REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
86      REAL dtetafi(ip1jmp1, llm), dqfi(ip1jmp1, llm, nqmx), dpfi(ip1jmp1)      REAL dtetafi(iim + 1, jjm + 1, llm), dqfi(iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
   
     ! variables pour le fichier histoire  
87    
88        ! Variables pour le fichier histoire
89      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
90      INTEGER itaufin      INTEGER itaufin
91      INTEGER iday ! jour julien      real finvmaold(iim + 1, jjm + 1, llm)
     REAL time ! time of day, as a fraction of day length  
     real finvmaold(ip1jmp1, llm)  
     LOGICAL:: lafin=.false.  
92      INTEGER l      INTEGER l
93    
94      REAL rdayvrai, rdaym_ini      ! Variables test conservation \'energie
   
     ! Variables test conservation energie  
95      REAL ecin(iim + 1, jjm + 1, llm), ecin0(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL ecin(iim + 1, jjm + 1, llm), ecin0(iim + 1, jjm + 1, llm)
96      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
97      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
98      ! cree par la dissipation      logical leapf
99      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)      real dt ! time step, in s
     REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
     logical forward, leapf  
     REAL dt  
100    
101      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
102    
103      print *, "Call sequence information: leapfrog"      print *, "Call sequence information: leapfrog"
104        call assert(shape(ucov) == (/iim + 1, jjm + 1, llm/), "leapfrog")
105    
106      itaufin = nday * day_step      itaufin = nday * day_step
107      itau = 0      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
108      iday = day_ini  
     time = time_0  
     dq = 0.  
109      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
110      CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
111      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
112    
113      ! Début de l'integration temporelle :      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
114      outer_loop:do         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
115         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &         if (leapf) then
116              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            dt = 2 * dtvr
117         vcovm1 = vcov         else
118         ucovm1 = ucov            ! Matsuno
119         tetam1 = teta            dt = dtvr
120         massem1 = masse            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
121         psm1 = ps            vcovm1 = vcov
122         forward = .TRUE.            ucovm1 = ucov
123         leapf = .FALSE.            tetam1 = teta
124         dt = dtvr            massem1 = masse
125         finvmaold = masse            psm1 = ps
126         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            finvmaold = masse
127              CALL filtreg(finvmaold, direct = .false., intensive = .false.)
128           end if
129    
130           ! Calcul des tendances dynamiques:
131           CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
132           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
133                dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
134                conser = MOD(itau, iconser) == 0)
135    
136           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
137    
138           ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
139           IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
140                dtvr, itau)
141    
142           ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
143           CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
144                dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &
145                leapf)
146    
147         do         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
148           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
149    
150           if (.not. leapf) then
151              ! Matsuno backward
152            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
153            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
154            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
155                 MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &                 phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
                time + iday - day_ini)  
   
           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  
156    
157            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
158            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &
159                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &
160                 finvmaold, leapf, dt)                 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  
161    
162            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
163            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
164           end if
165    
166            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
167               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            CALL calfis(itau / day_step + day_ini, &
168                   REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, ucov, vcov, teta, q, pk, &
169               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation                 phis, phi, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, &
170               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)                 lafin = itau + 1 == itaufin)
171               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)  
172              CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
173               ! dissipation         ENDIF
174               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)  
175               ucov=ucov + dudis         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
176               vcov=vcov + dvdis            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
177    
178               ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
179               ! thermique créée lors de la dissipation            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
180               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
181               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)  
182               dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk            ! dissipation
183               dtetadis=dtetadis + dtetaecdt            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
184               teta=teta + dtetadis            ucov = ucov + dudis
185              vcov = vcov + dvdis
186               ! Calcul de la valeur moyenne unique de h aux pôles  
187               forall (l = 1: llm)            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
188                  teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
189                       / apoln            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
190                  teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
191                       * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
192               END forall            teta = teta + dtetadis
193    
194               ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
195               ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &            forall (l = 1: llm)
196                    / apols               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
197            END IF                    / apoln
198                 teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
199            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
200            ! préparation du pas d'intégration suivant            END forall
201           END IF
202            ! schema matsuno + leapfrog  
203            IF (forward .OR. leapf) THEN         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
204               itau = itau + 1            ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
205               iday = day_ini + itau / day_step            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
206               time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &                 time = itau + 1)
207                    + time_0            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
208               IF (time > 1.) THEN                 q(:, :, :, 1))
209                  time = time - 1.         ENDIF
210                  iday = iday + 1  
211               ENDIF         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
212            ENDIF            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
213              CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, q, masse, ps)
214            IF (itau == itaufin + 1) exit outer_loop         END IF
215        end do time_integration
216            IF (MOD(itau, iperiod) == 0 .OR. itau == itaufin) THEN  
217               ! ecriture du fichier histoire moyenne:      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
218               CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau, vcov, &           itau = itau_dyn + itaufin)
219                    ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis)  
220               call bilan_dyn(2, dtvr * iperiod, dtvr * day_step * periodav, &      ! Calcul des tendances dynamiques:
221                    ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, q)      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
222            ENDIF      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
223             dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
224            IF (itau == itaufin) CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, &           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
                q, masse, ps, itau=itau_dyn+itaufin)  
   
           ! 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  
225    
226    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
227    
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