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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 90 by guez, Wed Mar 12 21:16:36 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
     USE com_io_dyn, ONLY: histaveid  
18      USE comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr      USE comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr
19      USE comgeom, ONLY: aire_2d, apoln, apols      USE comgeom, ONLY: aire_2d, apoln, apols
20      USE comvert, ONLY: ap, bp      USE disvert_m, 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, ok_guide, iecri
23      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
24        use dissip_m, only: dissip
25      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini
26      use dynredem1_m, only: dynredem1      use dynredem1_m, only: dynredem1
27      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
28      use filtreg_m, only: filtreg      use filtreg_m, only: filtreg
29        use fluxstokenc_m, only: fluxstokenc
30        use geopot_m, only: geopot
31      USE guide_m, ONLY: guide      USE guide_m, ONLY: guide
32      use inidissip_m, only: idissip      use inidissip_m, only: idissip
33      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use integrd_m, only: integrd
34      USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1      use nr_util, only: assert
     USE pression_m, ONLY: pression  
35      USE pressure_var, ONLY: p3d      USE pressure_var, ONLY: p3d
36      USE temps, ONLY: itau_dyn      USE temps, ONLY: itau_dyn
37        use writedynav_m, only: writedynav
38        use writehist_m, only: writehist
39    
40      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
41      REAL vcov((iim + 1) * jjm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
42      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
43      REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa  
44        REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
45      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      ! potential temperature
46      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol  
47      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
48        REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
49        REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
50    
51        REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
52        ! mass fractions of advected fields
53    
54      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(in):: time_0
55    
56      ! Variables local to the procedure:      ! Variables local to the procedure:
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)
87        real dpfi((iim + 1) * (jjm + 1))
88    
89      ! variables pour le fichier histoire      ! 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)
     LOGICAL:: lafin=.false.  
95      INTEGER l      INTEGER l
   
96      REAL rdayvrai, rdaym_ini      REAL rdayvrai, rdaym_ini
97    
98      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation \'energie
99      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)
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(iim + 1, jjm + 1, llm)      real dt
     REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
     logical forward, leapf  
     REAL dt  
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 .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &
125         psm1 = ps                 call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)
126         forward = .TRUE.            vcovm1 = vcov
127         leapf = .FALSE.            ucovm1 = ucov
128         dt = dtvr            tetam1 = teta
129         finvmaold = masse            massem1 = masse
130         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            psm1 = ps
131              finvmaold = masse
132              CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE.)
133           end if
134    
135           ! Calcul des tendances dynamiques:
136           CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
137           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
138                dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
139                conser = MOD(itau, iconser) == 0)
140    
141           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
142    
143           ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
144           IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
145                dtvr, itau)
146    
147           ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
148           CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
149                dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &
150                leapf)
151    
152           if (.not. leapf) then
153              ! Matsuno backward
154              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
155              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
156    
        do  
157            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
158            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
159            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
160                 MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &                 phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
161                 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  
162    
163            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
164            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &
165                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &
166                 finvmaold, leapf, dt)                 finvmaold, dtvr, leapf=.false.)
167           end if
           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  
168    
169            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
170            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ! Calcul des tendances physiques:
171    
172            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
173               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
174    
175               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec
176               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            rdayvrai = rdaym_ini + day_ini
177               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0
178              IF (time > 1.) time = time - 1.
179               ! dissipation  
180               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, ps, pk, phis, phi, &
181               ucov=ucov + dudis                 w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi, lafin = itau + 1 == itaufin)
182               vcov=vcov + dvdis  
183              ! Ajout des tendances physiques:
184               ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)
185               ! thermique créée lors de la dissipation         ENDIF
186               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)  
187               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
188               dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
189               dtetadis=dtetadis + dtetaecdt  
190               teta=teta + dtetadis         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
191              ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
192               ! Calcul de la valeur moyenne unique de h aux pôles  
193               forall (l = 1: llm)            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
194                  teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
195                       / apoln            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
196                  teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &  
197                       * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols            ! dissipation
198               END forall            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
199              ucov = ucov + dudis
200               ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln            vcov = vcov + dvdis
201               ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &  
202                    / apols            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
203            END IF            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
204              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
205            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
206            ! préparation du pas d'intégration suivant            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
207              teta = teta + dtetadis
208            ! schema matsuno + leapfrog  
209            IF (forward .OR. leapf) THEN            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
210               itau = itau + 1            forall (l = 1: llm)
211               iday = day_ini + itau / day_step               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
212               time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &                    / apoln
213                    + time_0               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
214               IF (time > 1.) THEN                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
215                  time = time - 1.            END forall
216                  iday = iday + 1         END IF
217               ENDIF  
218            ENDIF         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
219              ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
220            IF (itau == itaufin + 1) exit outer_loop            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
221                   time = itau + 1)
222            IF (MOD(itau, iperiod) == 0 .OR. itau == itaufin) THEN            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
223               ! ecriture du fichier histoire moyenne:                 q(:, :, :, 1))
224               CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau, vcov, &         ENDIF
225                    ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis)  
226               call bilan_dyn(2, dtvr * iperiod, dtvr * day_step * periodav, &         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
227                    ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, q)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
228            ENDIF            CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, q, masse, ps)
229           END IF
230            IF (itau == itaufin) CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, &      end do time_integration
231                 q, masse, ps, itau=itau_dyn+itaufin)  
232        CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
233            ! gestion de l'integration temporelle:           itau = itau_dyn + itaufin)
234            IF (MOD(itau, iperiod) == 0) exit  
235            IF (MOD(itau - 1, iperiod) == 0) THEN      ! Calcul des tendances dynamiques:
236               IF (forward) THEN      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
237                  ! fin du pas forward et debut du pas backward      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
238                  forward = .FALSE.           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
239                  leapf = .FALSE.           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
              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  
240    
241    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
242    
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