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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 91 by guez, Wed Mar 26 17:18:58 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:      ! 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)
87    
88      ! variables pour le fichier histoire      ! Variables pour le fichier histoire
89    
90      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
91      INTEGER itaufin      INTEGER itaufin
     INTEGER iday ! jour julien  
92      REAL time ! time of day, as a fraction of day length      REAL time ! time of day, as a fraction of day length
93      real finvmaold(ip1jmp1, llm)      real finvmaold(iim + 1, jjm + 1, llm)
     LOGICAL:: lafin=.false.  
94      INTEGER l      INTEGER l
   
95      REAL rdayvrai, rdaym_ini      REAL rdayvrai, rdaym_ini
96    
97      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation \'energie
98      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)
99      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
100      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
101      ! cree par la dissipation      logical leapf
102      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  
103    
104      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
105    
106      print *, "Call sequence information: leapfrog"      print *, "Call sequence information: leapfrog"
107        call assert(shape(ucov) == (/iim + 1, jjm + 1, llm/), "leapfrog")
108    
109      itaufin = nday * day_step      itaufin = nday * day_step
110      itau = 0      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
111      iday = day_ini  
     time = time_0  
     dq = 0.  
112      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
113      CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
114      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
115    
116      ! Début de l'integration temporelle :      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
117      outer_loop:do         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
118         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &         if (leapf) then
119              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            dt = 2 * dtvr
120         vcovm1 = vcov         else
121         ucovm1 = ucov            ! Matsuno
122         tetam1 = teta            dt = dtvr
123         massem1 = masse            if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &
124         psm1 = ps                 call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)
125         forward = .TRUE.            vcovm1 = vcov
126         leapf = .FALSE.            ucovm1 = ucov
127         dt = dtvr            tetam1 = teta
128         finvmaold = masse            massem1 = masse
129         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            psm1 = ps
130              finvmaold = masse
131              CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE.)
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           if (.not. leapf) then
152              ! Matsuno backward
153              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
154              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
155    
        do  
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, dt)                 finvmaold, dtvr, leapf=.false.)
166           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  
167    
168            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
169            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ! Calcul des tendances physiques:
170    
171            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
172               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
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, ps, pk, phis, phi, &
180               ucov=ucov + dudis                 w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, lafin = itau + 1 == itaufin)
181               vcov=vcov + dvdis  
182              ! Ajout des tendances physiques:
183               ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
184               ! thermique créée lors de la dissipation         ENDIF
185               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)  
186               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
187               dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
188               dtetadis=dtetadis + dtetaecdt  
189               teta=teta + dtetadis         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
190              ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
191               ! Calcul de la valeur moyenne unique de h aux pôles  
192               forall (l = 1: llm)            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
193                  teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
194                       / apoln            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
195                  teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &  
196                       * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols            ! dissipation
197               END forall            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
198              ucov = ucov + dudis
199               ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln            vcov = vcov + dvdis
200               ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &  
201                    / apols            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
202            END IF            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
203              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
204            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
205            ! préparation du pas d'intégration suivant            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
206              teta = teta + dtetadis
207            ! schema matsuno + leapfrog  
208            IF (forward .OR. leapf) THEN            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
209               itau = itau + 1            forall (l = 1: llm)
210               iday = day_ini + itau / day_step               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
211               time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &                    / apoln
212                    + time_0               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
213               IF (time > 1.) THEN                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
214                  time = time - 1.            END forall
215                  iday = iday + 1         END IF
216               ENDIF  
217            ENDIF         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
218              ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
219            IF (itau == itaufin + 1) exit outer_loop            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
220                   time = itau + 1)
221            IF (MOD(itau, iperiod) == 0 .OR. itau == itaufin) THEN            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
222               ! ecriture du fichier histoire moyenne:                 q(:, :, :, 1))
223               CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau, vcov, &         ENDIF
224                    ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis)  
225               call bilan_dyn(2, dtvr * iperiod, dtvr * day_step * periodav, &         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
226                    ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, q)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
227            ENDIF            CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, q, masse, ps)
228           END IF
229            IF (itau == itaufin) CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, &      end do time_integration
230                 q, masse, ps, itau=itau_dyn+itaufin)  
231        CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
232            ! gestion de l'integration temporelle:           itau = itau_dyn + itaufin)
233            IF (MOD(itau, iperiod) == 0) exit  
234            IF (MOD(itau - 1, iperiod) == 0) THEN      ! Calcul des tendances dynamiques:
235               IF (forward) THEN      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
236                  ! fin du pas forward et debut du pas backward      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
237                  forward = .FALSE.           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
238                  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  
239    
240    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
241    
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