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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 95 by guez, Wed Apr 2 12:59:54 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, 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, 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: iip1, ip1jm, ip1jmp1, jjp1      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: dt, 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(ip1jm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
42      REAL teta(ip1jmp1, llm) ! temperature potentielle      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
43      REAL ps(ip1jmp1) ! 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(ip1jmp1, 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(ip1jm, llm) !flux de masse      ! Flux de masse :
68        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
69      ! variables dynamiques au pas - 1  
70      REAL vcovm1(ip1jm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)      ! Variables dynamiques au pas - 1
71      REAL tetam1(ip1jmp1, llm), psm1(ip1jmp1)      REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, llm)
72      REAL massem1(ip1jmp1, llm)      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
73        REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
74      ! tendances dynamiques  
75      REAL dv(ip1jm, llm), du(ip1jmp1, llm)      ! Tendances dynamiques
76      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), dudyn(iim + 1, jjm + 1, llm)
77        REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
78      ! tendances de la dissipation      real dp((iim + 1) * (jjm + 1))
79      REAL dvdis(ip1jm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)  
80      REAL dtetadis(ip1jmp1, llm)      ! Tendances de la dissipation :
81        REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
82      ! tendances physiques      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
83      REAL dvfi(ip1jm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)  
84      REAL dtetafi(ip1jmp1, llm), dqfi(ip1jmp1, llm, nqmx), dpfi(ip1jmp1)      ! Tendances physiques
85        REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
86        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
   
     REAL tppn(iim), tpps(iim), tpn, tps  
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)
94      LOGICAL:: lafin=.false.      INTEGER l
     INTEGER ij, l  
   
95      REAL rdayvrai, rdaym_ini      REAL rdayvrai, rdaym_ini
96    
97      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation \'energie
98      REAL ecin(ip1jmp1, llm), ecin0(ip1jmp1, 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(ip1jmp1, llm)      real dt ! time step, in s
     REAL vcont(ip1jm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
     logical forward, leapf  
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, jjp1, 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)                 finvmaold, dtvr, leapf=.false.)
166           end if
167            IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN  
168               ! calcul des tendances physiques:         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
169               IF (itau + 1 == itaufin) lafin = .TRUE.            ! Calcul des tendances physiques:
170    
171               CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
172               CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
173    
174               rdaym_ini = itau * dtvr / daysec            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec
175               rdayvrai = rdaym_ini + day_ini            rdayvrai = rdaym_ini + day_ini
176              time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0
177               CALL calfis(nqmx, lafin, rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, &            IF (time > 1.) time = time - 1.
178                    masse, ps, pk, phis, phi, du, dv, dteta, dq, w, &  
179                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, pk, phis, phi, w, &
180                   dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, lafin = itau + 1 == itaufin)
181               ! ajout des tendances physiques:  
182               CALL addfi(nqmx, dtphys, &            ! Ajout des tendances physiques:
183                    ucov, vcov, teta, q, ps, &            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
184                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)         ENDIF
185            ENDIF  
186           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
187            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
188            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
189           IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
190            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
191               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:  
192              ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
193               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
194               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
195               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)  
196              ! dissipation
197               ! dissipation            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
198               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            ucov = ucov + dudis
199               ucov=ucov + dudis            vcov = vcov + dvdis
200               vcov=vcov + dvdis  
201              ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
202               ! On rajoute la tendance due a la transform. Ec -> E            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
203               ! therm. cree lors de la dissipation            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
204               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
205               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
206               dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk            teta = teta + dtetadis
207               dtetadis=dtetadis + dtetaecdt  
208               teta=teta + dtetadis            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
209              forall (l = 1: llm)
210               ! Calcul de la valeur moyenne, unique de h aux poles .....               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
211               DO l = 1, llm                    / apoln
212                  DO ij = 1, iim               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
213                     tppn(ij) = aire(ij) * teta(ij, l)                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
214                     tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * teta(ij + ip1jm, l)            END forall
215                  ENDDO         END IF
216                  tpn = SUM(tppn) / apoln  
217                  tps = SUM(tpps) / apols         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
218              ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
219                  DO ij = 1, iip1            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
220                     teta(ij, l) = tpn                 time = itau + 1)
221                     teta(ij + ip1jm, l) = tps            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
222                  ENDDO                 q(:, :, :, 1))
223               ENDDO         ENDIF
224    
225               DO ij = 1, iim         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
226                  tppn(ij) = aire(ij) * ps(ij)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
227                  tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * ps(ij + ip1jm)            CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, q, masse, ps)
228               ENDDO         END IF
229               tpn = SUM(tppn) / apoln      end do time_integration
230               tps = SUM(tpps) / apols  
231        CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
232               DO ij = 1, iip1           itau = itau_dyn + itaufin)
233                  ps(ij) = tpn  
234                  ps(ij + ip1jm) = tps      ! Calcul des tendances dynamiques:
235               ENDDO      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
236            END IF      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
237             dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
238            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
           ! préparation du pas d'intégration suivant  
   
           ! schema matsuno + leapfrog  
           IF (forward .OR. leapf) THEN  
              itau = itau + 1  
              iday = day_ini + itau / day_step  
              time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &  
                   + time_0  
              IF (time > 1.) THEN  
                 time = time - 1.  
                 iday = iday + 1  
              ENDIF  
           ENDIF  
   
           IF (itau == itaufin + 1) exit outer_loop  
   
           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  
239    
240    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
241    
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