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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 32 by guez, Tue Apr 6 17:52:58 2010 UTC trunk/Sources/dyn3d/leapfrog.f revision 207 by guez, Thu Sep 1 10:30:53 2016 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
     ! schema matsuno + leapfrog  
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: 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 covcont_m, only: covcont
22        USE disvert_m, ONLY: ap, bp
23      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &
24           periodav           iflag_phys, iecri
25        USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
26      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
27        use dissip_m, only: dissip
28      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini
29      use dynredem1_m, only: dynredem1      use dynredem1_m, only: dynredem1
30        use enercin_m, only: enercin
31      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
32      use filtreg_m, only: filtreg      use filtreg_scal_m, only: filtreg_scal
33        use fluxstokenc_m, only: fluxstokenc
34        use geopot_m, only: geopot
35      USE guide_m, ONLY: guide      USE guide_m, ONLY: guide
36      use inidissip_m, only: idissip      use inidissip_m, only: idissip
37      use integrd_m, only: integrd      use integrd_m, only: integrd
38      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use nr_util, only: assert
     USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1  
     USE pression_m, ONLY: pression  
     USE pressure_var, ONLY: p3d  
39      USE temps, ONLY: itau_dyn      USE temps, ONLY: itau_dyn
40        use writedynav_m, only: writedynav
41        use writehist_m, only: writehist
42    
43      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
44      REAL, intent(inout):: vcov((iim + 1) * jjm, llm) ! vent covariant      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
45      REAL, intent(inout):: ucov(ip1jmp1, llm) ! vent covariant      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
46      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature  
47      REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
48        ! potential temperature
49      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air  
50      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
51      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
52      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
53    
54      ! Variables local to the procedure:      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
55        ! mass fractions of advected fields
56    
57        ! 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(iim + 1, jjm + 1, 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((iim + 1) * jjm, llm) !flux de masse      ! Flux de masse :
69        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
70    
71      ! variables dynamiques au pas - 1      ! Variables dynamiques au pas - 1
72      REAL vcovm1((iim + 1) * jjm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)      REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, llm)
73      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
74      REAL massem1(ip1jmp1, llm)      REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
75    
76      ! tendances dynamiques      ! Tendances dynamiques
77      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(ip1jmp1, llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), dudyn(iim + 1, jjm + 1, llm)
78      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
79        real dp((iim + 1) * (jjm + 1))
80    
81      ! tendances de la dissipation      ! Tendances de la dissipation :
82      REAL dvdis((iim + 1) * jjm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)      REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
83      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
84    
85      ! tendances physiques      ! Tendances physiques
86      REAL dvfi((iim + 1) * jjm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)      REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
87      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  
88    
89        ! Variables pour le fichier histoire
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
92      INTEGER iday ! jour julien      INTEGER l
     REAL time ! time of day, as a fraction of day length  
     real finvmaold(ip1jmp1, llm)  
     LOGICAL:: lafin=.false.  
     INTEGER i, j, l  
   
     REAL rdayvrai, rdaym_ini  
93    
94      ! 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
100      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
101        REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm+1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
102        ! ("p3d(i, j, l)" is at longitude "rlonv(i)", latitude "rlatu(j)",
103        ! for interface "l")
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      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore "itaufin" is one too      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
112    
     itau = 0  
     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)
116        pkf = pk
117      ! Début de l'integration temporelle :      CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
118      period_loop:do i = 1, itaufin / iperiod  
119         ! {"itau" is a multiple of "iperiod"}      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
120           leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
121         ! 1. Matsuno forward:         if (leapf) then
122              dt = 2 * dtvr
123         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &         else
124              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            ! Matsuno
125         vcovm1 = vcov            dt = dtvr
126         ucovm1 = ucov            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
127         tetam1 = teta            vcovm1 = vcov
128         massem1 = masse            ucovm1 = ucov
129         psm1 = ps            tetam1 = teta
130         finvmaold = masse            massem1 = masse
131         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            psm1 = ps
132           end if
133    
134         ! Calcul des tendances dynamiques:         ! Calcul des tendances dynamiques:
135         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
136         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
137              MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &              dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
138              time + iday - day_ini)              conser = MOD(itau, iconser) == 0)
139    
140           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
141    
        ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)  
        CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)  
142         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
143         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
144              dtvr, itau)              dtvr, itau)
145    
146         ! integrations dynamique et traceurs:         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
147         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
148              dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, finvmaold, .false., &              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
149              dtvr)  
150           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
151         CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
152         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)         pkf = pk
153           CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
        ! 2. Matsuno backward:  
   
        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  
154    
155         ! Calcul des tendances dynamiques:         if (.not. leapf) then
156         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            ! Matsuno backward
157         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            ! Calcul des tendances dynamiques:
158              .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time + iday - day_ini)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
159              CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
160                   phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
161    
162              ! integrations dynamique et traceurs:
163              CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &
164                   dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
165                   leapf=.false.)
166    
167              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
168              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
169              pkf = pk
170              CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
171           end if
172    
173           IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
174              CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
175                   dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
176                   time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
177                   lafin = itau + 1 == itaufin)
178    
179         ! integrations dynamique et traceurs:            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
180         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &         ENDIF
             dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, finvmaold, .false., &  
             dtvr)  
181    
182         CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
183         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
184    
185         ! 3. Leapfrog:            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
186              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
187              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
188    
189              ! dissipation
190              CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
191              ucov = ucov + dudis
192              vcov = vcov + dvdis
193    
194              ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
195              ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
196              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
197              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
198              dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
199              teta = teta + dtetadis
200    
201              ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
202              forall (l = 1: llm)
203                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
204                      / apoln
205                 teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
206                      * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
207              END forall
208           END IF
209    
210           IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
211              ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
212              CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
213                   time = itau + 1)
214              call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
215                   q(:, :, :, 1))
216           ENDIF
217    
218         leapfrog_loop: do j = 1, iperiod - 1         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
219            ! Calcul des tendances dynamiques:            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
220            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, masse, ps)
221            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &         END IF
222                 .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &      end do time_integration
                time + iday - day_ini)  
   
           ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)  
           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)  
           ! Stokage du flux de masse pour traceurs off-line:  
           IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &  
                dtvr, itau)  
223    
224            ! integrations dynamique et traceurs:      CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
           CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &  
                dteta, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, &  
                finvmaold, .true., 2 * dtvr)  
   
           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  
   
           CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
           IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN  
              ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:  
   
              ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation  
              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)  
              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)  
   
              ! dissipation  
              CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)  
              ucov=ucov + dudis  
              vcov=vcov + dvdis  
   
              ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E  
              ! thermique créée lors de la dissipation  
              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)  
              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)  
              dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk  
              dtetadis=dtetadis + dtetaecdt  
              teta=teta + dtetadis  
   
              ! Calcul de la valeur moyenne aux pôles :  
              forall (l = 1: llm)  
                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &  
                      / apoln  
                 teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &  
                      * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols  
              END forall  
   
              ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln  
              ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &  
                   / apols  
           END IF  
   
           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  
   
           IF (MOD(itau, iperiod) == 0) 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  
        end do leapfrog_loop  
     end do period_loop  
   
     ! {itau == itaufin}  
     CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &  
          itau=itau_dyn+itaufin)  
225    
226      ! Calcul des tendances dynamiques:      ! Calcul des tendances dynamiques:
227      CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
228      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
229           MOD(itaufin, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
230           time + iday - day_ini)           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
231    
232    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
233    
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