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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 107 by guez, Thu Sep 11 15:09:15 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
18      USE com_io_dyn, ONLY: histaveid      USE comconst, ONLY: daysec, 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 > day_step / 4) &
124         psm1 = ps                 call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, 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, direct = .false., intensive = .false.)
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           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
152           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
153    
154         do         if (.not. leapf) then
155              ! Matsuno backward
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.)
   
           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  
166    
167            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
168            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
169           end if
170    
171            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
172               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            ! Calcul des tendances physiques:
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, pk, phis, phi, w, &
180               ucov=ucov + dudis                 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)         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
187               dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
188               dtetadis=dtetadis + dtetaecdt  
189               teta=teta + dtetadis            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
190              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
191               ! Calcul de la valeur moyenne unique de h aux pôles            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
192               forall (l = 1: llm)  
193                  teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &            ! dissipation
194                       / apoln            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
195                  teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &            ucov = ucov + dudis
196                       * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols            vcov = vcov + dvdis
197               END forall  
198              ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
199               ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
200               ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
201                    / apols            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
202            END IF            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
203              teta = teta + dtetadis
204            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"  
205            ! préparation du pas d'intégration suivant            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
206              forall (l = 1: llm)
207            ! schema matsuno + leapfrog               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
208            IF (forward .OR. leapf) THEN                    / apoln
209               itau = itau + 1               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
210               iday = day_ini + itau / day_step                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
211               time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &            END forall
212                    + time_0         END IF
213               IF (time > 1.) THEN  
214                  time = time - 1.         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
215                  iday = iday + 1            ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
216               ENDIF            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
217            ENDIF                 time = itau + 1)
218              call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
219            IF (itau == itaufin + 1) exit outer_loop                 q(:, :, :, 1))
220           ENDIF
221            IF (MOD(itau, iperiod) == 0 .OR. itau == itaufin) THEN  
222               ! ecriture du fichier histoire moyenne:         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
223               CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau, vcov, &            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
224                    ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis)            CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, q, masse, ps)
225               call bilan_dyn(2, dtvr * iperiod, dtvr * day_step * periodav, &         END IF
226                    ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, q)      end do time_integration
227            ENDIF  
228        CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
229            IF (itau == itaufin) CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, &           itau = itau_dyn + itaufin)
230                 q, masse, ps, itau=itau_dyn+itaufin)  
231        ! Calcul des tendances dynamiques:
232            ! gestion de l'integration temporelle:      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
233            IF (MOD(itau, iperiod) == 0) exit      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
234            IF (MOD(itau - 1, iperiod) == 0) THEN           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
235               IF (forward) THEN           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
                 ! 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  
236    
237    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
238    
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