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revision 26 by guez, Tue Mar 9 15:27:15 2010 UTC revision 70 by guez, Mon Jun 24 15:39:52 2013 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      ! Auteurs: 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, &      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &
22           nday, offline, 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
27      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
28        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, itaufin      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:      ! 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(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 filtré 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), dq((iim + 1) * (jjm + 1), llm, nqmx)
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      ! variables pour le fichier histoire      REAL dtetafi(iim + 1, jjm + 1, llm), dqfi((iim + 1) * (jjm + 1), llm, nqmx)
87        real dpfi((iim + 1) * (jjm + 1))
88    
89      REAL tppn(iim), tpps(iim), tpn, tps      ! 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 iday ! jour julien      INTEGER itaufin
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)
95      LOGICAL:: lafin=.false.      INTEGER l
     INTEGER ij, l  
   
96      REAL rdayvrai, rdaym_ini      REAL rdayvrai, rdaym_ini
97    
98      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation energie
99      REAL ecin(ip1jmp1, llm), ecin0(ip1jmp1, llm)      REAL ecin(iim + 1, jjm + 1, llm), ecin0(iim + 1, jjm + 1, llm)
     ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
     ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique  
     ! cree par la dissipation  
     REAL dtetaecdt(ip1jmp1, llm)  
     REAL vcont(ip1jm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
     CHARACTER*15 ztit  
     INTEGER:: ip_ebil_dyn = 0 ! PRINT level for energy conserv. diag.  
100    
101      logical:: dissip_conservative = .true.      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
102      logical forward, leapf, apphys, conser, apdiss      logical leapf
103        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  
113      dq = 0.      dq = 0.
114    
115      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
116      CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
117      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
118    
119      ! Debut de l'integration temporelle:      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
120      outer_loop:do         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
121         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &         if (leapf) then
122              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            dt = 2 * dtvr
123         vcovm1 = vcov         else
124         ucovm1 = ucov            ! Matsuno
125         tetam1 = teta            dt = dtvr
126         massem1 = masse            if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &
127         psm1 = ps                 call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)
128         forward = .TRUE.            vcovm1 = vcov
129         leapf = .FALSE.            ucovm1 = ucov
130         dt = dtvr            tetam1 = teta
131         finvmaold = masse            massem1 = masse
132         CALL filtreg(finvmaold, jjp1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            psm1 = ps
133              finvmaold = masse
134         do            CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE.)
135            ! gestion des appels de la physique et des dissipations:         end if
136            apphys = MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0  
137            conser = MOD(itau, iconser) == 0         ! Calcul des tendances dynamiques:
138            apdiss = MOD(itau + 1, idissip) == 0         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
139           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
140            ! calcul des tendances dynamiques:              dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
141            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)              conser=MOD(itau, iconser)==0)
142            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &  
143                 conser, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &         ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)
144                 time + iday - day_ini)         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)
145    
146            IF (forward .OR. leapf) THEN         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
147               ! calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidite)         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
148               CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)              dtvr, itau)
149               IF (offline) THEN  
150                  ! Stokage du flux de masse pour traceurs off-line         ! Intégrations dynamique et traceurs:
151                  CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, dtvr, &         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
152                       itau)              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &
153               ENDIF              leapf)
154            ENDIF  
155           if (.not. leapf) then
156              ! Matsuno backward
157              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
158              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
159    
160              ! Calcul des tendances dynamiques:
161              CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
162              CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
163                   phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
164                   conser=.false.)
165    
166            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
167            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &
168                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &
169                 finvmaold, leapf)                 finvmaold, dtvr, leapf=.false.)
170           end if
           IF (apphys) 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  
   
              ! Diagnostique de conservation de l'énergie : initialisation  
              IF (ip_ebil_dyn >= 1) THEN  
                 ztit='bil dyn'  
                 CALL diagedyn(ztit, 2, 1, 1, dtphys, ucov, vcov, ps, p3d, pk, &  
                      teta, q(:, :, 1), q(:, :, 2))  
              ENDIF  
   
              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)  
   
              ! Diagnostique de conservation de l'énergie : difference  
              IF (ip_ebil_dyn >= 1) THEN  
                 ztit = 'bil phys'  
                 CALL diagedyn(ztit, 2, 1, 1, dtphys, ucov, vcov, ps, p3d, pk, &  
                      teta, q(:, :, 1), q(:, :, 2))  
              ENDIF  
           ENDIF  
171    
172            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
173            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ! Calcul des tendances physiques:
174    
175            IF (apdiss) THEN            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
176               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
177    
178               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec
179               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            rdayvrai = rdaym_ini + day_ini
180               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0
181              IF (time > 1.) time = time - 1.
182               ! dissipation  
183               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, masse, ps, pk, &
184               ucov=ucov + dudis                 phis, phi, dudyn, dv, dq, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi, &
185               vcov=vcov + dvdis                 lafin = itau + 1 == itaufin)
186    
187               if (dissip_conservative) then            ! Ajout des tendances physiques:
188                  ! On rajoute la tendance due a la transform. Ec -> E            CALL addfi(nqmx, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, dtetafi, &
189                  ! therm. cree lors de la dissipation                 dqfi, dpfi)
190                  call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)         ENDIF
191                  call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)  
192                  dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
193                  dtetadis=dtetadis + dtetaecdt         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
194               endif  
195               teta=teta + dtetadis         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
196              ! Dissipation horizontale et verticale des petites échelles
197               ! Calcul de la valeur moyenne, unique de h aux poles .....  
198               DO l = 1, llm            ! calcul de l'énergie cinétique avant dissipation
199                  DO ij = 1, iim            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
200                     tppn(ij) = aire(ij) * teta(ij, l)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
201                     tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * teta(ij + ip1jm, l)  
202                  ENDDO            ! dissipation
203                  tpn = SUM(tppn) / apoln            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
204                  tps = SUM(tpps) / apols            ucov = ucov + dudis
205              vcov = vcov + dvdis
206                  DO ij = 1, iip1  
207                     teta(ij, l) = tpn            ! On ajoute la tendance due à la transformation énergie
208                     teta(ij + ip1jm, l) = tps            ! cinétique en énergie thermique par la dissipation
209                  ENDDO            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
210               ENDDO            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
211              dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
212               DO ij = 1, iim            teta = teta + dtetadis
213                  tppn(ij) = aire(ij) * ps(ij)  
214                  tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * ps(ij + ip1jm)            ! Calcul de la valeur moyenne aux pôles :
215               ENDDO            forall (l = 1: llm)
216               tpn = SUM(tppn) / apoln               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
217               tps = SUM(tpps) / apols                    / apoln
218                 teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
219               DO ij = 1, iip1                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
220                  ps(ij) = tpn            END forall
221                  ps(ij + ip1jm) = tps  
222               ENDDO            ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln
223            END IF            ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &
224                   / apols
225            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"         END IF
226            ! préparation du pas d'intégration suivant  
227           IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
228            ! schema matsuno + leapfrog            ! Écriture du fichier histoire moyenne:
229            IF (forward .OR. leapf) THEN            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
230               itau = itau + 1                 time = itau + 1)
231               iday = day_ini + itau / day_step            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
232               time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &                 q(:, :, :, 1))
233                    + time_0         ENDIF
234               IF (time > 1.) THEN  
235                  time = time - 1.         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
236                  iday = iday + 1            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
237               ENDIF            CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, q, masse, ps)
238            ENDIF         END IF
239        end do time_integration
240            IF (itau == itaufin + 1) exit outer_loop  
241        CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
242            IF (MOD(itau, iperiod) == 0 .OR. itau == itaufin) THEN           itau = itau_dyn + itaufin)
243               ! ecriture du fichier histoire moyenne:  
244               CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau, vcov, &      ! Calcul des tendances dynamiques:
245                    ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis)      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
246               call bilan_dyn(2, dtvr * iperiod, dtvr * day_step * periodav, &      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
247                    ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, q)           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
248            ENDIF           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
   
           IF (itau == itaufin) THEN  
              CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps)  
           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  
249    
250    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
251    
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