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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 26 by guez, Tue Mar 9 15:27:15 2010 UTC trunk/dyn3d/leapfrog.f revision 90 by guez, Wed Mar 12 21:16:36 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      ! 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 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      ! 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  
     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, pkf)
116    
117      ! Debut de l'integration temporelle:      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
118      outer_loop:do         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
119         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &         if (leapf) then
120              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            dt = 2 * dtvr
121         vcovm1 = vcov         else
122         ucovm1 = ucov            ! Matsuno
123         tetam1 = teta            dt = dtvr
124         massem1 = masse            if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &
125         psm1 = ps                 call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)
126         forward = .TRUE.            vcovm1 = vcov
127         leapf = .FALSE.            ucovm1 = ucov
128         dt = dtvr            tetam1 = teta
129         finvmaold = masse            massem1 = masse
130         CALL filtreg(finvmaold, jjp1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            psm1 = ps
131              finvmaold = masse
132         do            CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE.)
133            ! gestion des appels de la physique et des dissipations:         end if
134            apphys = MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0  
135            conser = MOD(itau, iconser) == 0         ! Calcul des tendances dynamiques:
136            apdiss = MOD(itau + 1, idissip) == 0         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
137           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
138            ! calcul des tendances dynamiques:              dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
139            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)              conser = MOD(itau, iconser) == 0)
140            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &  
141                 conser, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
142                 time + iday - day_ini)  
143           ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
144            IF (forward .OR. leapf) THEN         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
145               ! calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidite)              dtvr, itau)
146               CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)  
147               IF (offline) THEN         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
148                  ! Stokage du flux de masse pour traceurs off-line         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
149                  CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, dtvr, &              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &
150                       itau)              leapf)
151               ENDIF  
152            ENDIF         if (.not. leapf) then
153              ! Matsuno backward
154              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
155              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
156    
157              ! Calcul des tendances dynamiques:
158              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, time_0, &
161                   conser = .false.)
162    
163            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
164            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &
165                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &
166                 finvmaold, leapf)                 finvmaold, dtvr, leapf=.false.)
167           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  
168    
169            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
170            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ! Calcul des tendances physiques:
171    
172            IF (apdiss) THEN            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
173               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
174    
175               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec
176               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            rdayvrai = rdaym_ini + day_ini
177               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0
178              IF (time > 1.) time = time - 1.
179               ! dissipation  
180               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, ps, pk, phis, phi, &
181               ucov=ucov + dudis                 w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi, lafin = itau + 1 == itaufin)
182               vcov=vcov + dvdis  
183              ! Ajout des tendances physiques:
184               if (dissip_conservative) then            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)
185                  ! On rajoute la tendance due a la transform. Ec -> E         ENDIF
186                  ! therm. cree lors de la dissipation  
187                  call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
188                  call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
189                  dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk  
190                  dtetadis=dtetadis + dtetaecdt         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
191               endif            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
192               teta=teta + dtetadis  
193              ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
194               ! Calcul de la valeur moyenne, unique de h aux poles .....            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
195               DO l = 1, llm            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
196                  DO ij = 1, iim  
197                     tppn(ij) = aire(ij) * teta(ij, l)            ! dissipation
198                     tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * teta(ij + ip1jm, l)            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
199                  ENDDO            ucov = ucov + dudis
200                  tpn = SUM(tppn) / apoln            vcov = vcov + dvdis
201                  tps = SUM(tpps) / apols  
202              ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
203                  DO ij = 1, iip1            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
204                     teta(ij, l) = tpn            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
205                     teta(ij + ip1jm, l) = tps            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
206                  ENDDO            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
207               ENDDO            teta = teta + dtetadis
208    
209               DO ij = 1, iim            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
210                  tppn(ij) = aire(ij) * ps(ij)            forall (l = 1: llm)
211                  tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * ps(ij + ip1jm)               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
212               ENDDO                    / apoln
213               tpn = SUM(tppn) / apoln               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
214               tps = SUM(tpps) / apols                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
215              END forall
216               DO ij = 1, iip1         END IF
217                  ps(ij) = tpn  
218                  ps(ij + ip1jm) = tps         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
219               ENDDO            ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
220            END IF            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
221                   time = itau + 1)
222            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
223            ! préparation du pas d'intégration suivant                 q(:, :, :, 1))
224           ENDIF
225            ! schema matsuno + leapfrog  
226            IF (forward .OR. leapf) THEN         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
227               itau = itau + 1            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
228               iday = day_ini + itau / day_step            CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, q, masse, ps)
229               time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &         END IF
230                    + time_0      end do time_integration
231               IF (time > 1.) THEN  
232                  time = time - 1.      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
233                  iday = iday + 1           itau = itau_dyn + itaufin)
234               ENDIF  
235            ENDIF      ! Calcul des tendances dynamiques:
236        CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
237            IF (itau == itaufin + 1) exit outer_loop      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
238             dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
239            IF (MOD(itau, iperiod) == 0 .OR. itau == itaufin) THEN           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
              ! 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)  
           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  
240    
241    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
242    
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