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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 36 by guez, Thu Dec 2 17:11:04 2010 UTC trunk/dyn3d/leapfrog.f revision 313 by guez, Mon Dec 10 15:54:30 2018 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
     ! Matsuno-leapfrog scheme.  
11    
12        ! Int\'egration temporelle du mod\`ele : 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 conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &      USE disvert_m, ONLY: ap, bp
23           periodav      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, iflag_phys
24      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx      USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
25      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini      USE dimensions, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
26        use dissip_m, only: dissip
27        USE dynetat0_m, ONLY: day_ini, itau_dyn
28      use dynredem1_m, only: dynredem1      use dynredem1_m, only: dynredem1
29        use enercin_m, only: enercin
30      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
31      use filtreg_m, only: filtreg      use filtreg_scal_m, only: filtreg_scal
32        use geopot_m, only: geopot
33      USE guide_m, ONLY: guide      USE guide_m, ONLY: guide
34      use inidissip_m, only: idissip      use inidissip_m, only: idissip
35      use integrd_m, only: integrd      use integrd_m, only: integrd
36      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use nr_util, only: assert
37      USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1      use writehist_m, only: writehist
     USE pression_m, ONLY: pression  
     USE pressure_var, ONLY: p3d  
     USE temps, ONLY: itau_dyn  
38    
39      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
40      REAL, intent(inout):: ucov(ip1jmp1, llm) ! vent covariant      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
41      REAL, intent(inout):: vcov((iim + 1) * jjm, llm) ! vent covariant      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
42      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature  
43      REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
44      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      ! potential temperature
45      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol  
46      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
47      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
48        REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
49    
50        REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
51        ! mass fractions of advected fields
52    
53      ! Variables local to the procedure:      ! Local:
54    
55      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
56    
57      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
58      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
59      REAL pkf(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches      REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
60      REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential      REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
61      REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale      REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
62    
63        ! Variables dynamiques interm\'ediaires pour le transport
64        ! Flux de masse :
65        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
66    
67      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport      ! Variables dynamiques au pas - 1
68      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm) !flux de masse      REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, llm)
   
     ! variables dynamiques au pas - 1  
     REAL vcovm1((iim + 1) * jjm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)  
69      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
70      REAL massem1(ip1jmp1, llm)      REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
71    
72      ! tendances dynamiques      ! Tendances dynamiques
73      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(ip1jmp1, llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(iim + 1, jjm + 1, llm)
74      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
75        real dp(iim + 1, jjm + 1)
76    
77      ! tendances de la dissipation      ! Tendances de la dissipation :
78      REAL dvdis((iim + 1) * jjm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)      REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
79      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
80    
81      ! tendances physiques      ! Tendances physiques
82      REAL dvfi((iim + 1) * jjm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)      REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
83      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  
84    
85        ! Variables pour le fichier histoire
86      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
87      INTEGER itaufin      INTEGER itaufin
     REAL time ! time of day, as a fraction of day length  
     real finvmaold(ip1jmp1, llm)  
88      INTEGER l      INTEGER l
     REAL rdayvrai, rdaym_ini  
89    
90      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation \'energie
91      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)
92      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
93      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
     ! cree par la dissipation  
     REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)  
     REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
94      logical leapf      logical leapf
95      real dt      real dt ! time step, in s
96    
97        REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm + 1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
98        ! ("p3d(i, j, l)" is at longitude "rlonv(i)", latitude "rlatu(j)",
99        ! for interface "l")
100    
101      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
102    
103      print *, "Call sequence information: leapfrog"      print *, "Call sequence information: leapfrog"
104        call assert(shape(ucov) == (/iim + 1, jjm + 1, llm/), "leapfrog")
105    
106      itaufin = nday * day_step      itaufin = nday * day_step
107      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore "itaufin" is one too      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
   
     dq = 0.  
108    
109      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
110      CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
111      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
112        pkf = pk
113        CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
114    
115      ! Début de l'integration temporelle :      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
     do itau = 0, itaufin - 1  
116         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
117          
118         if (leapf) then         if (leapf) then
119            dt = 2 * dtvr            dt = 2 * dtvr
120         else         else
121            ! Matsuno            ! Matsuno
122            dt = dtvr            dt = dtvr
123            if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
                call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)  
124            vcovm1 = vcov            vcovm1 = vcov
125            ucovm1 = ucov            ucovm1 = ucov
126            tetam1 = teta            tetam1 = teta
127            massem1 = masse            massem1 = masse
128            psm1 = ps            psm1 = ps
           finvmaold = masse  
           CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)  
129         end if         end if
130    
131         ! Calcul des tendances dynamiques:         ! Calcul des tendances dynamiques:
132         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
133         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, du, &
134              MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &              dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = MOD(itau, iconser) == 0)
135              time_0)  
136           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
137         ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)  
138         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
139           CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, dp, &
140         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:              vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
141         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &  
142              dtvr, itau)         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
143           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
144         ! integrations dynamique et traceurs:         pkf = pk
145         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &         CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
             dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, finvmaold, leapf, dt)  
146    
147         if (.not. leapf) then         if (.not. leapf) then
148            ! Matsuno backward            ! Matsuno backward
           CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
149            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
150            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
151            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
152                 phi, .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0)                 phi, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
153    
154            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
155            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
156                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, finvmaold, .false., &                 dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
157                 dtvr)                 leapf=.false.)
158    
159              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
160              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
161              pkf = pk
162              CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
163         end if         end if
164    
165         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys) THEN
166            ! calcul des tendances physiques:            CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
167                   dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
168            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)                 time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
169            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)                 lafin = itau + 1 == itaufin)
170    
171            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
           rdayvrai = rdaym_ini + day_ini  
           time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0  
           IF (time > 1.) time = time - 1.  
   
           CALL calfis(itau + 1 == itaufin, 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)  
172         ENDIF         ENDIF
173    
        CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
        CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
174         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
175            ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
176    
177            ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
178            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
179            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
180    
181            ! dissipation            ! dissipation
182            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
183            ucov=ucov + dudis            ucov = ucov + dudis
184            vcov=vcov + dvdis            vcov = vcov + dvdis
185    
186            ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
187            ! thermique créée lors de la dissipation            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
188            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
189            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
190            dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
191            dtetadis=dtetadis + dtetaecdt            teta = teta + dtetadis
           teta=teta + dtetadis  
192    
193            ! Calcul de la valeur moyenne aux pôles :            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
194            forall (l = 1: llm)            forall (l = 1: llm)
195               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) / apoln
196                    / apoln               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
              teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &  
197                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
198            END forall            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  
199         END IF         END IF
200    
201         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
202            ! ecriture du fichier histoire moyenne:            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
203            CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau + 1, vcov, ucov, teta, pk, &                 q(:, :, :, 1))
                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)  
204         ENDIF         ENDIF
     end do  
205    
206      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
207           itau=itau_dyn+itaufin)         CALL writehist(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, &
208                itau_w = itau_dyn + itau + 1)
209        end do time_integration
210    
211        CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
212    
213      ! Calcul des tendances dynamiques:      ! Calcul des tendances dynamiques:
214      CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
215      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, du, &
216           MOD(itaufin, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &           dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
          time_0)  
217    
218    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
219    
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