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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 28 by guez, Fri Mar 26 18:33:04 2010 UTC trunk/dyn3d/leapfrog.f revision 128 by guez, Thu Feb 12 16:23:33 2015 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
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
19      USE comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr      USE comgeom, ONLY: aire_2d, apoln, apols
20      USE comgeom, ONLY: aire, apoln, apols      USE disvert_m, ONLY: ap, bp
     USE comvert, 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, iecri
23      USE dimens_m, ONLY: iim, llm, nqmx      USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
24        USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
25        use dissip_m, only: dissip
26      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini
27      use dynredem1_m, only: dynredem1      use dynredem1_m, only: dynredem1
28      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
29      use filtreg_m, only: filtreg      use filtreg_m, only: filtreg
30        use fluxstokenc_m, only: fluxstokenc
31        use geopot_m, only: geopot
32      USE guide_m, ONLY: guide      USE guide_m, ONLY: guide
33      use inidissip_m, only: idissip      use inidissip_m, only: idissip
34      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use integrd_m, only: integrd
35      USE paramet_m, ONLY: iip1, ip1jm, ip1jmp1, jjp1      use nr_util, only: assert
     USE pression_m, ONLY: pression  
36      USE pressure_var, ONLY: p3d      USE pressure_var, ONLY: p3d
37      USE temps, ONLY: itau_dyn      USE temps, ONLY: itau_dyn
38        use writedynav_m, only: writedynav
39        use writehist_m, only: writehist
40    
41      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
42      REAL vcov(ip1jm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
43      REAL teta(ip1jmp1, llm) ! temperature potentielle      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
     REAL ps(ip1jmp1) ! pression au sol, en Pa  
   
     REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air  
     REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol  
     REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields  
     REAL, intent(in):: time_0  
44    
45      ! Variables local to the procedure:      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
46        ! potential temperature
47    
48      ! Variables dynamiques:      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
49        REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
50        REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
51    
52        REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
53        ! mass fractions of advected fields
54    
55      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      ! Local:
     REAL pk(ip1jmp1, llm) ! exner au milieu des couches  
     REAL pkf(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches  
     REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential  
     REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale  
   
     ! variables dynamiques intermediaire pour le transport  
     REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv(ip1jm, llm) !flux de masse  
   
     ! variables dynamiques au pas - 1  
     REAL vcovm1(ip1jm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)  
     REAL tetam1(ip1jmp1, llm), psm1(ip1jmp1)  
     REAL massem1(ip1jmp1, llm)  
   
     ! tendances dynamiques  
     REAL dv(ip1jm, llm), du(ip1jmp1, llm)  
     REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)  
   
     ! tendances de la dissipation  
     REAL dvdis(ip1jm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)  
     REAL dtetadis(ip1jmp1, llm)  
   
     ! tendances physiques  
     REAL dvfi(ip1jm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)  
     REAL dtetafi(ip1jmp1, llm), dqfi(ip1jmp1, llm, nqmx), dpfi(ip1jmp1)  
56    
57      ! variables pour le fichier histoire      ! Variables dynamiques:
58    
59      REAL tppn(iim), tpps(iim), tpn, tps      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
60        REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
61        REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
62        REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
63        REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
64    
65        ! Variables dynamiques intermediaire pour le transport
66        ! Flux de masse :
67        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
68    
69        ! Variables dynamiques au pas - 1
70        REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, llm)
71        REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
72        REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
73    
74        ! Tendances dynamiques
75        REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), dudyn(iim + 1, jjm + 1, llm)
76        REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
77        real dp((iim + 1) * (jjm + 1))
78    
79        ! Tendances de la dissipation :
80        REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
81        REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
82    
83        ! Tendances physiques
84        REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
85        REAL dtetafi(iim + 1, jjm + 1, llm), dqfi(iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
86    
87        ! Variables pour le fichier histoire
88      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
89      INTEGER itaufin      INTEGER itaufin
     INTEGER iday ! jour julien  
90      REAL time ! time of day, as a fraction of day length      REAL time ! time of day, as a fraction of day length
91      real finvmaold(ip1jmp1, llm)      real finvmaold(iim + 1, jjm + 1, llm)
92      LOGICAL:: lafin=.false.      INTEGER l
93      INTEGER ij, l  
94        ! Variables test conservation \'energie
95      REAL rdayvrai, rdaym_ini      REAL ecin(iim + 1, jjm + 1, llm), ecin0(iim + 1, jjm + 1, llm)
96    
97      ! Variables test conservation energie      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
98      REAL ecin(ip1jmp1, llm), ecin0(ip1jmp1, llm)      logical leapf
99      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la      real dt ! time step, in s
     ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique  
     ! cree par la dissipation  
     REAL dtetaecdt(ip1jmp1, llm)  
     REAL vcont(ip1jm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
     logical forward, leapf  
     REAL dt  
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      itau = 0      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
108      iday = day_ini  
     time = time_0  
     dq = 0.  
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, pkf)
112    
113      ! Début de l'integration temporelle :      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
114      outer_loop:do         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
115         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &         if (leapf) then
116              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            dt = 2 * dtvr
117         vcovm1 = vcov         else
118         ucovm1 = ucov            ! Matsuno
119         tetam1 = teta            dt = dtvr
120         massem1 = masse            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
121         psm1 = ps            vcovm1 = vcov
122         forward = .TRUE.            ucovm1 = ucov
123         leapf = .FALSE.            tetam1 = teta
124         dt = dtvr            massem1 = masse
125         finvmaold = masse            psm1 = ps
126         CALL filtreg(finvmaold, jjp1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            finvmaold = masse
127              CALL filtreg(finvmaold, direct = .false., intensive = .false.)
128           end if
129    
130           ! Calcul des tendances dynamiques:
131           CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
132           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
133                dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
134                conser = MOD(itau, iconser) == 0)
135    
136           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
137    
138           ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
139           IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
140                dtvr, itau)
141    
142           ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
143           CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
144                dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &
145                leapf)
146    
147         do         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
148           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
149    
150           if (.not. leapf) then
151              ! Matsuno backward
152            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
153            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
154            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
155                 MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &                 phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
                time + iday - day_ini)  
   
           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  
156    
157            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
158            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &
159                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &
160                 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  
161    
162            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
163            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
164           end if
165    
166            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
167               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            ! Calcul des tendances physiques :
168              time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step
169               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            IF (time > 1.) time = time - 1.
170               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            CALL calfis(itau * dtvr / daysec + day_ini, time, ucov, vcov, teta, &
171               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)                 q, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, &
172                   lafin = itau + 1 == itaufin)
173               ! dissipation  
174               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
175               ucov=ucov + dudis         ENDIF
176               vcov=vcov + dvdis  
177           IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
178               ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
179               ! thermique créée lors de la dissipation  
180               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
181               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
182               dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
183               dtetadis=dtetadis + dtetaecdt  
184               teta=teta + dtetadis            ! dissipation
185              CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
186               ! Calcul de la valeur moyenne unique de h aux pôles            ucov = ucov + dudis
187               DO l = 1, llm            vcov = vcov + dvdis
188                  DO ij = 1, iim  
189                     tppn(ij) = aire(ij) * teta(ij, l)            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
190                     tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * teta(ij + ip1jm, l)            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
191                  ENDDO            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
192                  tpn = SUM(tppn) / apoln            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
193                  tps = SUM(tpps) / apols            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
194              teta = teta + dtetadis
195                  DO ij = 1, iip1  
196                     teta(ij, l) = tpn            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
197                     teta(ij + ip1jm, l) = tps            forall (l = 1: llm)
198                  ENDDO               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
199               ENDDO                    / apoln
200                 teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
201               DO ij = 1, iim                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
202                  tppn(ij) = aire(ij) * ps(ij)            END forall
203                  tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * ps(ij + ip1jm)         END IF
204               ENDDO  
205               tpn = SUM(tppn) / apoln         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
206               tps = SUM(tpps) / apols            ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
207              CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
208               DO ij = 1, iip1                 time = itau + 1)
209                  ps(ij) = tpn            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
210                  ps(ij + ip1jm) = tps                 q(:, :, :, 1))
211               ENDDO         ENDIF
212            END IF  
213           IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
214            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
215            ! préparation du pas d'intégration suivant            CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, q, masse, ps)
216           END IF
217            ! schema matsuno + leapfrog      end do time_integration
218            IF (forward .OR. leapf) THEN  
219               itau = itau + 1      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
220               iday = day_ini + itau / day_step           itau = itau_dyn + itaufin)
221               time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &  
222                    + time_0      ! Calcul des tendances dynamiques:
223               IF (time > 1.) THEN      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
224                  time = time - 1.      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
225                  iday = iday + 1           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
226               ENDIF           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
           ENDIF  
   
           IF (itau == itaufin + 1) exit outer_loop  
   
           IF (MOD(itau, iperiod) == 0 .OR. itau == itaufin) 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  
   
           IF (itau == itaufin) THEN  
              CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &  
                   itau=itau_dyn+itaufin)  
           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  
227    
228    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
229    
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