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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 32 by guez, Tue Apr 6 17:52:58 2010 UTC trunk/Sources/dyn3d/leapfrog.f revision 178 by guez, Fri Mar 11 18:47:26 2016 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
     ! schema matsuno + leapfrog  
11    
12        ! Intégration temporelle du modèle : 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 disvert_m, ONLY: ap, bp
23      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &
24           periodav           iflag_phys, iecri
25        USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
26      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
27        use dissip_m, only: dissip
28      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini
29      use dynredem1_m, only: dynredem1      use dynredem1_m, only: dynredem1
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 fluxstokenc_m, only: fluxstokenc
33        use geopot_m, only: geopot
34      USE guide_m, ONLY: guide      USE guide_m, ONLY: guide
35      use inidissip_m, only: idissip      use inidissip_m, only: idissip
36      use integrd_m, only: integrd      use integrd_m, only: integrd
37      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use nr_util, only: assert
     USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1  
     USE pression_m, ONLY: pression  
     USE pressure_var, ONLY: p3d  
38      USE temps, ONLY: itau_dyn      USE temps, ONLY: itau_dyn
39        use writedynav_m, only: writedynav
40        use writehist_m, only: writehist
41    
42      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
43      REAL, intent(inout):: vcov((iim + 1) * jjm, llm) ! vent covariant      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
44      REAL, intent(inout):: ucov(ip1jmp1, llm) ! vent covariant      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
45      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature  
46      REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
47        ! potential temperature
48      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air  
49      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
50      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
51      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
52    
53      ! Variables local to the procedure:      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
54        ! mass fractions of advected fields
55    
56        ! 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)
   
     ! variables pour le fichier histoire  
87    
88        ! Variables pour le fichier histoire
89      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
90      INTEGER itaufin      INTEGER itaufin
91      INTEGER iday ! jour julien      INTEGER l
     REAL time ! time of day, as a fraction of day length  
     real finvmaold(ip1jmp1, llm)  
     LOGICAL:: lafin=.false.  
     INTEGER i, j, l  
   
     REAL rdayvrai, rdaym_ini  
92    
93      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation \'energie
94      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)
95      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
96      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
97      ! cree par la dissipation      logical leapf
98      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)      real dt ! time step, in s
99      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
100        REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm+1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
101        ! ("p3d(i, j, l)" is at longitude "rlonv(i)", latitude "rlatu(j)",
102        ! for interface "l")
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      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore "itaufin" is one too      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
111    
     itau = 0  
     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)
115        pkf = pk
116      ! Début de l'integration temporelle :      CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
117      period_loop:do i = 1, itaufin / iperiod  
118         ! {"itau" is a multiple of "iperiod"}      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
119           leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
120         ! 1. Matsuno forward:         if (leapf) then
121              dt = 2 * dtvr
122         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &         else
123              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            ! Matsuno
124         vcovm1 = vcov            dt = dtvr
125         ucovm1 = ucov            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
126         tetam1 = teta            vcovm1 = vcov
127         massem1 = masse            ucovm1 = ucov
128         psm1 = ps            tetam1 = teta
129         finvmaold = masse            massem1 = masse
130         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            psm1 = ps
131           end if
132    
133         ! Calcul des tendances dynamiques:         ! Calcul des tendances dynamiques:
134         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
135         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
136              MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &              dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
137              time + iday - day_ini)              conser = MOD(itau, iconser) == 0)
138    
139           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
140    
        ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)  
        CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)  
141         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
142         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
143              dtvr, itau)              dtvr, itau)
144    
145         ! integrations dynamique et traceurs:         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
146         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
147              dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, finvmaold, .false., &              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
148              dtvr)  
149           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
150         CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
151         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)         pkf = pk
152           CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
        ! 2. Matsuno backward:  
   
        itau = itau + 1  
        iday = day_ini + itau / day_step  
        time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step + time_0  
        IF (time > 1.) THEN  
           time = time - 1.  
           iday = iday + 1  
        ENDIF  
153    
154         ! Calcul des tendances dynamiques:         if (.not. leapf) then
155         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            ! Matsuno backward
156         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            ! Calcul des tendances dynamiques:
157              .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time + iday - day_ini)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
158              CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
159                   phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
160    
161              ! integrations dynamique et traceurs:
162              CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &
163                   dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
164                   leapf=.false.)
165    
166              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
167              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
168              pkf = pk
169              CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
170           end if
171    
172           IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
173              CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
174                   dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
175                   time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
176                   lafin = itau + 1 == itaufin)
177    
178         ! integrations dynamique et traceurs:            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
179         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &         ENDIF
             dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, finvmaold, .false., &  
             dtvr)  
180    
181         CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
182         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
183    
184         ! 3. Leapfrog:            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
185              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
186              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
187    
188              ! dissipation
189              CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
190              ucov = ucov + dudis
191              vcov = vcov + dvdis
192    
193              ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
194              ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
195              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
196              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
197              dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
198              teta = teta + dtetadis
199    
200              ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
201              forall (l = 1: llm)
202                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
203                      / apoln
204                 teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
205                      * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
206              END forall
207           END IF
208    
209           IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
210              ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
211              CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
212                   time = itau + 1)
213              call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
214                   q(:, :, :, 1))
215           ENDIF
216    
217         leapfrog_loop: do j = 1, iperiod - 1         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
218            ! Calcul des tendances dynamiques:            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
219            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, masse, ps)
220            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &         END IF
221                 .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &      end do time_integration
                time + iday - day_ini)  
   
           ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)  
           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)  
           ! Stokage du flux de masse pour traceurs off-line:  
           IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &  
                dtvr, itau)  
222    
223            ! integrations dynamique et traceurs:      CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
           CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &  
                dteta, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, &  
                finvmaold, .true., 2 * dtvr)  
   
           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  
   
           CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
           IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN  
              ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:  
   
              ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation  
              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)  
              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)  
   
              ! dissipation  
              CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)  
              ucov=ucov + dudis  
              vcov=vcov + dvdis  
   
              ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E  
              ! thermique créée lors de la dissipation  
              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)  
              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)  
              dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk  
              dtetadis=dtetadis + dtetaecdt  
              teta=teta + dtetadis  
   
              ! Calcul de la valeur moyenne aux pôles :  
              forall (l = 1: llm)  
                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &  
                      / apoln  
                 teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &  
                      * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols  
              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  
           END IF  
   
           itau = itau + 1  
           iday = day_ini + itau / day_step  
           time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step + time_0  
           IF (time > 1.) THEN  
              time = time - 1.  
              iday = iday + 1  
           ENDIF  
   
           IF (MOD(itau, iperiod) == 0) 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  
        end do leapfrog_loop  
     end do period_loop  
   
     ! {itau == itaufin}  
     CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &  
          itau=itau_dyn+itaufin)  
224    
225      ! Calcul des tendances dynamiques:      ! Calcul des tendances dynamiques:
226      CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
227      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
228           MOD(itaufin, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
229           time + iday - day_ini)           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
230    
231    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
232    
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