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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 29 by guez, Tue Mar 30 10:44:42 2010 UTC trunk/dyn3d/leapfrog.f revision 254 by guez, Mon Feb 5 10:39:38 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
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 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, &
24             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 enercin_m, only: enercin
31      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
32      use filtreg_m, only: filtreg      use filtreg_scal_m, only: filtreg_scal
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 logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use integrd_m, only: integrd
37      USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1      use nr_util, only: assert
     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 vcov((iim + 1) * jjm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
44      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
45      REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa  
46        REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
47      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      ! potential temperature
48      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol  
49      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
50      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
51        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
     INTEGER iday ! jour julien  
     REAL time ! time of day, as a fraction of day length  
     real finvmaold(ip1jmp1, llm)  
     LOGICAL:: lafin=.false.  
91      INTEGER l      INTEGER l
92    
93      REAL rdayvrai, rdaym_ini      ! 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      logical forward, leapf      REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm + 1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
101      REAL dt      ! ("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      itau = 0      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
     iday = day_ini  
     time = time_0  
     dq = 0.  
     ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :  
     CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
     CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
111    
112      ! Début de l'integration temporelle :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
113      outer_loop:do      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
114         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
115              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)      pkf = pk
116         vcovm1 = vcov      CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
117         ucovm1 = ucov  
118         tetam1 = teta      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
119         massem1 = masse         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
120         psm1 = ps         if (leapf) then
121         forward = .TRUE.            dt = 2 * dtvr
122         leapf = .FALSE.         else
123         dt = dtvr            ! Matsuno
124         finvmaold = masse            dt = dtvr
125         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
126              vcovm1 = vcov
127              ucovm1 = ucov
128              tetam1 = teta
129              massem1 = masse
130              psm1 = ps
131           end if
132    
133           ! Calcul des tendances dynamiques:
134           CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
135           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
136                dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
137                conser = MOD(itau, iconser) == 0)
138    
139           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
140    
141           ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
142           CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
143                dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
144    
145           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
146           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
147           pkf = pk
148           CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
149    
150         do         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, dtvr, &
160                 finvmaold, leapf, dt)                 leapf=.false.)
161    
162            IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
163               ! calcul des tendances physiques:            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
164               IF (itau + 1 == itaufin) lafin = .TRUE.            pkf = pk
165              CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
166               CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         end if
167               CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
168           IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys) THEN
169               rdaym_ini = itau * dtvr / daysec            CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
170               rdayvrai = rdaym_ini + day_ini                 dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
171                   time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
172               CALL calfis(nqmx, lafin, rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, &                 lafin = itau + 1 == itaufin)
173                    masse, ps, pk, phis, phi, du, dv, dteta, dq, w, &  
174                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
175           ENDIF
176               ! ajout des tendances physiques:  
177               CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
178                    dtetafi, dqfi, dpfi)            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
179            ENDIF  
180              ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
181            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
182            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
183    
184            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN            ! dissipation
185               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
186              ucov = ucov + dudis
187               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            vcov = vcov + dvdis
188               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)  
189               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
190              ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
191               ! dissipation            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
192               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
193               ucov=ucov + dudis            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
194               vcov=vcov + dvdis            teta = teta + dtetadis
195    
196               ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
197               ! thermique créée lors de la dissipation            forall (l = 1: llm)
198               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
199               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)                    / apoln
200               dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
201               dtetadis=dtetadis + dtetaecdt                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
202               teta=teta + dtetadis            END forall
203           END IF
204               ! Calcul de la valeur moyenne unique de h aux pôles  
205               forall (l = 1: llm)         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
206                  teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &            ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
207                       / apoln            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
208                  teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &                 time = itau + 1)
209                       * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
210               END forall                 q(:, :, :, 1))
211           ENDIF
212               ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln  
213               ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
214                    / apols            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
215            END IF            CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, masse, ps)
216           END IF
217            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"      end do time_integration
218            ! préparation du pas d'intégration suivant  
219        CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
220            ! schema matsuno + leapfrog  
221            IF (forward .OR. leapf) THEN      ! Calcul des tendances dynamiques:
222               itau = itau + 1      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
223               iday = day_ini + itau / day_step      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
224               time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
225                    + time_0           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
              IF (time > 1.) THEN  
                 time = time - 1.  
                 iday = iday + 1  
              ENDIF  
           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) CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, &  
                q, masse, ps, itau=itau_dyn+itaufin)  
   
           ! 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  
226    
227    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
228    
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