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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 262 by guez, Wed Mar 7 13:46:18 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 writehist_m, only: writehist
40    
41      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
42      REAL vcov((iim + 1) * jjm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
43      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
44      REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa  
45        REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
46      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      ! potential temperature
47      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol  
48      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
49      REAL, intent(in):: time_0      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      ! Variables local to the procedure:      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
53        ! mass fractions of advected fields
54    
55        ! Local:
56    
57      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
58    
59      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
60      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
61      REAL pkf(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches      REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
62      REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential      REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
63      REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale      REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
64    
65      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport      ! Variables dynamiques interm\'ediaires pour le transport
66      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm) !flux de masse      ! Flux de masse :
67        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
68    
69      ! variables dynamiques au pas - 1      ! Variables dynamiques au pas - 1
70      REAL vcovm1((iim + 1) * jjm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)      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)      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
72      REAL massem1(ip1jmp1, llm)      REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
73    
74      ! tendances dynamiques      ! Tendances dynamiques
75      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(ip1jmp1, llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(iim + 1, jjm + 1, llm)
76      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
77        real dp(iim + 1, jjm + 1)
78    
79      ! tendances de la dissipation      ! Tendances de la dissipation :
80      REAL dvdis((iim + 1) * jjm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)      REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
81      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
82    
83      ! tendances physiques      ! Tendances physiques
84      REAL dvfi((iim + 1) * jjm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)      REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
85      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  
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  
     REAL time ! time of day, as a fraction of day length  
     real finvmaold(ip1jmp1, llm)  
     LOGICAL:: lafin=.false.  
90      INTEGER l      INTEGER l
91    
92      REAL rdayvrai, rdaym_ini      ! Variables test conservation \'energie
   
     ! Variables test conservation energie  
93      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)
94      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
95      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
96      ! cree par la dissipation      logical leapf
97      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)      real dt ! time step, in s
98      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
99      logical forward, leapf      REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm + 1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
100      REAL dt      ! ("p3d(i, j, l)" is at longitude "rlonv(i)", latitude "rlatu(j)",
101        ! for interface "l")
102    
103      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
104    
105      print *, "Call sequence information: leapfrog"      print *, "Call sequence information: leapfrog"
106        call assert(shape(ucov) == (/iim + 1, jjm + 1, llm/), "leapfrog")
107    
108      itaufin = nday * day_step      itaufin = nday * day_step
109      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)  
110    
111      ! Début de l'integration temporelle :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
112      outer_loop:do      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
113         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
114              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)      pkf = pk
115         vcovm1 = vcov      CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
116         ucovm1 = ucov  
117         tetam1 = teta      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
118         massem1 = masse         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
119         psm1 = ps         if (leapf) then
120         forward = .TRUE.            dt = 2 * dtvr
121         leapf = .FALSE.         else
122         dt = dtvr            ! Matsuno
123         finvmaold = masse            dt = dtvr
124         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
125              vcovm1 = vcov
126              ucovm1 = ucov
127              tetam1 = teta
128              massem1 = masse
129              psm1 = ps
130           end if
131    
132           ! Calcul des tendances dynamiques:
133           CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
134           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
135                du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
136                conser = MOD(itau, iconser) == 0)
137    
138           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
139    
140           ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
141           CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
142                dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
143    
144           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
145           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
146           pkf = pk
147           CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
148    
149         do         if (.not. leapf) then
150              ! Matsuno backward
151            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
152            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
153            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
154                 MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &                 phi, du, 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  
155    
156            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
157            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &
158                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
159                 finvmaold, leapf, dt)                 leapf=.false.)
160    
161            IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
162               ! calcul des tendances physiques:            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
163               IF (itau + 1 == itaufin) lafin = .TRUE.            pkf = pk
164              CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
165               CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         end if
166               CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
167           IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys) THEN
168               rdaym_ini = itau * dtvr / daysec            CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
169               rdayvrai = rdaym_ini + day_ini                 dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
170                   time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
171               CALL calfis(nqmx, lafin, rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, &                 lafin = itau + 1 == itaufin)
172                    masse, ps, pk, phis, phi, du, dv, dteta, dq, w, &  
173                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
174           ENDIF
175               ! ajout des tendances physiques:  
176               CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
177                    dtetafi, dqfi, dpfi)            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
178            ENDIF  
179              ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
180            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
181            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
182    
183            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN            ! dissipation
184               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
185              ucov = ucov + dudis
186               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            vcov = vcov + dvdis
187               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)  
188               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
189              ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
190               ! dissipation            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
191               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
192               ucov=ucov + dudis            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
193               vcov=vcov + dvdis            teta = teta + dtetadis
194    
195               ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
196               ! thermique créée lors de la dissipation            forall (l = 1: llm)
197               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
198               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)                    / apoln
199               dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
200               dtetadis=dtetadis + dtetaecdt                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
201               teta=teta + dtetadis            END forall
202           END IF
203               ! Calcul de la valeur moyenne unique de h aux pôles  
204               forall (l = 1: llm)         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
205                  teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
206                       / apoln                 q(:, :, :, 1))
207                  teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &         ENDIF
208                       * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols  
209               END forall         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
210              CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
211               ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln            CALL writehist(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, itau)
212               ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &         END IF
213                    / apols      end do time_integration
214            END IF  
215        CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
216            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"  
217            ! préparation du pas d'intégration suivant      ! Calcul des tendances dynamiques:
218        CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
219            ! schema matsuno + leapfrog      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
220            IF (forward .OR. leapf) THEN           du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
221               itau = itau + 1           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
              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  
           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  
222    
223    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
224    
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