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revision 29 by guez, Tue Mar 30 10:44:42 2010 UTC revision 55 by guez, Mon Dec 12 13:25:01 2011 UTC
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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
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 com_io_dyn, ONLY: histaveid
19      USE comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr      USE comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr
# Line 17  contains Line 22  contains
22      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &
23           periodav           periodav
24      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx      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 geopot_m, only: geopot
31      USE guide_m, ONLY: guide      USE guide_m, ONLY: guide
32      use inidissip_m, only: idissip      use inidissip_m, only: idissip
33        use integrd_m, only: integrd
34      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide
35      USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1      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    
39      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
40      REAL vcov((iim + 1) * jjm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
41      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
42      REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa  
43        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 masse((iim + 1) * (jjm + 1), llm) ! masse d'air
48        REAL phis((iim + 1) * (jjm + 1)) ! geopotentiel au sol
49    
50        REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
51        ! mass fractions of advected fields
52    
53      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(in):: time_0
54    
55      ! Variables local to the procedure:      ! Variables local to the procedure:
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 filt.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 intermediaire 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), dudyn((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
76      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm), dq((iim + 1) * (jjm + 1), llm, nqmx)
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)
86        real dpfi((iim + 1) * (jjm + 1))
87    
88      ! variables pour le fichier histoire      ! variables pour le fichier histoire
89    
90      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
91      INTEGER itaufin      INTEGER itaufin
     INTEGER iday ! jour julien  
92      REAL time ! time of day, as a fraction of day length      REAL time ! time of day, as a fraction of day length
93      real finvmaold(ip1jmp1, llm)      real finvmaold((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
     LOGICAL:: lafin=.false.  
94      INTEGER l      INTEGER l
   
95      REAL rdayvrai, rdaym_ini      REAL rdayvrai, rdaym_ini
96    
97      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation energie
98      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)
99      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
     ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique  
     ! cree par la dissipation  
100      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)
101      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)      ! tendance de la température potentielle due à la transformation
102      logical forward, leapf      ! d'énergie cinétique en énergie thermique par la dissipation
103      REAL dt  
104        REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
105        logical leapf
106        real dt
107    
108      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
109    
110      print *, "Call sequence information: leapfrog"      print *, "Call sequence information: leapfrog"
111        call assert(shape(ucov) == (/iim + 1, jjm + 1, llm/), "leapfrog")
112    
113      itaufin = nday * day_step      itaufin = nday * day_step
114      itau = 0      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore "itaufin" is one too
115      iday = day_ini  
     time = time_0  
116      dq = 0.      dq = 0.
117    
118      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
119      CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
120      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
121    
122      ! Début de l'integration temporelle :      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
123      outer_loop:do         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
124         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &         if (leapf) then
125              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            dt = 2 * dtvr
126         vcovm1 = vcov         else
127         ucovm1 = ucov            ! Matsuno
128         tetam1 = teta            dt = dtvr
129         massem1 = masse            if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &
130         psm1 = ps                 call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)
131         forward = .TRUE.            vcovm1 = vcov
132         leapf = .FALSE.            ucovm1 = ucov
133         dt = dtvr            tetam1 = teta
134         finvmaold = masse            massem1 = masse
135         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            psm1 = ps
136              finvmaold = masse
137              CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)
138           end if
139    
140           ! Calcul des tendances dynamiques:
141           CALL geopot((iim + 1) * (jjm + 1), teta, pk, pks, phis, phi)
142           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
143                dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
144                conser=MOD(itau, iconser)==0)
145    
146           ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)
147           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)
148    
149           ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
150           IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
151                dtvr, itau)
152    
153           ! Integrations dynamique et traceurs:
154           CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
155                dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &
156                leapf)
157    
158           if (.not. leapf) then
159              ! Matsuno backward
160              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
161              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
162    
        do  
163            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
164            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot((iim + 1) * (jjm + 1), teta, pk, pks, phis, phi)
165            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
166                 MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &                 phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
167                 time + iday - day_ini)                 conser=.false.)
   
           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  
168    
169            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
170            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &
171                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &
172                 finvmaold, leapf, dt)                 finvmaold, dtvr, leapf=.false.)
173           end if
           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  
174    
175            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
176            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ! calcul des tendances physiques:
   
           IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN  
              ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:  
177    
178               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
179               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
              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 unique de h 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  
   
           ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"  
           ! préparation du pas d'intégration suivant  
   
           ! schema matsuno + leapfrog  
           IF (forward .OR. leapf) THEN  
              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  
           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  
180    
181              rdaym_ini = itau * dtvr / daysec
182              rdayvrai = rdaym_ini + day_ini
183              time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0
184              IF (time > 1.) time = time - 1.
185    
186              CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, masse, ps, pk, &
187                   phis, phi, dudyn, dv, dq, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi, &
188                   lafin=itau+1==itaufin)
189    
190              ! ajout des tendances physiques:
191              CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &
192                   dtetafi, dqfi, dpfi)
193           ENDIF
194    
195           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
196           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
197    
198           IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
199              ! Dissipation horizontale et verticale des petites échelles
200    
201              ! calcul de l'énergie cinétique avant dissipation
202              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
203              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
204    
205              ! dissipation
206              CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
207              ucov = ucov + dudis
208              vcov = vcov + dvdis
209    
210              ! On ajoute la tendance due à la transformation énergie
211              ! cinétique en énergie thermique par la dissipation
212              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
213              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
214              dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk
215              dtetadis = dtetadis + dtetaecdt
216              teta = teta + dtetadis
217    
218              ! Calcul de la valeur moyenne aux pôles :
219              forall (l = 1: llm)
220                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
221                      / apoln
222                 teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
223                      * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
224              END forall
225    
226              ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln
227              ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &
228                   / apols
229           END IF
230    
231           IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
232              ! Écriture du fichier histoire moyenne:
233              CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau + 1, vcov, ucov, teta, pk, &
234                   phi, q, masse, ps, phis)
235              call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
236                   q(:, :, :, 1), dt_app = dtvr * iperiod, &
237                   dt_cum = dtvr * day_step * periodav)
238           ENDIF
239        end do time_integration
240    
241        CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
242             itau=itau_dyn+itaufin)
243    
244        ! Calcul des tendances dynamiques:
245        CALL geopot((iim + 1) * (jjm + 1), teta, pk, pks, phis, phi)
246        CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
247             dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
248             conser=MOD(itaufin, iconser)==0)
249    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
250    
251  end module leapfrog_m  end module leapfrog_m

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