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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 24 by guez, Wed Mar 3 13:23:49 2010 UTC trunk/dyn3d/leapfrog.f revision 325 by guez, Wed Mar 13 15:53:40 2019 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
11    
12      ! Version du 10/01/98, avec coordonnées verticales hybrides, avec      ! Int\'egration temporelle du mod\`ele : Matsuno-leapfrog scheme.
     ! nouveaux opérateurs dissipation "*" (gradiv2, divgrad2, nxgraro2)  
13    
14      ! Auteurs : P. Le Van, L. Fairhead, F. Hourdin      use addfi_m, only: addfi
15      ! Objet: nouvelle grille      use bilan_dyn_m, only: bilan_dyn
16        use caladvtrac_m, only: caladvtrac
17      ! Dans "inigeom", nouveaux calculs pour les élongations cu, cv      use caldyn_m, only: caldyn
18      ! et possibilité d'appeler une fonction f(y) à dérivée tangente      USE calfis_m, ONLY: calfis
19      ! hyperbolique à la place de la fonction à dérivée sinusoïdale.      USE comconst, ONLY: dtvr
20        USE comgeom, ONLY: aire_2d, apoln, apols
21      ! Possibilité de choisir le schéma pour l'advection de      use covcont_m, only: covcont
22      ! q, en modifiant iadv dans "traceur.def".      USE disvert_m, ONLY: ap, bp
23        USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, iflag_phys
24      ! Pour Van-Leer + vapeur d'eau saturée, iadv(1)=4.      USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
25      ! Pour Van-Leer iadv=10      USE dimensions, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
26        use dissip_m, only: dissip
27      use dimens_m, only: iim, llm, nqmx      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini, itau_dyn
28      use paramet_m, only: ip1jmp1, ip1jm, ijp1llm, jjp1, iip1      use dynredem1_m, only: dynredem1
29      use comconst, only: dtvr, daysec, dtphys      use enercin_m, only: enercin
30      use comvert, only: ap, bp      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
31      use conf_gcm_m, only: day_step, iconser, idissip, iphysiq, iperiod, nday, &      use filtreg_scal_m, only: filtreg_scal
32           offline, periodav      use geopot_m, only: geopot
33      use logic, only: ok_guide, iflag_phys      USE guide_m, ONLY: guide
34      use comgeom      use inidissip_m, only: idissip
35      use serre      use integrd_m, only: integrd
36      use temps, only: itaufin, day_ini, dt      use nr_util, only: assert
37      use iniprint, only: prt_level      use writehist_m, only: writehist
38      use com_io_dyn  
39      use ener      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
40      use calfis_m, only: calfis      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
41      use exner_hyb_m, only: exner_hyb  
42      use guide_m, only: guide      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
43      use pression_m, only: pression      ! potential temperature
44      use pressure_var, only: p3d  
45        REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
46      ! Variables dynamiques:      REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
47      REAL vcov(ip1jm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
48      REAL teta(ip1jmp1, llm) ! temperature potentielle  
49      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
50      REAL ps(ip1jmp1) ! pression au sol, en Pa      ! mass fractions of advected fields
51      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air  
52      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol      ! Local:
53    
54      REAL, intent(in):: time_0      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
55        REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
56      ! Variables local to the procedure:      REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
57        REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
58      ! Variables dynamiques:      REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
59    
60      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      ! Variables dynamiques interm\'ediaires pour le transport
61      REAL pk(ip1jmp1, llm) ! exner au milieu des couches      ! Flux de masse :
62      REAL pkf(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches      REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
63      REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential  
64      REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale      ! Variables dynamiques au pas - 1
65        REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, llm)
66      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
67      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv(ip1jm, llm) !flux de masse      REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
68    
69      ! variables dynamiques au pas - 1      ! Tendances dynamiques
70      REAL vcovm1(ip1jm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(iim + 1, jjm + 1, llm)
71      REAL tetam1(ip1jmp1, llm), psm1(ip1jmp1)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
72      REAL massem1(ip1jmp1, llm)      real dp(iim + 1, jjm + 1)
73    
74      ! tendances dynamiques      ! Tendances de la dissipation :
75      REAL dv(ip1jm, llm), du(ip1jmp1, llm)      REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
76      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
77    
78      ! tendances de la dissipation      ! Tendances physiques
79      REAL dvdis(ip1jm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)      REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
80      REAL dtetadis(ip1jmp1, llm)      REAL dtetafi(iim + 1, jjm + 1, llm), dqfi(iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
   
     ! tendances physiques  
     REAL dvfi(ip1jm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)  
     REAL dtetafi(ip1jmp1, llm), dqfi(ip1jmp1, llm, nqmx), dpfi(ip1jmp1)  
   
     ! variables pour le fichier histoire  
   
     REAL tppn(iim), tpps(iim), tpn, tps  
81    
82        ! Variables pour le fichier histoire
83      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
84      INTEGER iday ! jour julien      INTEGER itaufin
85      REAL time ! time of day, as a fraction of day length      INTEGER l
   
     REAL SSUM  
     real finvmaold(ip1jmp1, llm)  
86    
87      LOGICAL :: lafin=.false.      ! Variables test conservation \'energie
88      INTEGER ij, l      REAL ecin(iim + 1, jjm + 1, llm), ecin0(iim + 1, jjm + 1, llm)
89    
90      REAL rdayvrai, rdaym_ini      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
91        logical leapf
92      ! Variables test conservation energie      real dt ! time step, in s
93      REAL ecin(ip1jmp1, llm), ecin0(ip1jmp1, llm)  
94      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la      REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm + 1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
95      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      ! ("p3d(i, j, l)" is at longitude "rlonv(i)", latitude "rlatu(j)",
96      ! cree par la dissipation      ! for interface "l")
     REAL dtetaecdt(ip1jmp1, llm)  
     REAL vcont(ip1jm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
     CHARACTER*15 ztit  
     INTEGER:: ip_ebil_dyn = 0 ! PRINT level for energy conserv. diag.  
   
     logical:: dissip_conservative = .true.  
     logical forward, leapf, apphys, conser, apdiss  
97    
98      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
99    
100      print *, "Call sequence information: leapfrog"      print *, "Call sequence information: leapfrog"
101        call assert(shape(ucov) == (/iim + 1, jjm + 1, llm/), "leapfrog")
102    
103      itaufin = nday * day_step      itaufin = nday * day_step
104      itau = 0      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
     iday = day_ini  
     time = time_0  
     IF (time > 1.) THEN  
        time = time - 1.  
        iday = iday + 1  
     ENDIF  
105    
     dq = 0.  
106      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
107      CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
108      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
109        pkf = pk
110      ! Debut de l'integration temporelle:      CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
111      outer_loop:do  
112         if (ok_guide.and.(itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) then      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
113            call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
114          
115           if (leapf) then
116              dt = 2 * dtvr
117         else         else
118            IF (prt_level > 9) print *, &            ! Matsuno
119                 'Attention : on ne guide pas les 6 dernières heures.'            dt = dtvr
120         endif            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
121              vcovm1 = vcov
122         CALL SCOPY(ip1jm * llm, vcov, 1, vcovm1, 1)            ucovm1 = ucov
123         CALL SCOPY(ijp1llm, ucov, 1, ucovm1, 1)            tetam1 = teta
124         CALL SCOPY(ijp1llm, teta, 1, tetam1, 1)            massem1 = masse
125         CALL SCOPY(ijp1llm, masse, 1, massem1, 1)            psm1 = ps
126         CALL SCOPY(ip1jmp1, ps, 1, psm1, 1)         end if
127    
128         forward = .TRUE.         ! Calcul des tendances dynamiques:
129         leapf = .FALSE.         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
130         dt = dtvr         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, du, &
131                dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = MOD(itau, iconser) == 0)
132         CALL SCOPY(ijp1llm, masse, 1, finvmaold, 1)  
133         CALL filtreg(finvmaold, jjp1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
134    
135         do         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
136            ! gestion des appels de la physique et des dissipations:         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, dp, &
137                vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
138            apphys = .FALSE.  
139            conser = .FALSE.         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
140            apdiss = .FALSE.         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
141           pkf = pk
142            IF (MOD(itau, iconser) == 0) conser = .TRUE.         CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
143            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) apdiss = .TRUE.  
144            IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) apphys=.TRUE.         if (.not. leapf) then
145              ! Matsuno backward
146            ! calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
147              CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
148            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
149                   phi, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &  
                conser, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &  
                time + iday - day_ini)  
   
           ! calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidite)  
   
           IF (forward .OR. leapf) THEN  
              CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)  
              IF (offline) THEN  
                 !maf stokage du flux de masse pour traceurs OFF-LINE  
                 CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, dtvr, &  
                      itau)  
              ENDIF  
           ENDIF  
150    
151            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
152            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
153                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
154                 finvmaold, leapf)                 leapf=.false.)
155    
156            ! calcul des tendances physiques:            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
157              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
158            IF (apphys) THEN            pkf = pk
159               IF (itau + 1 == itaufin) lafin = .TRUE.            CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
160           end if
161               CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
162               CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys) THEN
163              CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
164               rdaym_ini = itau * dtvr / daysec                 dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
165               rdayvrai = rdaym_ini + day_ini                 time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
166                   lafin = itau + 1 == itaufin)
167               ! Interface avec les routines de phylmd (phymars ...)  
168              CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
169               ! Diagnostique de conservation de l'énergie : initialisation         ENDIF
170               IF (ip_ebil_dyn >= 1) THEN  
171                  ztit='bil dyn'         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
172                  CALL diagedyn(ztit, 2, 1, 1, dtphys, ucov, vcov, ps, p3d, pk, &            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
173                       teta, q(:, :, 1), q(:, :, 2))  
174               ENDIF            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
175              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
176               CALL calfis(nqmx, lafin, rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, &            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
177                    masse, ps, pk, phis, phi, du, dv, dteta, dq, w, &  
178                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            ! dissipation
179              CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
180               ! ajout des tendances physiques:            ucov = ucov + dudis
181               CALL addfi(nqmx, dtphys, &            vcov = vcov + dvdis
182                    ucov, vcov, teta, q, ps, &  
183                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
184              ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
185               ! Diagnostique de conservation de l'énergie : difference            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
186               IF (ip_ebil_dyn >= 1) THEN            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
187                  ztit = 'bil phys'            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
188                  CALL diagedyn(ztit, 2, 1, 1, dtphys, ucov, vcov, ps, p3d, pk, &            teta = teta + dtetadis
189                       teta, q(:, :, 1), q(:, :, 2))  
190               ENDIF            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
191            ENDIF            forall (l = 1: llm)
192                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) / apoln
193            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
194            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
195              END forall
196            ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:         END IF
197    
198            IF (apdiss) THEN         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
199               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
200               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)                 q(:, :, :, 1))
201               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)         ENDIF
202    
203               ! dissipation         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
204               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)         CALL writehist(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, &
205               ucov=ucov + dudis              itau_w = itau_dyn + itau + 1)
206               vcov=vcov + dvdis      end do time_integration
207    
208               if (dissip_conservative) then      CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
209                  ! On rajoute la tendance due a la transform. Ec -> E  
210                  ! therm. cree lors de la dissipation      ! Calcul des tendances dynamiques:
211                  call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
212                  call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, du, &
213                  dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk           dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
                 dtetadis=dtetadis + dtetaecdt  
              endif  
              teta=teta + dtetadis  
   
              ! Calcul de la valeur moyenne, unique de h aux poles .....  
   
              DO l = 1, llm  
                 DO ij = 1, iim  
                    tppn(ij) = aire(ij) * teta(ij, l)  
                    tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * teta(ij + ip1jm, l)  
                 ENDDO  
                 tpn = SSUM(iim, tppn, 1) / apoln  
                 tps = SSUM(iim, tpps, 1) / apols  
   
                 DO ij = 1, iip1  
                    teta(ij, l) = tpn  
                    teta(ij + ip1jm, l) = tps  
                 ENDDO  
              ENDDO  
   
              DO ij = 1, iim  
                 tppn(ij) = aire(ij) * ps(ij)  
                 tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * ps(ij + ip1jm)  
              ENDDO  
              tpn = SSUM(iim, tppn, 1) / apoln  
              tps = SSUM(iim, tpps, 1) / apols  
   
              DO ij = 1, iip1  
                 ps(ij) = tpn  
                 ps(ij + ip1jm) = tps  
              ENDDO  
   
           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  
   
           ! ecriture du fichier histoire moyenne:  
   
           ! Comment out the following calls when you do not want the output  
           ! files "dyn_hist_ave.nc" and "dynzon.nc"  
           IF (MOD(itau, iperiod) == 0 .OR. itau == itaufin) THEN  
              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)  
              CLOSE(99)  
           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  
214    
215    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
216    

Legend:
Removed from v.24  
changed lines
  Added in v.325

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