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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 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      ! Authors: P. Le Van, L. Fairhead, F. Hourdin
11    
12        ! Int\'egration temporelle du mod\`ele : 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, iflag_phys
24      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx      USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
25      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini      USE dimensions, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
26        use dissip_m, only: dissip
27        USE dynetat0_m, ONLY: day_ini, itau_dyn
28      use dynredem1_m, only: dynredem1      use dynredem1_m, only: dynredem1
29        use enercin_m, only: enercin
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 geopot_m, only: geopot
33      USE guide_m, ONLY: guide      USE guide_m, ONLY: guide
34      use inidissip_m, only: idissip      use inidissip_m, only: idissip
35      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use integrd_m, only: integrd
36      USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1      use nr_util, only: assert
37      USE pression_m, ONLY: pression      use writehist_m, only: writehist
     USE pressure_var, ONLY: p3d  
     USE temps, ONLY: itau_dyn  
   
     ! Variables dynamiques:  
     REAL vcov((iim + 1) * jjm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants  
     REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature  
     REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa  
   
     REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air  
     REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol  
     REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields  
     REAL, intent(in):: time_0  
38    
39      ! Variables local to the procedure:      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
40        REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
41    
42      ! Variables dynamiques:      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
43        ! potential temperature
44    
45      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
46      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches      REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
47      REAL pkf(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches      REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
48      REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential  
49      REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
50        ! mass fractions of advected fields
51    
52      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport      ! Local:
53      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm) !flux de masse  
54        REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
55        REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
56        REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
57        REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
58        REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
59    
60        ! Variables dynamiques interm\'ediaires pour le transport
61        ! Flux de masse :
62        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
63    
64      ! variables dynamiques au pas - 1      ! Variables dynamiques au pas - 1
65      REAL vcovm1((iim + 1) * jjm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)      REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, llm)
66      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
67      REAL massem1(ip1jmp1, llm)      REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
68    
69      ! tendances dynamiques      ! Tendances dynamiques
70      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(ip1jmp1, llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(iim + 1, jjm + 1, llm)
71      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
72        real dp(iim + 1, jjm + 1)
73    
74      ! tendances de la dissipation      ! Tendances de la dissipation :
75      REAL dvdis((iim + 1) * jjm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)      REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
76      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
77    
78      ! tendances physiques      ! Tendances physiques
79      REAL dvfi((iim + 1) * jjm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)      REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
80      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  
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 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.  
85      INTEGER l      INTEGER l
86    
87      REAL rdayvrai, rdaym_ini      ! Variables test conservation \'energie
   
     ! Variables test conservation energie  
88      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)
89      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
90      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
91      ! cree par la dissipation      logical leapf
92      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)      real dt ! time step, in s
93      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
94      logical forward, leapf      REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm + 1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
95      REAL dt      ! ("p3d(i, j, l)" is at longitude "rlonv(i)", latitude "rlatu(j)",
96        ! for interface "l")
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  
     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)  
105    
106      ! Début de l'integration temporelle :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
107      outer_loop:do      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
108         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
109              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)      pkf = pk
110         vcovm1 = vcov      CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
111         ucovm1 = ucov  
112         tetam1 = teta      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
113         massem1 = masse         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
114         psm1 = ps        
115         forward = .TRUE.         if (leapf) then
116         leapf = .FALSE.            dt = 2 * dtvr
117         dt = dtvr         else
118         finvmaold = masse            ! Matsuno
119         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            dt = dtvr
120              if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
121              vcovm1 = vcov
122              ucovm1 = ucov
123              tetam1 = teta
124              massem1 = masse
125              psm1 = ps
126           end if
127    
128           ! Calcul des tendances dynamiques:
129           CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
130           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    
133           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
134    
135           ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
136           CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, dp, &
137                vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
138    
139           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
140           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
141           pkf = pk
142           CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
143    
144         do         if (.not. leapf) then
145              ! Matsuno backward
146            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
147            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
148            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
149                 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  
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, dt)                 leapf=.false.)
155    
156            IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
157               ! calcul des tendances physiques:            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
158               IF (itau + 1 == itaufin) lafin = .TRUE.            pkf = pk
159              CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
160               CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         end if
161               CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
162           IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys) THEN
163               rdaym_ini = itau * dtvr / daysec            CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
164               rdayvrai = rdaym_ini + day_ini                 dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
165                   time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
166               CALL calfis(nqmx, lafin, rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, &                 lafin = itau + 1 == itaufin)
167                    masse, ps, pk, phis, phi, du, dv, dteta, dq, w, &  
168                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
169           ENDIF
170               ! ajout des tendances physiques:  
171               CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
172                    dtetafi, dqfi, dpfi)            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
173            ENDIF  
174              ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
175            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
176            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
177    
178            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN            ! dissipation
179               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
180              ucov = ucov + dudis
181               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            vcov = vcov + dvdis
182               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)  
183               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
184              ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
185               ! dissipation            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
186               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
187               ucov=ucov + dudis            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
188               vcov=vcov + dvdis            teta = teta + dtetadis
189    
190               ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
191               ! thermique créée lors de la dissipation            forall (l = 1: llm)
192               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) / apoln
193               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
194               dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
195               dtetadis=dtetadis + dtetaecdt            END forall
196               teta=teta + dtetadis         END IF
197    
198               ! Calcul de la valeur moyenne unique de h aux pôles         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
199               forall (l = 1: llm)            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
200                  teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &                 q(:, :, :, 1))
201                       / apoln         ENDIF
202                  teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &  
203                       * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
204               END forall         CALL writehist(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, &
205                itau_w = itau_dyn + itau + 1)
206               ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln      end do time_integration
207               ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &  
208                    / apols      CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
209            END IF  
210        ! Calcul des tendances dynamiques:
211            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
212            ! préparation du pas d'intégration suivant      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, du, &
213             dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
           ! 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  
214    
215    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
216    
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