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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 46 by guez, Mon May 16 14:52:30 2011 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      ! Matsuno-leapfrog scheme.  
12        ! Int\'egration temporelle du mod\`ele : Matsuno-leapfrog scheme.
13    
14      use addfi_m, only: addfi      use addfi_m, only: addfi
15      use bilan_dyn_m, only: bilan_dyn      use bilan_dyn_m, only: bilan_dyn
16      use caladvtrac_m, only: caladvtrac      use caladvtrac_m, only: caladvtrac
17      use caldyn_m, only: caldyn      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      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 integrd_m, only: integrd      use integrd_m, only: integrd
36      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use nr_util, only: assert
37      USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1      use writehist_m, only: writehist
38      USE pressure_var, ONLY: p3d  
39      USE temps, ONLY: itau_dyn      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
40        REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
     ! Variables dynamiques:  
     REAL, intent(inout):: ucov(ip1jmp1, llm) ! vent covariant  
     REAL, intent(inout):: vcov((iim + 1) * jjm, llm) ! vent covariant  
41    
42      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
43      ! potential temperature      ! potential temperature
44    
45      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
46      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
47      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol      REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
48    
49      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
50      ! mass fractions of advected fields      ! mass fractions of advected fields
51    
52      REAL, intent(in):: time_0      ! Local:
   
     ! Variables local to the procedure:  
53    
54      ! Variables dynamiques:      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
   
     REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol  
55      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
56      REAL pkf(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches      REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
57      REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential      REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
58      REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale      REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
59    
60      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport      ! Variables dynamiques interm\'ediaires pour le transport
61      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm) !flux de masse      ! 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(iim + 1, jjm + 1, 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(iim + 1, jjm + 1, 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
     REAL time ! time of day, as a fraction of day length  
     real finvmaold(ip1jmp1, llm)  
85      INTEGER l      INTEGER l
     REAL rdayvrai, rdaym_ini  
86    
87      ! 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    
90      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
     ! tendance de la température potentielle due à la tansformation  
     ! d'énergie cinétique en énergie thermique créée par la dissipation  
   
     REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
91      logical leapf      logical leapf
92      real dt      real dt ! time step, in s
93    
94        REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm + 1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
95        ! ("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      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore "itaufin" is one too      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
   
     dq = 0.  
105    
106      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
107      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps      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        CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
111    
112      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
113         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
114          
115         if (leapf) then         if (leapf) then
116            dt = 2 * dtvr            dt = 2 * dtvr
117         else         else
118            ! Matsuno            ! Matsuno
119            dt = dtvr            dt = dtvr
120            if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
                call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)  
121            vcovm1 = vcov            vcovm1 = vcov
122            ucovm1 = ucov            ucovm1 = ucov
123            tetam1 = teta            tetam1 = teta
124            massem1 = masse            massem1 = masse
125            psm1 = ps            psm1 = ps
           finvmaold = masse  
           CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)  
126         end if         end if
127    
128         ! Calcul des tendances dynamiques:         ! Calcul des tendances dynamiques:
129         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
130         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, du, &
131              MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &              dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = MOD(itau, iconser) == 0)
             time_0)  
   
        ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)  
        CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)  
   
        ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:  
        IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &  
             dtvr, itau)  
132    
133         ! Integrations dynamique et traceurs:         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, &         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, dp, &
137              vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, leapf)              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         if (.not. leapf) then         if (.not. leapf) then
145            ! Matsuno backward            ! Matsuno backward
           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps  
           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
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 + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
149                 phi, .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0)                 phi, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
150    
151            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
152            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
153                 dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, &                 dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
154                 dtvr, leapf=.false.)                 leapf=.false.)
        end if  
   
        IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN  
           ! calcul des tendances physiques:  
155    
156            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
157            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
158              pkf = pk
159              CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
160           end if
161    
162            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys) THEN
163            rdayvrai = rdaym_ini + day_ini            CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
164            time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0                 dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
165            IF (time > 1.) time = time - 1.                 time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
166                   lafin = itau + 1 == itaufin)
           CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, masse, ps, pk, &  
                phis, phi, du, dv, dq, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi, &  
                lafin=itau+1==itaufin)  
   
           ! ajout des tendances physiques:  
           CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &  
                dtetafi, dqfi, dpfi)  
        ENDIF  
167    
168         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
169         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)         ENDIF
170    
171         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
172            ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
173    
174            ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
175            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
176            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
177    
178            ! dissipation            ! dissipation
179            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
180            ucov=ucov + dudis            ucov = ucov + dudis
181            vcov=vcov + dvdis            vcov = vcov + dvdis
182    
183            ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
184            ! thermique créée lors de la dissipation            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
185            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
186            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
187            dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
188            dtetadis=dtetadis + dtetaecdt            teta = teta + dtetadis
           teta=teta + dtetadis  
189    
190            ! Calcul de la valeur moyenne aux pôles :            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
191            forall (l = 1: llm)            forall (l = 1: llm)
192               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) / apoln
193                    / apoln               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
              teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &  
194                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
195            END forall            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  
196         END IF         END IF
197    
198         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
           ! Écriture du fichier histoire moyenne:  
           CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau + 1, vcov, ucov, teta, pk, &  
                phi, q, masse, ps, phis)  
199            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
200                 q(:, :, :, 1), dt_app = dtvr * iperiod, &                 q(:, :, :, 1))
                dt_cum = dtvr * day_step * periodav)  
201         ENDIF         ENDIF
202    
203           CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
204           CALL writehist(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, &
205                itau_w = itau_dyn + itau + 1)
206      end do time_integration      end do time_integration
207    
208      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &      CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
          itau=itau_dyn+itaufin)  
209    
210      ! Calcul des tendances dynamiques:      ! Calcul des tendances dynamiques:
211      CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
212      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, du, &
213           MOD(itaufin, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &           dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
          time_0)  
214    
215    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
216    
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