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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 67 by guez, Tue Oct 2 15:50:56 2012 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 revision 616      ! 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 comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr      USE comconst, ONLY: dtvr
20      USE comgeom, ONLY: aire_2d, apoln, apols      USE comgeom, ONLY: aire_2d, apoln, apols
21        use covcont_m, only: covcont
22      USE disvert_m, ONLY: ap, bp      USE disvert_m, ONLY: ap, bp
23      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, iflag_phys
24           iflag_phys, ok_guide      USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
25      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx      USE dimensions, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
26      use dissip_m, only: dissip      use dissip_m, only: dissip
27      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini      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 nr_util, only: assert      use nr_util, only: assert
37      USE pressure_var, ONLY: p3d      use writehist_m, only: writehist
     USE temps, ONLY: itau_dyn  
     use writedynav_m, only: writedynav  
38    
     ! Variables dynamiques:  
39      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
40      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
41    
# Line 43  contains Line 43  contains
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(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air      REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
47      REAL phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) 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:  
   
     ! Variables dynamiques:  
53    
54      REAL pks((iim + 1) * (jjm + 1)) ! exner au sol      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! 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(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtré au milieu des couches      REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
57      REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential      REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
58      REAL w((iim + 1) * (jjm + 1), 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      ! Flux de masse :      ! Flux de masse :
62      REAL pbaru((iim + 1) * (jjm + 1), llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm)      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(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, llm)
# Line 71  contains Line 67  contains
67      REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
68    
69      ! Tendances dynamiques      ! Tendances dynamiques
70      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), dudyn((iim + 1) * (jjm + 1), llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(iim + 1, jjm + 1, llm)
71      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm), dq((iim + 1) * (jjm + 1), llm, nqmx)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
72      real dp((iim + 1) * (jjm + 1))      real dp(iim + 1, jjm + 1)
73    
74      ! Tendances de la dissipation :      ! Tendances de la dissipation :
75      REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, 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((iim + 1) * (jjm + 1), llm)      REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
80      REAL dtetafi(iim + 1, jjm + 1, llm), dqfi((iim + 1) * (jjm + 1), llm, nqmx)      REAL dtetafi(iim + 1, jjm + 1, llm), dqfi(iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
     real dpfi((iim + 1) * (jjm + 1))  
81    
82      ! Variables pour le fichier histoire      ! 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(iim + 1, jjm + 1, 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 vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), 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    
# Line 108  contains Line 103  contains
103      itaufin = nday * day_step      itaufin = nday * day_step
104      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
105    
     dq = 0.  
   
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.)  
126         end if         end if
127    
128         ! Calcul des tendances dynamiques:         ! Calcul des tendances dynamiques:
129         CALL geopot((iim + 1) * (jjm + 1), 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              dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &              dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = MOD(itau, iconser) == 0)
132              conser=MOD(itau, iconser)==0)  
133           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
134         ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)  
135         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
136           CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, dp, &
137         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:              vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
138         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &  
139              dtvr, itau)         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
140           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
141         ! Integrations dynamique et traceurs:         pkf = pk
142         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &         CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
             dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &  
             leapf)  
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((iim + 1) * (jjm + 1), 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, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &                 phi, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
                conser=.false.)  
150    
151            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
152            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
153                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &                 dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
154                 finvmaold, 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            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec            CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
160            rdayvrai = rdaym_ini + day_ini         end if
           time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0  
           IF (time > 1.) time = time - 1.  
161    
162            CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, masse, ps, pk, &         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys) THEN
163                 phis, phi, dudyn, dv, dq, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi, &            CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
164                   dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
165                   time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
166                 lafin = itau + 1 == itaufin)                 lafin = itau + 1 == itaufin)
167    
168            ! ajout des tendances physiques:            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
           CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &  
                dtetafi, dqfi, dpfi)  
169         ENDIF         ENDIF
170    
        forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps  
        CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
171         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
172            ! Dissipation horizontale et verticale des petites échelles            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
173    
174            ! calcul de l'énergie cinétique 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    
# Line 202  contains Line 180  contains
180            ucov = ucov + dudis            ucov = ucov + dudis
181            vcov = vcov + dvdis            vcov = vcov + dvdis
182    
183            ! On ajoute la tendance due à la transformation énergie            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
184            ! cinétique en énergie thermique par 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            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
188            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(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &  
                time = itau + 1)  
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))                 q(:, :, :, 1))
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((iim + 1) * (jjm + 1), 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           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &           dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
          conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)  
214    
215    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
216    
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