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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 31 by guez, Thu Apr 1 14:59:19 2010 UTC trunk/dyn3d/leapfrog.f90 revision 328 by guez, Thu Jun 13 14:40:06 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
     ! schema matsuno + leapfrog  
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
85      INTEGER iday ! jour julien      INTEGER l
     REAL time ! time of day, as a fraction of day length  
     real finvmaold(ip1jmp1, llm)  
     LOGICAL:: lafin=.false.  
     INTEGER i, j, 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      ! 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      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore "itaufin" is one too      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
105    
     itau = 0  
     iday = day_ini  
     time = time_0  
     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      ! Début de l'integration temporelle :      CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
111      outer_loop:do i = 1, itaufin / iperiod  
112         ! {itau is a multiple of iperiod}      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
113           leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
114         ! 1. Matsuno forward:        
115           if (leapf) then
116         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &            dt = 2 * dtvr
117              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)         else
118         vcovm1 = vcov            ! Matsuno
119         ucovm1 = ucov            dt = dtvr
120         tetam1 = teta            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
121         massem1 = masse            vcovm1 = vcov
122         psm1 = ps            ucovm1 = ucov
123         finvmaold = masse            tetam1 = teta
124         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            massem1 = masse
125              psm1 = ps
126           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)
132              time + iday - day_ini)  
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         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, dp, &
137         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &              vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
138              dtvr, itau)  
139           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
140         ! integrations dynamique et traceurs:         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
141         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &         pkf = pk
142              dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, finvmaold, .false., &         CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
             dtvr)  
   
        CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
        CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
        ! 2. Matsuno backward:  
   
        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  
143    
144         ! Calcul des tendances dynamiques:         if (.not. leapf) then
145         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            ! Matsuno backward
146         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            ! Calcul des tendances dynamiques:
147              .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time + iday - day_ini)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
148              CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
149                   phi, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
150    
151         ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
152         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
153              dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, finvmaold, .false., &                 dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
154              dtvr)                 leapf=.false.)
155    
156              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
157              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
158              pkf = pk
159              CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
160           end if
161    
162           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                   dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
165                   time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
166                   lafin = itau + 1 == itaufin)
167    
168         CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
169         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)         ENDIF
170    
171         ! 3. Leapfrog:         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
172              ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
173    
174         do j = 1, iperiod - 1            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
175            ! Calcul des tendances dynamiques:            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
176            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
177            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &  
178                 .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &            ! dissipation
179                 time + iday - day_ini)            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
180              ucov = ucov + dudis
181            ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)            vcov = vcov + dvdis
182            CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)  
183            ! Stokage du flux de masse pour traceurs off-line:            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
184            IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
185                 dtvr, itau)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
186              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
187              dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
188              teta = teta + dtetadis
189    
190              ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
191              forall (l = 1: llm)
192                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) / apoln
193                 teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
194                      * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
195              END forall
196           END IF
197    
198           IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
199              call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
200                   q(:, :, :, 1))
201           ENDIF
202    
203            ! integrations dynamique et traceurs:         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
204            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &         CALL writehist(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, &
205                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &              itau_w = itau_dyn + itau + 1)
206                 finvmaold, .true., 2 * dtvr)      end do time_integration
207    
208            IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN      CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
              ! 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  
   
           CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
           IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN  
              ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:  
   
              ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation  
              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)  
              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  
   
           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  
   
           IF (MOD(itau, iperiod) == 0) 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  
        end do  
     end do outer_loop  
   
     ! {itau == itaufin}  
     CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &  
          itau=itau_dyn+itaufin)  
   
     vcovm1 = vcov  
     ucovm1 = ucov  
     tetam1 = teta  
     massem1 = masse  
     psm1 = ps  
     finvmaold = masse  
     CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)  
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 + iday - day_ini)  
   
     ! 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 off-line:  
     IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, dtvr, &  
          itaufin)  
214    
215    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
216    
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