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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 33 by guez, Fri Apr 9 10:56:14 2010 UTC trunk/dyn3d/leapfrog.f revision 265 by guez, Tue Mar 20 09:35:59 2018 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        ! Intégration temporelle du modèle : 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, &
24      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx           iflag_phys, iecri
25        USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
26        USE dimensions, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
27        use dissip_m, only: dissip
28      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini
29      use dynredem1_m, only: dynredem1      use dynredem1_m, only: dynredem1
30        use enercin_m, only: enercin
31      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
32      use filtreg_m, only: filtreg      use filtreg_scal_m, only: filtreg_scal
33        use geopot_m, only: geopot
34      USE guide_m, ONLY: guide      USE guide_m, ONLY: guide
35      use inidissip_m, only: idissip      use inidissip_m, only: idissip
36      use integrd_m, only: integrd      use integrd_m, only: integrd
37      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use nr_util, only: assert
     USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1  
     USE pression_m, ONLY: pression  
     USE pressure_var, ONLY: p3d  
38      USE temps, ONLY: itau_dyn      USE temps, ONLY: itau_dyn
39        use writehist_m, only: writehist
40    
41      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
42      REAL, intent(inout):: vcov((iim + 1) * jjm, llm) ! vent covariant      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
43      REAL, intent(inout):: ucov(ip1jmp1, llm) ! vent covariant      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
44      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature  
45      REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
46        ! potential temperature
47      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air  
48      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
49      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
50      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
51    
52        REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
53        ! mass fractions of advected fields
54    
55      ! Variables local to the procedure:      ! Local:
56    
57      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
58    
59      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
60      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
61      REAL pkf(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches      REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
62      REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential      REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
63      REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale      REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
64    
65        ! Variables dynamiques interm\'ediaires pour le transport
66        ! Flux de masse :
67        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
68    
69      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport      ! Variables dynamiques au pas - 1
70      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm) !flux de masse      REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, llm)
   
     ! variables dynamiques au pas - 1  
     REAL vcovm1((iim + 1) * jjm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)  
71      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
72      REAL massem1(ip1jmp1, llm)      REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
73    
74      ! tendances dynamiques      ! Tendances dynamiques
75      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(ip1jmp1, llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(iim + 1, jjm + 1, llm)
76      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
77        real dp(iim + 1, jjm + 1)
78    
79      ! tendances de la dissipation      ! Tendances de la dissipation :
80      REAL dvdis((iim + 1) * jjm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)      REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
81      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
82    
83      ! tendances physiques      ! Tendances physiques
84      REAL dvfi((iim + 1) * jjm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)      REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
85      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  
86    
87        ! Variables pour le fichier histoire
88      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
89      INTEGER itaufin      INTEGER itaufin
     REAL time ! time of day, as a fraction of day length  
     real finvmaold(ip1jmp1, llm)  
90      INTEGER l      INTEGER l
     REAL rdayvrai, rdaym_ini  
91    
92      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation \'energie
93      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)
94      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
95      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
     ! cree par la dissipation  
     REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)  
     REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
96      logical leapf      logical leapf
97      real dt      real dt ! time step, in s
98    
99        REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm + 1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
100        ! ("p3d(i, j, l)" is at longitude "rlonv(i)", latitude "rlatu(j)",
101        ! for interface "l")
102    
103      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
104    
105      print *, "Call sequence information: leapfrog"      print *, "Call sequence information: leapfrog"
106        call assert(shape(ucov) == (/iim + 1, jjm + 1, llm/), "leapfrog")
107    
108      itaufin = nday * day_step      itaufin = nday * day_step
109      ! "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.  
110    
111      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
112      CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
113      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
114        pkf = pk
115        CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
116    
117      ! Début de l'integration temporelle :      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
     do itau = 0, itaufin - 1  
118         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
119         if (leapf) then         if (leapf) then
120            dt = 2 * dtvr            dt = 2 * dtvr
121         else         else
122            ! Matsuno            ! Matsuno
123            dt = dtvr            dt = dtvr
124            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)  
125            vcovm1 = vcov            vcovm1 = vcov
126            ucovm1 = ucov            ucovm1 = ucov
127            tetam1 = teta            tetam1 = teta
128            massem1 = masse            massem1 = masse
129            psm1 = ps            psm1 = ps
           finvmaold = masse  
           CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)  
130         end if         end if
131    
132         ! Calcul des tendances dynamiques:         ! Calcul des tendances dynamiques:
133         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
134         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
135              MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &              du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
136              time_0)              conser = MOD(itau, iconser) == 0)
137    
138         ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
        CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)  
139    
140         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
141         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
142              dtvr, itau)              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
143    
144         ! integrations dynamique et traceurs:         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
145         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
146              dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, finvmaold, leapf, dt)         pkf = pk
147           CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
148    
149         if (.not. leapf) then         if (.not. leapf) then
150            ! Matsuno backward            ! Matsuno backward
           CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
151            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
152            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
153            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
154                 phi, .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0)                 phi, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
155    
156            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
157            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &
158                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, finvmaold, .false., &                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
159                 dtvr)                 leapf=.false.)
160    
161              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
162              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
163              pkf = pk
164              CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
165         end if         end if
166    
167         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys) THEN
168            ! calcul des tendances physiques:            CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
169                   dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
170                   time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
171                   lafin = itau + 1 == itaufin)
172    
173            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
           rdaym_ini = itau * dtvr / daysec  
           rdayvrai = rdaym_ini + day_ini  
           time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0  
           IF (time > 1.) time = time - 1.  
   
           CALL calfis(nqmx, itau + 1 == itaufin, 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)  
174         ENDIF         ENDIF
175    
        CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
        CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
176         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
177            ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
178    
179            ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
180            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
181            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
182    
183            ! dissipation            ! dissipation
184            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
185            ucov=ucov + dudis            ucov = ucov + dudis
186            vcov=vcov + dvdis            vcov = vcov + dvdis
187    
188            ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
189            ! thermique créée lors de la dissipation            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
190            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
191            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
192            dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
193            dtetadis=dtetadis + dtetaecdt            teta = teta + dtetadis
           teta=teta + dtetadis  
194    
195            ! Calcul de la valeur moyenne aux pôles :            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
196            forall (l = 1: llm)            forall (l = 1: llm)
197               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
198                    / apoln                    / apoln
199               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
200                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
201            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  
202         END IF         END IF
203    
204         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
205            ! ecriture du fichier histoire moyenne:            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
206            CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau + 1, vcov, ucov, teta, pk, &                 q(:, :, :, 1))
                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)  
207         ENDIF         ENDIF
     end do  
208    
209      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &         IF (MOD(itau + 1, iecri) == 0) THEN
210           itau=itau_dyn+itaufin)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
211              CALL writehist(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, &
212                   itau_w = itau_dyn + itau + 1)
213           END IF
214        end do time_integration
215    
216        CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
217    
218      ! Calcul des tendances dynamiques:      ! Calcul des tendances dynamiques:
219      CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
220      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
221           MOD(itaufin, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &           du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
222           time_0)           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
223    
224    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
225    
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