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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 71 by guez, Mon Jul 8 18:12:18 2013 UTC trunk/dyn3d/leapfrog.f revision 266 by guez, Thu Apr 19 17:54:55 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 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, iecri      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
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
     use fluxstokenc_m, only: fluxstokenc  
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
     USE pressure_var, ONLY: p3d  
37      USE temps, ONLY: itau_dyn      USE temps, ONLY: itau_dyn
     use writedynav_m, only: writedynav  
38      use writehist_m, only: writehist      use writehist_m, only: writehist
39    
40      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
# Line 51  contains Line 51  contains
51      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
52      ! mass fractions of advected fields      ! mass fractions of advected fields
53    
54      REAL, intent(in):: time_0      ! Local:
   
     ! Variables local to the procedure:  
55    
56      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
57    
58      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
59      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
60      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
61      REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential      REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
62      REAL w((iim + 1) * (jjm + 1), llm) ! vitesse verticale      REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
63    
64      ! Variables dynamiques intermediaire pour le transport      ! Variables dynamiques interm\'ediaires pour le transport
65      ! Flux de masse :      ! Flux de masse :
66      REAL pbaru((iim + 1) * (jjm + 1), llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm)      REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
67    
68      ! Variables dynamiques au pas - 1      ! Variables dynamiques au pas - 1
69      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 73  contains Line 71  contains
71      REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
72    
73      ! Tendances dynamiques      ! Tendances dynamiques
74      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), dudyn((iim + 1) * (jjm + 1), llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(iim + 1, jjm + 1, llm)
75      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
76      real dp((iim + 1) * (jjm + 1))      real dp(iim + 1, jjm + 1)
77    
78      ! Tendances de la dissipation :      ! Tendances de la dissipation :
79      REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
80      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
81    
82      ! Tendances physiques      ! Tendances physiques
83      REAL dvfi((iim + 1) * jjm, llm), dufi((iim + 1) * (jjm + 1), llm)      REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
84      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))  
85    
86      ! Variables pour le fichier histoire      ! Variables pour le fichier histoire
   
87      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
88      INTEGER itaufin      INTEGER itaufin
     REAL time ! time of day, as a fraction of day length  
     real finvmaold(iim + 1, jjm + 1, llm)  
89      INTEGER l      INTEGER l
     REAL rdayvrai, rdaym_ini  
90    
91      ! Variables test conservation énergie      ! Variables test conservation \'energie
92      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)
93    
94      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
95      logical leapf      logical leapf
96      real dt      real dt ! time step, in s
97    
98        REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm + 1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
99        ! ("p3d(i, j, l)" is at longitude "rlonv(i)", latitude "rlatu(j)",
100        ! for interface "l")
101    
102      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
103    
# Line 112  contains Line 109  contains
109    
110      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
111      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
112      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
113        pkf = pk
114        CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
115    
116      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
117         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
118          
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.)  
130         end if         end if
131    
132         ! Calcul des tendances dynamiques:         ! Calcul des tendances dynamiques:
133         CALL geopot(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, du, &
135              dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &              dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = MOD(itau, iconser) == 0)
             conser=MOD(itau, iconser)==0)  
136    
137         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
138    
139         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
140         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, dp, &
141              dtvr, itau)              vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
142    
143         ! Intégrations dynamique et traceurs:         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
144         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
145              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &         pkf = pk
146              leapf)         CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
147    
148         if (.not. leapf) then         if (.not. leapf) then
149            ! Matsuno backward            ! Matsuno backward
           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps  
           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
150            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
151            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
152            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
153                 phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &                 phi, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
                conser=.false.)  
154    
155            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
156            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
157                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &                 dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
158                 finvmaold, dtvr, leapf=.false.)                 leapf=.false.)
        end if  
   
        IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN  
           ! Calcul des tendances physiques:  
159    
160            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
161            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
162              pkf = pk
163            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec            CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
164            rdayvrai = rdaym_ini + day_ini         end if
           time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0  
           IF (time > 1.) time = time - 1.  
165    
166            CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, ps, pk, phis, phi, &         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys) THEN
167                 dudyn, dv, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi, &            CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
168                   dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
169                   time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
170                 lafin = itau + 1 == itaufin)                 lafin = itau + 1 == itaufin)
171    
172            ! Ajout des tendances physiques:            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
           CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)  
173         ENDIF         ENDIF
174    
        forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps  
        CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
175         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
176            ! Dissipation horizontale et verticale des petites échelles            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
177    
178            ! calcul de l'énergie cinétique avant dissipation            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
179            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
180            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
181    
# Line 200  contains Line 184  contains
184            ucov = ucov + dudis            ucov = ucov + dudis
185            vcov = vcov + dvdis            vcov = vcov + dvdis
186    
187            ! On ajoute la tendance due à la transformation énergie            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
188            ! cinétique en énergie thermique par la dissipation            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
189            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
190            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
191            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
192            teta = teta + dtetadis            teta = teta + dtetadis
193    
194            ! Calcul de la valeur moyenne aux pôles :            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
195            forall (l = 1: llm)            forall (l = 1: llm)
196               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
197                    / apoln               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
              teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &  
198                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
199            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  
200         END IF         END IF
201    
202         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)  
203            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
204                 q(:, :, :, 1))                 q(:, :, :, 1))
205         ENDIF         ENDIF
206    
207         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
208            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)         CALL writehist(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, &
209            CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, q, masse, ps)              itau_w = itau_dyn + itau + 1)
        END IF  
210      end do time_integration      end do time_integration
211    
212      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)  
213    
214      ! Calcul des tendances dynamiques:      ! Calcul des tendances dynamiques:
215      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
216      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, &
217           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)  
218    
219    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
220    
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