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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 26 by guez, Tue Mar 9 15:27:15 2010 UTC trunk/Sources/dyn3d/leapfrog.f revision 134 by guez, Wed Apr 29 15:47:56 2015 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      ! Auteurs: P. Le Van, L. Fairhead, F. Hourdin      ! Authors: P. Le Van, L. Fairhead, F. Hourdin
11    
12        ! IntĂ©gration 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: daysec, dtvr
20      USE comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr      USE comgeom, ONLY: aire_2d, apoln, apols
21      USE comgeom, ONLY: aire, apoln, apols      USE disvert_m, ONLY: ap, bp
22      USE comvert, ONLY: ap, bp      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &
23      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, &           iflag_phys, iecri
24           nday, offline, periodav      USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
25      USE dimens_m, ONLY: iim, llm, nqmx      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
26        use dissip_m, only: dissip
27      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini
28        use dynredem1_m, only: dynredem1
29      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
30        use filtreg_m, only: filtreg
31        use fluxstokenc_m, only: fluxstokenc
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: iip1, ip1jm, ip1jmp1, jjp1      use nr_util, only: assert
     USE pression_m, ONLY: pression  
37      USE pressure_var, ONLY: p3d      USE pressure_var, ONLY: p3d
38      USE temps, ONLY: dt, itaufin      USE temps, ONLY: itau_dyn
39        use writedynav_m, only: writedynav
40        use writehist_m, only: writehist
41    
42      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
43      REAL vcov(ip1jm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
44      REAL teta(ip1jmp1, llm) ! temperature potentielle      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
     REAL ps(ip1jmp1) ! 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  
45    
46      ! Variables local to the procedure:      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
47        ! potential temperature
48    
49      ! Variables dynamiques:      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
50        REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
51        REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
52    
53      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
54      REAL pk(ip1jmp1, llm) ! exner au milieu des couches      ! mass fractions of advected fields
     REAL pkf(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches  
     REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential  
     REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale  
   
     ! variables dynamiques intermediaire pour le transport  
     REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv(ip1jm, llm) !flux de masse  
   
     ! variables dynamiques au pas - 1  
     REAL vcovm1(ip1jm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)  
     REAL tetam1(ip1jmp1, llm), psm1(ip1jmp1)  
     REAL massem1(ip1jmp1, llm)  
   
     ! tendances dynamiques  
     REAL dv(ip1jm, llm), du(ip1jmp1, llm)  
     REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)  
   
     ! tendances de la dissipation  
     REAL dvdis(ip1jm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)  
     REAL dtetadis(ip1jmp1, llm)  
   
     ! tendances physiques  
     REAL dvfi(ip1jm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)  
     REAL dtetafi(ip1jmp1, llm), dqfi(ip1jmp1, llm, nqmx), dpfi(ip1jmp1)  
55    
56      ! variables pour le fichier histoire      ! Local:
57    
58      REAL tppn(iim), tpps(iim), tpn, tps      ! Variables dynamiques:
59    
60      INTEGER itau ! index of the time step of the dynamics, starts at 0      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
61      INTEGER iday ! jour julien      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
62      REAL time ! time of day, as a fraction of day length      REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
63      real finvmaold(ip1jmp1, llm)      REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
64      LOGICAL:: lafin=.false.      REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
65      INTEGER ij, l  
66        ! Variables dynamiques intermediaire pour le transport
67      REAL rdayvrai, rdaym_ini      ! Flux de masse :
68        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
69      ! Variables test conservation energie  
70      REAL ecin(ip1jmp1, llm), ecin0(ip1jmp1, llm)      ! Variables dynamiques au pas - 1
71      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la      REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, llm)
72      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
73      ! cree par la dissipation      REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
74      REAL dtetaecdt(ip1jmp1, llm)  
75      REAL vcont(ip1jm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)      ! Tendances dynamiques
76      CHARACTER*15 ztit      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), dudyn(iim + 1, jjm + 1, llm)
77      INTEGER:: ip_ebil_dyn = 0 ! PRINT level for energy conserv. diag.      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
78        real dp((iim + 1) * (jjm + 1))
79    
80        ! Tendances de la dissipation :
81        REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
82        REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
83    
84        ! Tendances physiques
85        REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
86        REAL dtetafi(iim + 1, jjm + 1, llm), dqfi(iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
87    
88      logical:: dissip_conservative = .true.      ! Variables pour le fichier histoire
89      logical forward, leapf, apphys, conser, apdiss      INTEGER itau ! index of the time step of the dynamics, starts at 0
90        INTEGER itaufin
91        real finvmaold(iim + 1, jjm + 1, llm)
92        INTEGER l
93    
94        ! Variables test conservation \'energie
95        REAL ecin(iim + 1, jjm + 1, llm), ecin0(iim + 1, jjm + 1, llm)
96    
97        REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
98        logical leapf
99        real dt ! time step, in s
100    
101      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
102    
103      print *, "Call sequence information: leapfrog"      print *, "Call sequence information: leapfrog"
104        call assert(shape(ucov) == (/iim + 1, jjm + 1, llm/), "leapfrog")
105    
106      itaufin = nday * day_step      itaufin = nday * day_step
107      itau = 0      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
108      iday = day_ini  
     time = time_0  
     dq = 0.  
109      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
110      CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
111      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
112    
113      ! Debut de l'integration temporelle:      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
114      outer_loop:do         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
115         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &         if (leapf) then
116              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            dt = 2 * dtvr
117         vcovm1 = vcov         else
118         ucovm1 = ucov            ! Matsuno
119         tetam1 = teta            dt = dtvr
120         massem1 = masse            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
121         psm1 = ps            vcovm1 = vcov
122         forward = .TRUE.            ucovm1 = ucov
123         leapf = .FALSE.            tetam1 = teta
124         dt = dtvr            massem1 = masse
125         finvmaold = masse            psm1 = ps
126         CALL filtreg(finvmaold, jjp1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            finvmaold = masse
127              CALL filtreg(finvmaold, direct = .false., intensive = .false.)
128         do         end if
129            ! gestion des appels de la physique et des dissipations:  
130            apphys = MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0         ! Calcul des tendances dynamiques:
131            conser = MOD(itau, iconser) == 0         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
132            apdiss = MOD(itau + 1, idissip) == 0         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
133                dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
134            ! calcul des tendances dynamiques:              conser = MOD(itau, iconser) == 0)
135            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)  
136            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
137                 conser, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &  
138                 time + iday - day_ini)         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
139           IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
140            IF (forward .OR. leapf) THEN              dtvr, itau)
141               ! calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidite)  
142               CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
143               IF (offline) THEN         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
144                  ! Stokage du flux de masse pour traceurs off-line              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &
145                  CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, dtvr, &              leapf)
146                       itau)  
147               ENDIF         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
148            ENDIF         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
149    
150           if (.not. leapf) then
151              ! Matsuno backward
152              ! Calcul des tendances dynamiques:
153              CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
154              CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
155                   phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
156    
157            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
158            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &
159                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &
160                 finvmaold, leapf)                 finvmaold, dtvr, leapf=.false.)
   
           IF (apphys) THEN  
              ! 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  
   
              ! Diagnostique de conservation de l'énergie : initialisation  
              IF (ip_ebil_dyn >= 1) THEN  
                 ztit='bil dyn'  
                 CALL diagedyn(ztit, 2, 1, 1, dtphys, ucov, vcov, ps, p3d, pk, &  
                      teta, q(:, :, 1), q(:, :, 2))  
              ENDIF  
   
              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)  
   
              ! Diagnostique de conservation de l'énergie : difference  
              IF (ip_ebil_dyn >= 1) THEN  
                 ztit = 'bil phys'  
                 CALL diagedyn(ztit, 2, 1, 1, dtphys, ucov, vcov, ps, p3d, pk, &  
                      teta, q(:, :, 1), q(:, :, 2))  
              ENDIF  
           ENDIF  
161    
162            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
163            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
164           end if
165    
166            IF (apdiss) THEN         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
167               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            CALL calfis(itau / day_step + day_ini, &
168                   REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, ucov, vcov, teta, q, pk, &
169               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation                 phis, phi, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, &
170               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)                 lafin = itau + 1 == itaufin)
171               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)  
172              CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
173               ! dissipation         ENDIF
174               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)  
175               ucov=ucov + dudis         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
176               vcov=vcov + dvdis            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
177    
178               if (dissip_conservative) then            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
179                  ! On rajoute la tendance due a la transform. Ec -> E            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
180                  ! therm. cree lors de la dissipation            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
181                  call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)  
182                  call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)            ! dissipation
183                  dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
184                  dtetadis=dtetadis + dtetaecdt            ucov = ucov + dudis
185               endif            vcov = vcov + dvdis
186               teta=teta + dtetadis  
187              ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
188               ! Calcul de la valeur moyenne, unique de h aux poles .....            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
189               DO l = 1, llm            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
190                  DO ij = 1, iim            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
191                     tppn(ij) = aire(ij) * teta(ij, l)            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
192                     tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * teta(ij + ip1jm, l)            teta = teta + dtetadis
193                  ENDDO  
194                  tpn = SUM(tppn) / apoln            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
195                  tps = SUM(tpps) / apols            forall (l = 1: llm)
196                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
197                  DO ij = 1, iip1                    / apoln
198                     teta(ij, l) = tpn               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
199                     teta(ij + ip1jm, l) = tps                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
200                  ENDDO            END forall
201               ENDDO         END IF
202    
203               DO ij = 1, iim         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
204                  tppn(ij) = aire(ij) * ps(ij)            ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
205                  tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * ps(ij + ip1jm)            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
206               ENDDO                 time = itau + 1)
207               tpn = SUM(tppn) / apoln            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
208               tps = SUM(tpps) / apols                 q(:, :, :, 1))
209           ENDIF
210               DO ij = 1, iip1  
211                  ps(ij) = tpn         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
212                  ps(ij + ip1jm) = tps            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
213               ENDDO            CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, q, masse, ps)
214            END IF         END IF
215        end do time_integration
216            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"  
217            ! préparation du pas d'intégration suivant      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
218             itau = itau_dyn + itaufin)
219            ! schema matsuno + leapfrog  
220            IF (forward .OR. leapf) THEN      ! Calcul des tendances dynamiques:
221               itau = itau + 1      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
222               iday = day_ini + itau / day_step      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
223               time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
224                    + time_0           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
              IF (time > 1.) THEN  
                 time = time - 1.  
                 iday = iday + 1  
              ENDIF  
           ENDIF  
   
           IF (itau == itaufin + 1) exit outer_loop  
   
           IF (MOD(itau, iperiod) == 0 .OR. itau == itaufin) 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  
   
           IF (itau == itaufin) THEN  
              CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps)  
           ENDIF  
   
           ! gestion de l'integration temporelle:  
           IF (MOD(itau, iperiod) == 0) exit  
           IF (MOD(itau - 1, iperiod) == 0) THEN  
              IF (forward) THEN  
                 ! fin du pas forward et debut du pas backward  
                 forward = .FALSE.  
                 leapf = .FALSE.  
              ELSE  
                 ! fin du pas backward et debut du premier pas leapfrog  
                 leapf = .TRUE.  
                 dt = 2. * dtvr  
              END IF  
           ELSE  
              ! pas leapfrog  
              leapf = .TRUE.  
              dt = 2. * dtvr  
           END IF  
        end do  
     end do outer_loop  
225    
226    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
227    

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