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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 28 by guez, Fri Mar 26 18:33:04 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      ! Authors: P. Le Van, L. Fairhead, F. Hourdin      ! Authors: P. Le Van, L. Fairhead, F. Hourdin
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: 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
     USE comvert, ONLY: ap, bp  
22      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &
23           periodav           iflag_phys, iecri
24      USE dimens_m, ONLY: iim, llm, nqmx      USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
25        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      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      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: itau_dyn      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        REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
61        REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
62        REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
63        REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
64        REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
65    
66        ! Variables dynamiques intermediaire pour le transport
67        ! Flux de masse :
68        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
69    
70        ! Variables dynamiques au pas - 1
71        REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, llm)
72        REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
73        REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
74    
75        ! Tendances dynamiques
76        REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), dudyn(iim + 1, jjm + 1, llm)
77        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        ! Variables pour le fichier histoire
89      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
90      INTEGER itaufin      INTEGER itaufin
91      INTEGER iday ! jour julien      real finvmaold(iim + 1, jjm + 1, llm)
92      REAL time ! time of day, as a fraction of day length      INTEGER l
93      real finvmaold(ip1jmp1, llm)  
94      LOGICAL:: lafin=.false.      ! Variables test conservation \'energie
95      INTEGER ij, l      REAL ecin(iim + 1, jjm + 1, llm), ecin0(iim + 1, jjm + 1, llm)
96    
97      REAL rdayvrai, rdaym_ini      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
98        logical leapf
99      ! Variables test conservation energie      real dt ! time step, in s
     REAL ecin(ip1jmp1, llm), ecin0(ip1jmp1, llm)  
     ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
     ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique  
     ! cree par la dissipation  
     REAL dtetaecdt(ip1jmp1, llm)  
     REAL vcont(ip1jm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
     logical forward, leapf  
     REAL dt  
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      ! Début 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           end if
129    
130           ! Calcul des tendances dynamiques:
131           CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
132           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
133                dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
134                conser = MOD(itau, iconser) == 0)
135    
136           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
137    
138           ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
139           IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
140                dtvr, itau)
141    
142           ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
143           CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
144                dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &
145                leapf)
146    
147         do         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
148           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
149    
150           if (.not. leapf) then
151              ! Matsuno backward
152            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
153            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
154            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
155                 MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &                 phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
                time + iday - day_ini)  
   
           IF (forward .OR. leapf) THEN  
              ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)  
              CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)  
              IF (offline) THEN  
                 ! Stokage du flux de masse pour traceurs off-line  
                 CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, dtvr, &  
                      itau)  
              ENDIF  
           ENDIF  
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, dt)                 finvmaold, dtvr, leapf=.false.)
   
           IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) 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  
   
              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  
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 (MOD(itau + 1, idissip) == 0) 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               ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
179               ! thermique créée lors de la dissipation            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
180               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
181               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)  
182               dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk            ! dissipation
183               dtetadis=dtetadis + dtetaecdt            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
184               teta=teta + dtetadis            ucov = ucov + dudis
185              vcov = vcov + dvdis
186               ! Calcul de la valeur moyenne unique de h aux pôles  
187               DO l = 1, llm            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
188                  DO ij = 1, iim            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
189                     tppn(ij) = aire(ij) * teta(ij, l)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
190                     tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * teta(ij + ip1jm, l)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
191                  ENDDO            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
192                  tpn = SUM(tppn) / apoln            teta = teta + dtetadis
193                  tps = SUM(tpps) / apols  
194              ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
195                  DO ij = 1, iip1            forall (l = 1: llm)
196                     teta(ij, l) = tpn               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
197                     teta(ij + ip1jm, l) = tps                    / apoln
198                  ENDDO               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
199               ENDDO                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
200              END forall
201               DO ij = 1, iim         END IF
202                  tppn(ij) = aire(ij) * ps(ij)  
203                  tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * ps(ij + ip1jm)         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
204               ENDDO            ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
205               tpn = SUM(tppn) / apoln            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
206               tps = SUM(tpps) / apols                 time = itau + 1)
207              call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
208               DO ij = 1, iip1                 q(:, :, :, 1))
209                  ps(ij) = tpn         ENDIF
210                  ps(ij + ip1jm) = tps  
211               ENDDO         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
212            END IF            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
213              CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, q, masse, ps)
214            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"         END IF
215            ! préparation du pas d'intégration suivant      end do time_integration
216    
217            ! schema matsuno + leapfrog      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
218            IF (forward .OR. leapf) THEN           itau = itau_dyn + itaufin)
219               itau = itau + 1  
220               iday = day_ini + itau / day_step      ! Calcul des tendances dynamiques:
221               time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
222                    + time_0      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
223               IF (time > 1.) THEN           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
224                  time = time - 1.           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
                 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, &  
                   itau=itau_dyn+itaufin)  
           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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