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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 31 by guez, Thu Apr 1 14:59:19 2010 UTC trunk/dyn3d/leapfrog.f revision 260 by guez, Tue Mar 6 17:18:33 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             iflag_phys, iecri
25        USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
26      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx      USE dimens_m, 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 logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use integrd_m, only: integrd
37      USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1      use nr_util, only: assert
     USE pression_m, ONLY: pression  
     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((iim + 1) * jjm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
44      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
45      REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa  
46        REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
47      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      ! potential temperature
48      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol  
49      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
50      REAL, intent(in):: time_0      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      ! Variables local to the procedure:      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
54        ! mass fractions of advected fields
55    
56        ! Local:
57    
58      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
59    
60      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
61      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
62      REAL pkf(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches      REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
63      REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential      REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
64      REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale      REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
65    
66      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport      ! Variables dynamiques interm\'ediaires pour le transport
67      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm) !flux de masse      ! Flux de masse :
68        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
69    
70      ! variables dynamiques au pas - 1      ! Variables dynamiques au pas - 1
71      REAL vcovm1((iim + 1) * jjm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)      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)      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
73      REAL massem1(ip1jmp1, llm)      REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
74    
75      ! tendances dynamiques      ! Tendances dynamiques
76      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(ip1jmp1, llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(iim + 1, jjm + 1, llm)
77      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
78        real dp(iim + 1, jjm + 1)
79    
80      ! tendances de la dissipation      ! Tendances de la dissipation :
81      REAL dvdis((iim + 1) * jjm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)      REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
82      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
83    
84      ! tendances physiques      ! Tendances physiques
85      REAL dvfi((iim + 1) * jjm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)      REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
86      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  
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      INTEGER l
     REAL time ! time of day, as a fraction of day length  
     real finvmaold(ip1jmp1, llm)  
     LOGICAL:: lafin=.false.  
     INTEGER i, j, l  
92    
93      REAL rdayvrai, rdaym_ini      ! Variables test conservation \'energie
   
     ! Variables test conservation energie  
94      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)
95      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
96      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
97      ! cree par la dissipation      logical leapf
98      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)      real dt ! time step, in s
99      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
100      logical forward, leapf      REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm + 1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
101      REAL dt      ! ("p3d(i, j, l)" is at longitude "rlonv(i)", latitude "rlatu(j)",
102        ! for interface "l")
103    
104      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
105    
106      print *, "Call sequence information: leapfrog"      print *, "Call sequence information: leapfrog"
107        call assert(shape(ucov) == (/iim + 1, jjm + 1, llm/), "leapfrog")
108    
109      itaufin = nday * day_step      itaufin = nday * day_step
110      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore "itaufin" is one too      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
111    
     itau = 0  
     iday = day_ini  
     time = time_0  
     dq = 0.  
112      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
113      CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
114      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
115        pkf = pk
116      ! Début de l'integration temporelle :      CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
117      outer_loop:do i = 1, itaufin / iperiod  
118         ! {itau is a multiple of iperiod}      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
119           leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
120         ! 1. Matsuno forward:         if (leapf) then
121              dt = 2 * dtvr
122         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &         else
123              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            ! Matsuno
124         vcovm1 = vcov            dt = dtvr
125         ucovm1 = ucov            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
126         tetam1 = teta            vcovm1 = vcov
127         massem1 = masse            ucovm1 = ucov
128         psm1 = ps            tetam1 = teta
129         finvmaold = masse            massem1 = masse
130         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            psm1 = ps
131           end if
132    
133         ! Calcul des tendances dynamiques:         ! Calcul des tendances dynamiques:
134         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
135         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
136              MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &              du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
137              time + iday - day_ini)              conser = MOD(itau, iconser) == 0)
138    
139         ! 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)  
        ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:  
        IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &  
             dtvr, itau)  
   
        ! integrations dynamique et traceurs:  
        CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &  
             dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, finvmaold, .false., &  
             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  
140    
141         ! Calcul des tendances dynamiques:         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
142         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
143         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
144              .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time + iday - day_ini)  
145           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
146           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
147           pkf = pk
148           CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
149    
150         ! integrations dynamique et traceurs:         if (.not. leapf) then
151         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &            ! Matsuno backward
152              dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, finvmaold, .false., &            ! Calcul des tendances dynamiques:
153              dtvr)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
154              CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
155                   phi, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
156    
157         CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            ! integrations dynamique et traceurs:
158         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &
159                   dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
160                   leapf=.false.)
161    
162              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
163              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
164              pkf = pk
165              CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
166           end if
167    
168           IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys) THEN
169              CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
170                   dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
171                   time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
172                   lafin = itau + 1 == itaufin)
173    
174         ! 3. Leapfrog:            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
175           ENDIF
176    
177         do j = 1, iperiod - 1         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
178            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
           CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)  
           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &  
                .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &  
                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, itau)  
179    
180            ! integrations dynamique et traceurs:            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
181            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
182                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
183                 finvmaold, .true., 2 * dtvr)  
184              ! dissipation
185            IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
186               ! calcul des tendances physiques:            ucov = ucov + dudis
187               IF (itau + 1 == itaufin) lafin = .TRUE.            vcov = vcov + dvdis
188    
189               CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
190               CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
191              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
192               rdaym_ini = itau * dtvr / daysec            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
193               rdayvrai = rdaym_ini + day_ini            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
194              teta = teta + dtetadis
195               CALL calfis(nqmx, lafin, rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, &  
196                    masse, ps, pk, phis, phi, du, dv, dteta, dq, w, &            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
197                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            forall (l = 1: llm)
198                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
199               ! ajout des tendances physiques:                    / apoln
200               CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
201                    dtetafi, dqfi, dpfi)                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
202            ENDIF            END forall
203           END IF
204            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
205            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
206              ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
207            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
208               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:                 time = itau + 1)
209              call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
210               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation                 q(:, :, :, 1))
211               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)         ENDIF
212               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)  
213           IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
214               ! dissipation            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
215               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, masse, ps)
216               ucov=ucov + dudis         END IF
217               vcov=vcov + dvdis      end do time_integration
218    
219               ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E      CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
              ! 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)  
220    
221      ! Calcul des tendances dynamiques:      ! Calcul des tendances dynamiques:
222      CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
223      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
224           MOD(itaufin, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &           du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
225           time + iday - day_ini)           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
   
     ! 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)  
226    
227    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
228    
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