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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 262 by guez, Wed Mar 7 13:46:18 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 writehist_m, only: writehist
40    
41      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
42      REAL vcov((iim + 1) * jjm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
43      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
44      REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa  
45        REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
46      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      ! potential temperature
47      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol  
48      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
49      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
50        REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
51    
52      ! Variables local to the procedure:      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
53        ! mass fractions of advected fields
54    
55        ! 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 intermediaire pour le transport      ! Variables dynamiques interm\'ediaires pour le transport
66      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm) !flux de masse      ! Flux de masse :
67        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
68    
69      ! variables dynamiques au pas - 1      ! Variables dynamiques au pas - 1
70      REAL vcovm1((iim + 1) * jjm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)      REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, 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
90      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  
91    
92      REAL rdayvrai, rdaym_ini      ! 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)
96      ! cree par la dissipation      logical leapf
97      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)      real dt ! time step, in s
98      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
99      logical forward, leapf      REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm + 1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
100      REAL dt      ! ("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".
110    
     itau = 0  
     iday = day_ini  
     time = time_0  
     dq = 0.  
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      ! Début de l'integration temporelle :      CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
116      outer_loop:do i = 1, itaufin / iperiod  
117         ! {itau is a multiple of iperiod}      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
118           leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
119         ! 1. Matsuno forward:         if (leapf) then
120              dt = 2 * dtvr
121         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &         else
122              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            ! Matsuno
123         vcovm1 = vcov            dt = dtvr
124         ucovm1 = ucov            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
125         tetam1 = teta            vcovm1 = vcov
126         massem1 = masse            ucovm1 = ucov
127         psm1 = ps            tetam1 = teta
128         finvmaold = masse            massem1 = masse
129         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            psm1 = ps
130           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 + iday - day_ini)              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)  
        ! 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  
139    
140         ! Calcul des tendances dynamiques:         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
141         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
142         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
143              .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time + iday - day_ini)  
144           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
145           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
146           pkf = pk
147           CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
148    
149         ! integrations dynamique et traceurs:         if (.not. leapf) then
150         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &            ! Matsuno backward
151              dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, finvmaold, .false., &            ! Calcul des tendances dynamiques:
152              dtvr)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
153              CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
154                   phi, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
155    
156         CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            ! integrations dynamique et traceurs:
157         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &
158                   dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
159                   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
166    
167           IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys) THEN
168              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         ! 3. Leapfrog:            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
174           ENDIF
175    
176         do j = 1, iperiod - 1         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
177            ! 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)  
178    
179            ! integrations dynamique et traceurs:            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
180            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
181                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
182                 finvmaold, .true., 2 * dtvr)  
183              ! dissipation
184            IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
185               ! calcul des tendances physiques:            ucov = ucov + dudis
186               IF (itau + 1 == itaufin) lafin = .TRUE.            vcov = vcov + dvdis
187    
188               CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
189               CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
190              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
191               rdaym_ini = itau * dtvr / daysec            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
192               rdayvrai = rdaym_ini + day_ini            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
193              teta = teta + dtetadis
194               CALL calfis(nqmx, lafin, rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, &  
195                    masse, ps, pk, phis, phi, du, dv, dteta, dq, w, &            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
196                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            forall (l = 1: llm)
197                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
198               ! ajout des tendances physiques:                    / apoln
199               CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
200                    dtetafi, dqfi, dpfi)                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
201            ENDIF            END forall
202           END IF
203            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
204            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
205              call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
206            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN                 q(:, :, :, 1))
207               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:         ENDIF
208    
209               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation         IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
210               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
211               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            CALL writehist(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, itau)
212           END IF
213               ! dissipation      end do time_integration
214               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)  
215               ucov=ucov + dudis      CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
              vcov=vcov + dvdis  
   
              ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E  
              ! 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)  
216    
217      ! Calcul des tendances dynamiques:      ! Calcul des tendances dynamiques:
218      CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
219      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
220           MOD(itaufin, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &           du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
221           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)  
222    
223    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
224    
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