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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 47 by guez, Fri Jul 1 15:00:48 2011 UTC trunk/dyn3d/leapfrog.f revision 129 by guez, Fri Feb 13 18:22:38 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      ! Matsuno-leapfrog scheme.  
12        ! Intégration temporelle du modèle : 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 com_io_dyn, ONLY: histaveid      USE comconst, ONLY: daysec, 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 disvert_m, 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 conf_guide_m, ONLY: ok_guide
25      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx      USE dimens_m, 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 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      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 logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use nr_util, only: assert
     USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1  
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, intent(inout):: ucov(ip1jmp1, llm) ! vent covariant      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
44      REAL, intent(inout):: vcov((iim + 1) * jjm, llm) ! vent covariant      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
45    
46      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
47      ! potential temperature      ! potential temperature
48    
49      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
50      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
51      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol      REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
52    
53      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
54      ! mass fractions of advected fields      ! mass fractions of advected fields
55    
56      REAL, intent(in):: time_0      ! Local:
   
     ! Variables local to the procedure:  
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(iim + 1, jjm + 1, 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 intermediaire 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), dudyn(ip1jmp1, llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), dudyn(iim + 1, jjm + 1, llm)
77      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, 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(iim + 1, jjm + 1, 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      REAL time ! time of day, as a fraction of day length      REAL time ! time of day, as a fraction of day length
92      real finvmaold(ip1jmp1, llm)      real finvmaold(iim + 1, jjm + 1, llm)
93      INTEGER l      INTEGER l
     REAL rdayvrai, rdaym_ini  
94    
95      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation \'energie
96      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)
97    
98      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
     ! tendance de la température potentielle due à la tansformation  
     ! d'énergie cinétique en énergie thermique créée par la dissipation  
   
     REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
99      logical leapf      logical leapf
100      real dt      real dt ! time step, in s
101    
102      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
103    
104      print *, "Call sequence information: leapfrog"      print *, "Call sequence information: leapfrog"
105        call assert(shape(ucov) == (/iim + 1, jjm + 1, llm/), "leapfrog")
106    
107      itaufin = nday * day_step      itaufin = nday * day_step
108      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore "itaufin" is one too      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
   
     dq = 0.  
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
# Line 122  contains Line 118  contains
118         else         else
119            ! Matsuno            ! Matsuno
120            dt = dtvr            dt = dtvr
121            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)  
122            vcovm1 = vcov            vcovm1 = vcov
123            ucovm1 = ucov            ucovm1 = ucov
124            tetam1 = teta            tetam1 = teta
125            massem1 = masse            massem1 = masse
126            psm1 = ps            psm1 = ps
127            finvmaold = masse            finvmaold = masse
128            CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            CALL filtreg(finvmaold, direct = .false., intensive = .false.)
129         end if         end if
130    
131         ! Calcul des tendances dynamiques:         ! Calcul des tendances dynamiques:
132         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
133         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
134              dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &              dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
135              conser=MOD(itau, iconser)==0)              conser = MOD(itau, iconser) == 0)
136    
137         ! 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)  
138    
139         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
140         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
141              dtvr, itau)              dtvr, itau)
142    
143         ! Integrations dynamique et traceurs:         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
144         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
145              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &
146              leapf)              leapf)
147    
148           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
149           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
150    
151         if (.not. leapf) then         if (.not. leapf) then
152            ! Matsuno backward            ! Matsuno backward
           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps  
           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
153            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
154            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
155            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
156                 phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &                 phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
                conser=.false.)  
157    
158            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
159            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &
160                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &
161                 finvmaold, dtvr, leapf=.false.)                 finvmaold, dtvr, leapf=.false.)
        end if  
   
        IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN  
           ! calcul des tendances physiques:  
162    
163            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
164            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
165           end if
166    
167            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
168            rdayvrai = rdaym_ini + day_ini            ! Calcul des tendances physiques :
169            time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0            time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step
170            IF (time > 1.) time = time - 1.            IF (time > 1.) time = time - 1.
171              CALL calfis(itau * dtvr / daysec + day_ini, time, ucov, vcov, teta, &
172                   q, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, &
173                   lafin = itau + 1 == itaufin)
174    
175            CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, masse, ps, pk, &            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
                phis, phi, dudyn, dv, dq, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi, &  
                lafin=itau+1==itaufin)  
   
           ! ajout des tendances physiques:  
           CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &  
                dtetafi, dqfi, dpfi)  
176         ENDIF         ENDIF
177    
        forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps  
        CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
178         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
179            ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
180    
181            ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
182            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
183            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
184    
185            ! dissipation            ! dissipation
186            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
187            ucov=ucov + dudis            ucov = ucov + dudis
188            vcov=vcov + dvdis            vcov = vcov + dvdis
189    
190            ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
191            ! thermique créée lors de la dissipation            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
192            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
193            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
194            dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
195            dtetadis=dtetadis + dtetaecdt            teta = teta + dtetadis
           teta=teta + dtetadis  
196    
197            ! Calcul de la valeur moyenne aux pôles :            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
198            forall (l = 1: llm)            forall (l = 1: llm)
199               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
200                    / apoln                    / apoln
201               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
202                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
203            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  
204         END IF         END IF
205    
206         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
207            ! Écriture du fichier histoire moyenne:            ! \'Ecriture du fichier histoire moyenne:
208            CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau + 1, vcov, ucov, teta, pk, &            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
209                 phi, q, masse, ps, phis)                 time = itau + 1)
210            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
211                 q(:, :, :, 1), dt_app = dtvr * iperiod, &                 q(:, :, :, 1))
                dt_cum = dtvr * day_step * periodav)  
212         ENDIF         ENDIF
213    
214           IF (MOD(itau + 1, iecri * day_step) == 0) THEN
215              CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
216              CALL writehist(itau, vcov, ucov, teta, phi, q, masse, ps)
217           END IF
218      end do time_integration      end do time_integration
219    
220      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
221           itau=itau_dyn+itaufin)           itau = itau_dyn + itaufin)
222    
223      ! Calcul des tendances dynamiques:      ! Calcul des tendances dynamiques:
224      CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
225      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
226           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
227           conser=MOD(itaufin, iconser)==0)           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
228    
229    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
230    
231  end module leapfrog_m  end module leapfrog_m
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