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revision 31 by guez, Thu Apr 1 14:59:19 2010 UTC revision 47 by guez, Fri Jul 1 15:00:48 2011 UTC
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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
10      ! Authors: P. Le Van, L. Fairhead, F. Hourdin      ! Authors: P. Le Van, L. Fairhead, F. Hourdin
11      ! schema matsuno + leapfrog      ! Matsuno-leapfrog scheme.
12    
13        use addfi_m, only: addfi
14        use bilan_dyn_m, only: bilan_dyn
15        use caladvtrac_m, only: caladvtrac
16        use caldyn_m, only: caldyn
17      USE calfis_m, ONLY: calfis      USE calfis_m, ONLY: calfis
18      USE com_io_dyn, ONLY: histaveid      USE com_io_dyn, ONLY: histaveid
19      USE comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr      USE comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr
# Line 18  contains Line 22  contains
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           periodav
24      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
25        use dissip_m, only: dissip
26      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini
27      use dynredem1_m, only: dynredem1      use dynredem1_m, only: dynredem1
28      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
29      use filtreg_m, only: filtreg      use filtreg_m, only: filtreg
30        use geopot_m, only: geopot
31      USE guide_m, ONLY: guide      USE guide_m, ONLY: guide
32      use inidissip_m, only: idissip      use inidissip_m, only: idissip
33        use integrd_m, only: integrd
34      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide
35      USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1      USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1
     USE pression_m, ONLY: pression  
36      USE pressure_var, ONLY: p3d      USE pressure_var, ONLY: p3d
37      USE temps, ONLY: itau_dyn      USE temps, ONLY: itau_dyn
38    
39      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
40      REAL vcov((iim + 1) * jjm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(ip1jmp1, llm) ! vent covariant
41      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature      REAL, intent(inout):: vcov((iim + 1) * jjm, llm) ! vent covariant
     REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa  
42    
43        REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
44        ! potential temperature
45    
46        REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
47      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air
48      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol
49      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields  
50        REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
51        ! mass fractions of advected fields
52    
53      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(in):: time_0
54    
55      ! Variables local to the procedure:      ! Variables local to the procedure:
# Line 47  contains Line 59  contains
59      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      REAL pks(ip1jmp1) ! 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(ip1jmp1, llm) ! exner filt.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(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale
64    
65      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport
# Line 59  contains Line 71  contains
71      REAL massem1(ip1jmp1, llm)      REAL massem1(ip1jmp1, llm)
72    
73      ! tendances dynamiques      ! tendances dynamiques
74      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(ip1jmp1, llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), dudyn(ip1jmp1, llm)
75      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)
76    
77      ! tendances de la dissipation      ! tendances de la dissipation
78      REAL dvdis((iim + 1) * jjm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)      REAL dvdis((iim + 1) * jjm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)
# Line 68  contains Line 80  contains
80    
81      ! tendances physiques      ! tendances physiques
82      REAL dvfi((iim + 1) * jjm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)      REAL dvfi((iim + 1) * jjm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)
83      REAL dtetafi(ip1jmp1, llm), dqfi(ip1jmp1, llm, nqmx), dpfi(ip1jmp1)      REAL dtetafi(iim + 1, jjm + 1, llm), dqfi(ip1jmp1, llm, nqmx), dpfi(ip1jmp1)
84    
85      ! variables pour le fichier histoire      ! variables pour le fichier histoire
86    
87      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
88      INTEGER itaufin      INTEGER itaufin
     INTEGER iday ! jour julien  
89      REAL time ! time of day, as a fraction of day length      REAL time ! time of day, as a fraction of day length
90      real finvmaold(ip1jmp1, llm)      real finvmaold(ip1jmp1, llm)
91      LOGICAL:: lafin=.false.      INTEGER l
     INTEGER i, j, l  
   
92      REAL rdayvrai, rdaym_ini      REAL rdayvrai, rdaym_ini
93    
94      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation energie
95      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)
96      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
     ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique  
     ! cree par la dissipation  
97      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)
98        ! tendance de la température potentielle due à la tansformation
99        ! d'énergie cinétique en énergie thermique créée par la dissipation
100    
101      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)
102      logical forward, leapf      logical leapf
103      REAL dt      real dt
104    
105      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
106    
# Line 99  contains Line 109  contains
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 "itaufin" is one too
111    
     itau = 0  
     iday = day_ini  
     time = time_0  
112      dq = 0.      dq = 0.
113    
114      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
115      CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
116      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
117    
118      ! Début de l'integration temporelle :      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
119      outer_loop:do i = 1, itaufin / iperiod         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
120         ! {itau is a multiple of iperiod}         if (leapf) then
121              dt = 2 * dtvr
122         ! 1. Matsuno forward:         else
123              ! Matsuno
124         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &            dt = dtvr
125              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &
126         vcovm1 = vcov                 call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)
127         ucovm1 = ucov            vcovm1 = vcov
128         tetam1 = teta            ucovm1 = ucov
129         massem1 = masse            tetam1 = teta
130         psm1 = ps            massem1 = masse
131         finvmaold = masse            psm1 = ps
132         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            finvmaold = masse
133              CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)
134           end if
135    
136         ! Calcul des tendances dynamiques:         ! Calcul des tendances dynamiques:
137         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)
138         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
139              MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &              dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
140              time + iday - day_ini)              conser=MOD(itau, iconser)==0)
141    
142         ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)         ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)
143         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)
144    
145         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
146         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
147              dtvr, itau)              dtvr, itau)
148    
149         ! integrations dynamique et traceurs:         ! Integrations dynamique et traceurs:
150         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
151              dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, finvmaold, .false., &              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &
152              dtvr)              leapf)
153    
154         CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         if (.not. leapf) then
155         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ! Matsuno backward
156              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
157         ! 2. Matsuno backward:            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
   
        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  
   
        ! Calcul des tendances dynamiques:  
        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)  
   
        ! 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)  
   
        ! 3. Leapfrog:  
158    
        do j = 1, iperiod - 1  
159            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
160            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)
161            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
162                 .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &                 phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
163                 time + iday - day_ini)                 conser=.false.)
   
           ! 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)  
164    
165            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
166            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &
167                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &
168                 finvmaold, .true., 2 * dtvr)                 finvmaold, dtvr, leapf=.false.)
169           end if
           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  
170    
171            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
172              ! calcul des tendances physiques:
173    
174              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
175            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
176    
177            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec
178               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            rdayvrai = rdaym_ini + day_ini
179              time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0
180              IF (time > 1.) time = time - 1.
181    
182              CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, masse, ps, pk, &
183                   phis, phi, dudyn, dv, dq, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi, &
184                   lafin=itau+1==itaufin)
185    
186              ! ajout des tendances physiques:
187              CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &
188                   dtetafi, dqfi, dpfi)
189           ENDIF
190    
191               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
192               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
193               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)  
194           IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
195               ! dissipation            ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:
196               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)  
197               ucov=ucov + dudis            ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation
198               vcov=vcov + dvdis            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
199              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
200               ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E  
201               ! thermique créée lors de la dissipation            ! dissipation
202               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
203               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)            ucov=ucov + dudis
204               dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk            vcov=vcov + dvdis
205               dtetadis=dtetadis + dtetaecdt  
206               teta=teta + dtetadis            ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E
207              ! thermique créée lors de la dissipation
208               ! Calcul de la valeur moyenne unique de h aux pôles            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
209               forall (l = 1: llm)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
210                  teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &            dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk
211                       / apoln            dtetadis=dtetadis + dtetaecdt
212                  teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &            teta=teta + dtetadis
213                       * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols  
214               END forall            ! Calcul de la valeur moyenne aux pôles :
215              forall (l = 1: llm)
216               ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
217               ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &                    / apoln
218                    / apols               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
219            END IF                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
220              END forall
221            itau = itau + 1  
222            iday = day_ini + itau / day_step            ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln
223            time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step + time_0            ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &
224            IF (time > 1.) THEN                 / apols
225               time = time - 1.         END IF
226               iday = iday + 1  
227            ENDIF         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
228              ! Écriture du fichier histoire moyenne:
229            IF (MOD(itau, iperiod) == 0) THEN            CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau + 1, vcov, ucov, teta, pk, &
230               ! ecriture du fichier histoire moyenne:                 phi, q, masse, ps, phis)
231               CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau, vcov, &            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
232                    ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis)                 q(:, :, :, 1), dt_app = dtvr * iperiod, &
233               call bilan_dyn(2, dtvr * iperiod, dtvr * day_step * periodav, &                 dt_cum = dtvr * day_step * periodav)
234                    ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, q)         ENDIF
235            ENDIF      end do time_integration
        end do  
     end do outer_loop  
236    
     ! {itau == itaufin}  
237      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
238           itau=itau_dyn+itaufin)           itau=itau_dyn+itaufin)
239    
     vcovm1 = vcov  
     ucovm1 = ucov  
     tetam1 = teta  
     massem1 = masse  
     psm1 = ps  
     finvmaold = masse  
     CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)  
   
240      ! Calcul des tendances dynamiques:      ! Calcul des tendances dynamiques:
241      CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)      CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)
242      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
243           MOD(itaufin, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
244           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)  
   
245    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
246    
247  end module leapfrog_m  end module leapfrog_m
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