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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 25 by guez, Fri Mar 5 16:43:45 2010 UTC trunk/dyn3d/leapfrog.f revision 263 by guez, Wed Mar 7 14:41:46 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      ! Auteurs : P. Le Van, L. Fairhead, F. Hourdin      ! Authors: P. Le Van, L. Fairhead, F. Hourdin
11    
12      USE dimens_m, ONLY : iim, llm, nqmx      ! IntĂ©gration temporelle du modèle : Matsuno-leapfrog scheme.
13      USE paramet_m, ONLY : iip1, ip1jm, ip1jmp1, jjp1  
14      USE comconst, ONLY : daysec, dtphys, dtvr      use addfi_m, only: addfi
15      USE comvert, ONLY : ap, bp      use bilan_dyn_m, only: bilan_dyn
16      USE conf_gcm_m, ONLY : day_step, iconser, idissip, iperiod, iphysiq, &      use caladvtrac_m, only: caladvtrac
17           nday, offline, periodav      use caldyn_m, only: caldyn
18      USE logic, ONLY : iflag_phys, ok_guide      USE calfis_m, ONLY: calfis
19      USE comgeom, ONLY : aire, apoln, apols      USE comconst, ONLY: dtvr
20      USE temps, ONLY : dt, itaufin      USE comgeom, ONLY: aire_2d, apoln, apols
21      USE dynetat0_m, ONLY : day_ini      use covcont_m, only: covcont
22      USE iniprint, ONLY : prt_level      USE disvert_m, ONLY: ap, bp
23      USE com_io_dyn, ONLY : histaveid      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, &
24      USE calfis_m, ONLY : calfis           iflag_phys, iecri
25      USE exner_hyb_m, ONLY : exner_hyb      USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
26      USE guide_m, ONLY : guide      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
27      USE pression_m, ONLY : pression      use dissip_m, only: dissip
28      USE pressure_var, ONLY : p3d      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini
29        use dynredem1_m, only: dynredem1
30        use enercin_m, only: enercin
31        USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
32        use filtreg_scal_m, only: filtreg_scal
33        use geopot_m, only: geopot
34        USE guide_m, ONLY: guide
35        use inidissip_m, only: idissip
36        use integrd_m, only: integrd
37        use nr_util, only: assert
38        USE temps, ONLY: itau_dyn
39        use writehist_m, only: writehist
40    
41      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
42      REAL vcov(ip1jm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
43      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  
44    
45      ! Variables local to the procedure:      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
46        ! potential temperature
47    
48      ! Variables dynamiques:      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
49        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      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
53      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)  
54    
55      ! variables pour le fichier histoire      ! Local:
56    
57        ! Variables dynamiques:
58    
59      REAL tppn(iim), tpps(iim), tpn, tps      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
60        REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
61        REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
62        REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
63        REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
64    
65        ! Variables dynamiques interm\'ediaires pour le transport
66        ! Flux de masse :
67        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
68    
69        ! Variables dynamiques au pas - 1
70        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)
72        REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
73    
74        ! Tendances dynamiques
75        REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(iim + 1, jjm + 1, llm)
76        REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
77        real dp(iim + 1, jjm + 1)
78    
79        ! Tendances de la dissipation :
80        REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
81        REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
82    
83        ! Tendances physiques
84        REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
85        REAL dtetafi(iim + 1, jjm + 1, llm), dqfi(iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
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 iday ! jour julien      INTEGER itaufin
90      REAL time ! time of day, as a fraction of day length      INTEGER l
     real finvmaold(ip1jmp1, llm)  
     LOGICAL :: lafin=.false.  
     INTEGER ij, l  
   
     REAL rdayvrai, rdaym_ini  
   
     ! Variables test conservation energie  
     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)  
     CHARACTER*15 ztit  
     INTEGER:: ip_ebil_dyn = 0 ! PRINT level for energy conserv. diag.  
91    
92      logical:: dissip_conservative = .true.      ! Variables test conservation \'energie
93      logical forward, leapf, apphys, conser, apdiss      REAL ecin(iim + 1, jjm + 1, llm), ecin0(iim + 1, jjm + 1, llm)
94    
95        REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
96        logical leapf
97        real dt ! time step, in s
98    
99        REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm + 1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
100        ! ("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      itau = 0      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore so is "itaufin".
     iday = day_ini  
     time = time_0  
     dq = 0.  
     ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :  
     CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
     CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
110    
111      ! Debut de l'integration temporelle:      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
112      outer_loop:do      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
113         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
114              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)      pkf = pk
115         vcovm1 = vcov      CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
116         ucovm1 = ucov  
117         tetam1 = teta      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
118         massem1 = masse         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
119         psm1 = ps         if (leapf) then
120         forward = .TRUE.            dt = 2 * dtvr
121         leapf = .FALSE.         else
122         dt = dtvr            ! Matsuno
123         finvmaold = masse            dt = dtvr
124         CALL filtreg(finvmaold, jjp1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
125              vcovm1 = vcov
126         do            ucovm1 = ucov
127            ! gestion des appels de la physique et des dissipations:            tetam1 = teta
128            apphys = MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0            massem1 = masse
129            conser = MOD(itau, iconser) == 0            psm1 = ps
130            apdiss = MOD(itau + 1, idissip) == 0         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                 conser, 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            IF (forward .OR. leapf) THEN         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
139               ! calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidite)  
140               CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
141               IF (offline) THEN         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
142                  ! Stokage du flux de masse pour traceurs off-line              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
143                  CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, dtvr, &  
144                       itau)         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
145               ENDIF         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
146            ENDIF         pkf = pk
147           CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
148    
149           if (.not. leapf) then
150              ! Matsuno backward
151              ! Calcul des tendances dynamiques:
152              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            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
157            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &
158                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
159                 finvmaold, leapf)                 leapf=.false.)
160    
161            IF (apphys) THEN            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
162               ! calcul des tendances physiques:            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
163               IF (itau + 1 == itaufin) lafin = .TRUE.            pkf = pk
164              CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
165               CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         end if
166               CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
167           IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys) THEN
168               rdaym_ini = itau * dtvr / daysec            CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
169               rdayvrai = rdaym_ini + day_ini                 dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
170                   time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
171               ! Diagnostique de conservation de l'énergie : initialisation                 lafin = itau + 1 == itaufin)
172               IF (ip_ebil_dyn >= 1) THEN  
173                  ztit='bil dyn'            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
174                  CALL diagedyn(ztit, 2, 1, 1, dtphys, ucov, vcov, ps, p3d, pk, &         ENDIF
175                       teta, q(:, :, 1), q(:, :, 2))  
176               ENDIF         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
177              ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
178               CALL calfis(nqmx, lafin, rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, &  
179                    masse, ps, pk, phis, phi, du, dv, dteta, dq, w, &            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
180                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
181              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
182               ! ajout des tendances physiques:  
183               CALL addfi(nqmx, dtphys, &            ! dissipation
184                    ucov, vcov, teta, q, ps, &            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
185                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            ucov = ucov + dudis
186              vcov = vcov + dvdis
187               ! Diagnostique de conservation de l'énergie : difference  
188               IF (ip_ebil_dyn >= 1) THEN            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
189                  ztit = 'bil phys'            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
190                  CALL diagedyn(ztit, 2, 1, 1, dtphys, ucov, vcov, ps, p3d, pk, &            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
191                       teta, q(:, :, 1), q(:, :, 2))            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
192               ENDIF            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
193            ENDIF            teta = teta + dtetadis
194    
195            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
196            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            forall (l = 1: llm)
197                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
198            IF (apdiss) THEN                    / apoln
199               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
200                      * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
201               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            END forall
202               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)         END IF
203               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)  
204           IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
205               ! dissipation            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
206               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)                 q(:, :, :, 1))
207               ucov=ucov + dudis         ENDIF
208               vcov=vcov + dvdis  
209           IF (MOD(itau + 1, iecri) == 0) THEN
210               if (dissip_conservative) then            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
211                  ! On rajoute la tendance due a la transform. Ec -> E            CALL writehist(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, &
212                  ! therm. cree lors de la dissipation                 itau_w = itau_dyn + itau + 1)
213                  call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)         END IF
214                  call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)      end do time_integration
215                  dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk  
216                  dtetadis=dtetadis + dtetaecdt      CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
217               endif  
218               teta=teta + dtetadis      ! Calcul des tendances dynamiques:
219        CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
220               ! Calcul de la valeur moyenne, unique de h aux poles .....      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
221               DO l = 1, llm           du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
222                  DO ij = 1, iim           conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
                    tppn(ij) = aire(ij) * teta(ij, l)  
                    tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * teta(ij + ip1jm, l)  
                 ENDDO  
                 tpn = SUM(tppn) / apoln  
                 tps = SUM(tpps) / apols  
   
                 DO ij = 1, iip1  
                    teta(ij, l) = tpn  
                    teta(ij + ip1jm, l) = tps  
                 ENDDO  
              ENDDO  
   
              DO ij = 1, iim  
                 tppn(ij) = aire(ij) * ps(ij)  
                 tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * ps(ij + ip1jm)  
              ENDDO  
              tpn = SUM(tppn) / apoln  
              tps = SUM(tpps) / apols  
   
              DO ij = 1, iip1  
                 ps(ij) = tpn  
                 ps(ij + ip1jm) = tps  
              ENDDO  
           END IF  
   
           ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"  
           ! préparation du pas d'intégration suivant  
   
           ! schema matsuno + leapfrog  
           IF (forward .OR. leapf) THEN  
              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  
           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)  
           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  
223    
224    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
225    
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