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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 266 by guez, Thu Apr 19 17:54:55 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        ! Int\'egration temporelle du mod\`ele : 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, iflag_phys
24      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx      USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
25        USE dimensions, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
26        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 enercin_m, only: enercin
30      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
31      use filtreg_m, only: filtreg      use filtreg_scal_m, only: filtreg_scal
32        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 logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use integrd_m, only: integrd
36      USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1      use nr_util, only: assert
     USE pression_m, ONLY: pression  
     USE pressure_var, ONLY: p3d  
37      USE temps, ONLY: itau_dyn      USE temps, ONLY: itau_dyn
38        use writehist_m, only: writehist
39    
40      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
41      REAL vcov((iim + 1) * jjm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
42      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
43      REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa  
44        REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
45      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      ! potential temperature
46      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol  
47      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
48      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(inout):: masse(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) masse d'air
49        REAL, intent(in):: phis(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) surface geopotential
50    
51      ! Variables local to the procedure:      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
52        ! mass fractions of advected fields
53    
54        ! Local:
55    
56      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
57    
58      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
59      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
60      REAL pkf(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches      REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
61      REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential      REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
62      REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale      REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
63    
64      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport      ! Variables dynamiques interm\'ediaires pour le transport
65      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm) !flux de masse      ! Flux de masse :
66        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
67    
68      ! variables dynamiques au pas - 1      ! Variables dynamiques au pas - 1
69      REAL vcovm1((iim + 1) * jjm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)      REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, llm)
70      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
71      REAL massem1(ip1jmp1, llm)      REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
72    
73      ! tendances dynamiques      ! Tendances dynamiques
74      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(ip1jmp1, llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(iim + 1, jjm + 1, llm)
75      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
76        real dp(iim + 1, jjm + 1)
77    
78      ! tendances de la dissipation      ! Tendances de la dissipation :
79      REAL dvdis((iim + 1) * jjm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)      REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
80      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
81    
82      ! tendances physiques      ! Tendances physiques
83      REAL dvfi((iim + 1) * jjm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)      REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
84      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  
85    
86        ! Variables pour le fichier histoire
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
89      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  
   
     REAL rdayvrai, rdaym_ini  
90    
91      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation \'energie
92      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)
93      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
94      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
95      ! cree par la dissipation      logical leapf
96      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)      real dt ! time step, in s
97      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
98      logical forward, leapf      REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm + 1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
99      REAL dt      ! ("p3d(i, j, l)" is at longitude "rlonv(i)", latitude "rlatu(j)",
100        ! for interface "l")
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".
109    
     itau = 0  
     iday = day_ini  
     time = time_0  
     dq = 0.  
110      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
111      CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
112      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
113        pkf = pk
114      ! Début de l'integration temporelle :      CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
115      outer_loop:do i = 1, itaufin / iperiod  
116         ! {itau is a multiple of iperiod}      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
117           leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
118         ! 1. Matsuno forward:        
119           if (leapf) then
120         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &            dt = 2 * dtvr
121              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)         else
122         vcovm1 = vcov            ! Matsuno
123         ucovm1 = ucov            dt = dtvr
124         tetam1 = teta            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
125         massem1 = masse            vcovm1 = vcov
126         psm1 = ps            ucovm1 = ucov
127         finvmaold = masse            tetam1 = teta
128         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            massem1 = masse
129              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, du, &
135              MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &              dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = MOD(itau, iconser) == 0)
136              time + iday - day_ini)  
137           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
138         ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)  
139         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
140         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, dp, &
141         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &              vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
142              dtvr, itau)  
143           forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
144         ! integrations dynamique et traceurs:         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
145         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &         pkf = pk
146              dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, finvmaold, .false., &         CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
             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  
147    
148         ! Calcul des tendances dynamiques:         if (.not. leapf) then
149         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            ! Matsuno backward
150         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            ! Calcul des tendances dynamiques:
151              .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time + iday - day_ini)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
152              CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
153                   phi, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
154    
155         ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
156         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
157              dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, finvmaold, .false., &                 dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
158              dtvr)                 leapf=.false.)
159    
160              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
161              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
162              pkf = pk
163              CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
164           end if
165    
166           IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys) THEN
167              CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
168                   dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
169                   time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
170                   lafin = itau + 1 == itaufin)
171    
172         CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
173         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)         ENDIF
174    
175         ! 3. Leapfrog:         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
176              ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
177    
178         do j = 1, iperiod - 1            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
179            ! Calcul des tendances dynamiques:            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
180            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
181            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &  
182                 .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &            ! dissipation
183                 time + iday - day_ini)            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
184              ucov = ucov + dudis
185            ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)            vcov = vcov + dvdis
186            CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)  
187            ! Stokage du flux de masse pour traceurs off-line:            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
188            IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
189                 dtvr, itau)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
190              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
191              dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
192              teta = teta + dtetadis
193    
194              ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
195              forall (l = 1: llm)
196                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) / apoln
197                 teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
198                      * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
199              END forall
200           END IF
201    
202           IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
203              call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
204                   q(:, :, :, 1))
205           ENDIF
206    
207            ! integrations dynamique et traceurs:         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
208            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &         CALL writehist(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, &
209                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &              itau_w = itau_dyn + itau + 1)
210                 finvmaold, .true., 2 * dtvr)      end do time_integration
211    
212            IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN      CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
              ! 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  
   
           CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
   
           IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN  
              ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:  
   
              ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation  
              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)  
              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)  
   
              ! dissipation  
              CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)  
              ucov=ucov + dudis  
              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)  
213    
214      ! Calcul des tendances dynamiques:      ! Calcul des tendances dynamiques:
215      CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
216      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, du, &
217           MOD(itaufin, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &           dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
          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, &  
          itaufin)  
218    
219    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
220    
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