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trunk/libf/dyn3d/leapfrog.f90 revision 24 by guez, Wed Mar 3 13:23:49 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        ! Authors: P. Le Van, L. Fairhead, F. Hourdin
11    
12      ! Version du 10/01/98, avec coordonnées verticales hybrides, avec      ! Intégration temporelle du modèle : Matsuno-leapfrog scheme.
     ! nouveaux opérateurs dissipation "*" (gradiv2, divgrad2, nxgraro2)  
13    
14      ! Auteurs : P. Le Van, L. Fairhead, F. Hourdin      use addfi_m, only: addfi
15      ! Objet: nouvelle grille      use bilan_dyn_m, only: bilan_dyn
16        use caladvtrac_m, only: caladvtrac
17      ! Dans "inigeom", nouveaux calculs pour les élongations cu, cv      use caldyn_m, only: caldyn
18      ! et possibilité d'appeler une fonction f(y) à dérivée tangente      USE calfis_m, ONLY: calfis
19      ! hyperbolique à la place de la fonction à dérivée sinusoïdale.      USE comconst, ONLY: dtvr
20        USE comgeom, ONLY: aire_2d, apoln, apols
21      ! Possibilité de choisir le schéma pour l'advection de      use covcont_m, only: covcont
22      ! q, en modifiant iadv dans "traceur.def".      USE disvert_m, ONLY: ap, bp
23        USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, &
24      ! Pour Van-Leer + vapeur d'eau saturée, iadv(1)=4.           iflag_phys, iecri
25      ! Pour Van-Leer iadv=10      USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
26        USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
27      use dimens_m, only: iim, llm, nqmx      use dissip_m, only: dissip
28      use paramet_m, only: ip1jmp1, ip1jm, ijp1llm, jjp1, iip1      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini
29      use comconst, only: dtvr, daysec, dtphys      use dynredem1_m, only: dynredem1
30      use comvert, only: ap, bp      use enercin_m, only: enercin
31      use conf_gcm_m, only: day_step, iconser, idissip, iphysiq, iperiod, nday, &      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
32           offline, periodav      use filtreg_scal_m, only: filtreg_scal
33      use logic, only: ok_guide, iflag_phys      use geopot_m, only: geopot
34      use comgeom      USE guide_m, ONLY: guide
35      use serre      use inidissip_m, only: idissip
36      use temps, only: itaufin, day_ini, dt      use integrd_m, only: integrd
37      use iniprint, only: prt_level      use nr_util, only: assert
38      use com_io_dyn      USE temps, ONLY: itau_dyn
39      use ener      use writehist_m, only: writehist
     use calfis_m, only: calfis  
     use exner_hyb_m, only: exner_hyb  
     use guide_m, only: guide  
     use pression_m, only: pression  
     use pressure_var, only: p3d  
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 q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields  
     REAL ps(ip1jmp1) ! pression au sol, en Pa  
     REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air  
     REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol  
44    
45      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
46        ! potential temperature
47    
48      ! Variables local to the procedure:      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      ! Variables dynamiques:      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
53        ! mass fractions of advected fields
54    
55      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      ! Local:
     REAL pk(ip1jmp1, llm) ! exner au milieu des couches  
     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)  
56    
57      ! variables pour le fichier histoire      ! 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 SSUM  
     real finvmaold(ip1jmp1, llm)  
91    
92      LOGICAL :: lafin=.false.      ! Variables test conservation \'energie
93      INTEGER ij, l      REAL ecin(iim + 1, jjm + 1, llm), ecin0(iim + 1, jjm + 1, llm)
94    
95      REAL rdayvrai, rdaym_ini      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
96        logical leapf
97      ! Variables test conservation energie      real dt ! time step, in s
98      REAL ecin(ip1jmp1, llm), ecin0(ip1jmp1, llm)  
99      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la      REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm + 1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
100      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      ! ("p3d(i, j, l)" is at longitude "rlonv(i)", latitude "rlatu(j)",
101      ! cree par la dissipation      ! for interface "l")
     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.  
   
     logical:: dissip_conservative = .true.  
     logical forward, leapf, apphys, conser, apdiss  
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  
     IF (time > 1.) THEN  
        time = time - 1.  
        iday = iday + 1  
     ENDIF  
110    
     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      ! Debut de l'integration temporelle:      CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
116      outer_loop:do  
117         if (ok_guide.and.(itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) then      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
118            call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
119           if (leapf) then
120              dt = 2 * dtvr
121         else         else
122            IF (prt_level > 9) print *, &            ! Matsuno
123                 'Attention : on ne guide pas les 6 dernières heures.'            dt = dtvr
124         endif            if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
125              vcovm1 = vcov
126         CALL SCOPY(ip1jm * llm, vcov, 1, vcovm1, 1)            ucovm1 = ucov
127         CALL SCOPY(ijp1llm, ucov, 1, ucovm1, 1)            tetam1 = teta
128         CALL SCOPY(ijp1llm, teta, 1, tetam1, 1)            massem1 = masse
129         CALL SCOPY(ijp1llm, masse, 1, massem1, 1)            psm1 = ps
130         CALL SCOPY(ip1jmp1, ps, 1, psm1, 1)         end if
131    
132         forward = .TRUE.         ! Calcul des tendances dynamiques:
133         leapf = .FALSE.         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
134         dt = dtvr         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
135                du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
136         CALL SCOPY(ijp1llm, masse, 1, finvmaold, 1)              conser = MOD(itau, iconser) == 0)
137         CALL filtreg(finvmaold, jjp1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)  
138           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
139         do  
140            ! gestion des appels de la physique et des dissipations:         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
141           CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
142            apphys = .FALSE.              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
143            conser = .FALSE.  
144            apdiss = .FALSE.         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
145           CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
146            IF (MOD(itau, iconser) == 0) conser = .TRUE.         pkf = pk
147            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) apdiss = .TRUE.         CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
148            IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) apphys=.TRUE.  
149           if (.not. leapf) then
150            ! calcul des tendances dynamiques:            ! Matsuno backward
151              ! Calcul des tendances dynamiques:
152            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
153              CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
154            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &                 phi, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = .false.)
                conser, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &  
                time + iday - day_ini)  
   
           ! calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidite)  
   
           IF (forward .OR. leapf) THEN  
              CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)  
              IF (offline) THEN  
                 !maf stokage du flux de masse pour traceurs OFF-LINE  
                 CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, dtvr, &  
                      itau)  
              ENDIF  
           ENDIF  
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            ! calcul des tendances physiques:            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
162              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
163            IF (apphys) THEN            pkf = pk
164               IF (itau + 1 == itaufin) lafin = .TRUE.            CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
165           end if
166               CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)  
167               CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)         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               rdaym_ini = itau * dtvr / daysec                 dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
170               rdayvrai = rdaym_ini + day_ini                 time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
171                   lafin = itau + 1 == itaufin)
172               ! Interface avec les routines de phylmd (phymars ...)  
173              CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
174               ! Diagnostique de conservation de l'énergie : initialisation         ENDIF
175               IF (ip_ebil_dyn >= 1) THEN  
176                  ztit='bil dyn'         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
177                  CALL diagedyn(ztit, 2, 1, 1, dtphys, ucov, vcov, ps, p3d, pk, &            ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
178                       teta, q(:, :, 1), q(:, :, 2))  
179               ENDIF            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
180              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
181               CALL calfis(nqmx, lafin, rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, &            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
182                    masse, ps, pk, phis, phi, du, dv, dteta, dq, w, &  
183                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            ! dissipation
184              CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
185               ! ajout des tendances physiques:            ucov = ucov + dudis
186               CALL addfi(nqmx, dtphys, &            vcov = vcov + dvdis
187                    ucov, vcov, teta, q, ps, &  
188                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
189              ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
190               ! Diagnostique de conservation de l'énergie : difference            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
191               IF (ip_ebil_dyn >= 1) THEN            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
192                  ztit = 'bil phys'            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
193                  CALL diagedyn(ztit, 2, 1, 1, dtphys, ucov, vcov, ps, p3d, pk, &            teta = teta + dtetadis
194                       teta, q(:, :, 1), q(:, :, 2))  
195               ENDIF            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
196            ENDIF            forall (l = 1: llm)
197                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
198            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)                    / apoln
199            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
200                      * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
201            ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            END forall
202           END IF
203            IF (apdiss) THEN  
204               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
205               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
206               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)                 q(:, :, :, 1))
207           ENDIF
208               ! dissipation  
209               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)         IF (MOD(itau + 1, iecri) == 0) THEN
210               ucov=ucov + dudis            CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
211               vcov=vcov + dvdis            CALL writehist(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, &
212                   itau_w = itau_dyn + itau + 1)
213               if (dissip_conservative) then         END IF
214                  ! On rajoute la tendance due a la transform. Ec -> E      end do time_integration
215                  ! therm. cree lors de la dissipation  
216                  call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)      CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
217                  call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)  
218                  dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk      ! Calcul des tendances dynamiques:
219                  dtetadis=dtetadis + dtetaecdt      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
220               endif      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
221               teta=teta + dtetadis           du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
222             conser = MOD(itaufin, iconser) == 0)
              ! Calcul de la valeur moyenne, unique de h aux poles .....  
   
              DO l = 1, llm  
                 DO ij = 1, iim  
                    tppn(ij) = aire(ij) * teta(ij, l)  
                    tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * teta(ij + ip1jm, l)  
                 ENDDO  
                 tpn = SSUM(iim, tppn, 1) / apoln  
                 tps = SSUM(iim, tpps, 1) / 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 = SSUM(iim, tppn, 1) / apoln  
              tps = SSUM(iim, tpps, 1) / 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  
   
           ! ecriture du fichier histoire moyenne:  
   
           ! Comment out the following calls when you do not want the output  
           ! files "dyn_hist_ave.nc" and "dynzon.nc"  
           IF (MOD(itau, iperiod) == 0 .OR. itau == itaufin) THEN  
              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)  
              CLOSE(99)  
           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    

Legend:
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changed lines
  Added in v.263

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