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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 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      ! 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      ! Int\'egration temporelle du mod\`ele : 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, iflag_phys
24      USE calfis_m, ONLY : calfis      USE conf_guide_m, ONLY: ok_guide
25      USE exner_hyb_m, ONLY : exner_hyb      USE dimensions, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
26      USE guide_m, ONLY : guide      use dissip_m, only: dissip
27      USE pression_m, ONLY : pression      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini
28      USE pressure_var, ONLY : p3d      use dynredem1_m, only: dynredem1
29        use enercin_m, only: enercin
30        USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
31        use filtreg_scal_m, only: filtreg_scal
32        use geopot_m, only: geopot
33        USE guide_m, ONLY: guide
34        use inidissip_m, only: idissip
35        use integrd_m, only: integrd
36        use nr_util, only: assert
37        USE temps, ONLY: itau_dyn
38        use writehist_m, only: writehist
39    
40      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
41      REAL vcov(ip1jm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
42      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  
43    
44      ! Variables local to the procedure:      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
45        ! potential temperature
46    
47      ! Variables dynamiques:      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
48        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      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
52      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)  
53    
54      ! variables pour le fichier histoire      ! Local:
55    
56        ! Variables dynamiques:
57    
58      REAL tppn(iim), tpps(iim), tpn, tps      REAL pks(iim + 1, jjm + 1) ! exner au sol
59        REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
60        REAL pkf(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner filtr\'e au milieu des couches
61        REAL phi(iim + 1, jjm + 1, llm) ! geopotential
62        REAL w(iim + 1, jjm + 1, llm) ! vitesse verticale
63    
64        ! Variables dynamiques interm\'ediaires pour le transport
65        ! Flux de masse :
66        REAL pbaru(iim + 1, jjm + 1, llm), pbarv(iim + 1, jjm, llm)
67    
68        ! Variables dynamiques au pas - 1
69        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)
71        REAL massem1(iim + 1, jjm + 1, llm)
72    
73        ! Tendances dynamiques
74        REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(iim + 1, jjm + 1, llm)
75        REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm)
76        real dp(iim + 1, jjm + 1)
77    
78        ! Tendances de la dissipation :
79        REAL dvdis(iim + 1, jjm, llm), dudis(iim + 1, jjm + 1, llm)
80        REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
81    
82        ! Tendances physiques
83        REAL dvfi(iim + 1, jjm, llm), dufi(iim + 1, jjm + 1, llm)
84        REAL dtetafi(iim + 1, jjm + 1, llm), dqfi(iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
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 iday ! jour julien      INTEGER itaufin
89      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.  
90    
91      logical:: dissip_conservative = .true.      ! Variables test conservation \'energie
92      logical forward, leapf, apphys, conser, apdiss      REAL ecin(iim + 1, jjm + 1, llm), ecin0(iim + 1, jjm + 1, llm)
93    
94        REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
95        logical leapf
96        real dt ! time step, in s
97    
98        REAL p3d(iim + 1, jjm + 1, llm + 1) ! pressure at layer interfaces, in Pa
99        ! ("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      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)  
109    
110      ! Debut de l'integration temporelle:      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
111      outer_loop:do      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
112         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
113              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)      pkf = pk
114         vcovm1 = vcov      CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
115         ucovm1 = ucov  
116         tetam1 = teta      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
117         massem1 = masse         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
118         psm1 = ps        
119         forward = .TRUE.         if (leapf) then
120         leapf = .FALSE.            dt = 2 * dtvr
121         dt = dtvr         else
122         finvmaold = masse            ! Matsuno
123         CALL filtreg(finvmaold, jjp1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            dt = dtvr
124              if (ok_guide) call guide(itau, ucov, vcov, teta, q(:, :, :, 1), ps)
125         do            vcovm1 = vcov
126            ! gestion des appels de la physique et des dissipations:            ucovm1 = ucov
127            apphys = MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0            tetam1 = teta
128            conser = MOD(itau, iconser) == 0            massem1 = masse
129            apdiss = MOD(itau + 1, idissip) == 0            psm1 = ps
130           end if
131            ! calcul des tendances dynamiques:  
132            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)         ! Calcul des tendances dynamiques:
133            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
134                 conser, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, du, &
135                 time + iday - day_ini)              dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, conser = MOD(itau, iconser) == 0)
136    
137            IF (forward .OR. leapf) THEN         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, teta, pk)
138               ! calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidite)  
139               CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)         ! Int\'egrations dynamique et traceurs:
140               IF (offline) THEN         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, dp, &
141                  ! Stokage du flux de masse pour traceurs off-line              vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dt, leapf)
142                  CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, dtvr, &  
143                       itau)         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
144               ENDIF         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
145            ENDIF         pkf = pk
146           CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
147    
148           if (.not. leapf) then
149              ! Matsuno backward
150              ! Calcul des tendances dynamiques:
151              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, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
157                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, dtvr, &
158                 finvmaold, leapf)                 leapf=.false.)
159    
160            IF (apphys) THEN            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
161               ! calcul des tendances physiques:            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk)
162               IF (itau + 1 == itaufin) lafin = .TRUE.            pkf = pk
163              CALL filtreg_scal(pkf, direct = .true., intensive = .true.)
164               CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         end if
165               CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)  
166           IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys) THEN
167               rdaym_ini = itau * dtvr / daysec            CALL calfis(ucov, vcov, teta, q, p3d, pk, phis, phi, w, dufi, dvfi, &
168               rdayvrai = rdaym_ini + day_ini                 dtetafi, dqfi, dayvrai = itau / day_step + day_ini, &
169                   time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step, &
170               ! Diagnostique de conservation de l'énergie : initialisation                 lafin = itau + 1 == itaufin)
171               IF (ip_ebil_dyn >= 1) THEN  
172                  ztit='bil dyn'            CALL addfi(ucov, vcov, teta, q, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi)
173                  CALL diagedyn(ztit, 2, 1, 1, dtphys, ucov, vcov, ps, p3d, pk, &         ENDIF
174                       teta, q(:, :, 1), q(:, :, 2))  
175               ENDIF         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
176              ! Dissipation horizontale et verticale des petites \'echelles
177               CALL calfis(nqmx, lafin, rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, &  
178                    masse, ps, pk, phis, phi, du, dv, dteta, dq, w, &            ! calcul de l'\'energie cin\'etique avant dissipation
179                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
180              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
181               ! ajout des tendances physiques:  
182               CALL addfi(nqmx, dtphys, &            ! dissipation
183                    ucov, vcov, teta, q, ps, &            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
184                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            ucov = ucov + dudis
185              vcov = vcov + dvdis
186               ! Diagnostique de conservation de l'énergie : difference  
187               IF (ip_ebil_dyn >= 1) THEN            ! On ajoute la tendance due \`a la transformation \'energie
188                  ztit = 'bil phys'            ! cin\'etique en \'energie thermique par la dissipation
189                  CALL diagedyn(ztit, 2, 1, 1, dtphys, ucov, vcov, ps, p3d, pk, &            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
190                       teta, q(:, :, 1), q(:, :, 2))            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
191               ENDIF            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
192            ENDIF            teta = teta + dtetadis
193    
194            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            ! Calcul de la valeur moyenne aux p\^oles :
195            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            forall (l = 1: llm)
196                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) / apoln
197            IF (apdiss) THEN               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm + 1) &
198               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
199              END forall
200               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation         END IF
201               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)  
202               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
203              call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
204               ! dissipation                 q(:, :, :, 1))
205               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)         ENDIF
206               ucov=ucov + dudis  
207               vcov=vcov + dvdis         CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
208           CALL writehist(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, &
209               if (dissip_conservative) then              itau_w = itau_dyn + itau + 1)
210                  ! On rajoute la tendance due a la transform. Ec -> E      end do time_integration
211                  ! therm. cree lors de la dissipation  
212                  call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)      CALL dynredem1(vcov, ucov, teta, q, masse, ps, itau = itau_dyn + itaufin)
213                  call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)  
214                  dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk      ! Calcul des tendances dynamiques:
215                  dtetadis=dtetadis + dtetaecdt      CALL geopot(teta, pk, pks, phis, phi)
216               endif      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, du, &
217               teta=teta + dtetadis           dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, 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 = 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  
218    
219    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
220    
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