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revision 27 by guez, Thu Mar 25 14:29:07 2010 UTC revision 46 by guez, Mon May 16 14:52:30 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        ! 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
20      USE comgeom, ONLY: aire, apoln, apols      USE comgeom, ONLY: aire_2d, apoln, apols
21      USE comvert, ONLY: ap, bp      USE comvert, ONLY: ap, bp
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, llm, nqmx      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
25      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini
26      use dynredem1_m, only: dynredem1      use dynredem1_m, only: dynredem1
27      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
28      use filtreg_m, only: filtreg      use filtreg_m, only: filtreg
29        use geopot_m, only: geopot
30      USE guide_m, ONLY: guide      USE guide_m, ONLY: guide
31      use inidissip_m, only: idissip      use inidissip_m, only: idissip
32        use integrd_m, only: integrd
33      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide
34      USE paramet_m, ONLY: iip1, ip1jm, ip1jmp1, jjp1      USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1
     USE pression_m, ONLY: pression  
35      USE pressure_var, ONLY: p3d      USE pressure_var, ONLY: p3d
36      USE temps, ONLY: dt, itau_dyn      USE temps, ONLY: itau_dyn
37    
38      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
39      REAL vcov(ip1jm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(ip1jmp1, llm) ! vent covariant
40      REAL teta(ip1jmp1, llm) ! temperature potentielle      REAL, intent(inout):: vcov((iim + 1) * jjm, llm) ! vent covariant
     REAL ps(ip1jmp1) ! pression au sol, en Pa  
41    
42        REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
43        ! potential temperature
44    
45        REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
46      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air
47      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol
48      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields  
49        REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
50        ! mass fractions of advected fields
51    
52      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(in):: time_0
53    
54      ! Variables local to the procedure:      ! Variables local to the procedure:
# Line 44  contains Line 56  contains
56      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
57    
58      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol
59      REAL pk(ip1jmp1, 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(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches
61      REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential      REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential
62      REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale      REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale
63    
64      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport
65      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv(ip1jm, llm) !flux de masse      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm) !flux de masse
66    
67      ! variables dynamiques au pas - 1      ! variables dynamiques au pas - 1
68      REAL vcovm1(ip1jm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)      REAL vcovm1((iim + 1) * jjm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)
69      REAL tetam1(ip1jmp1, llm), psm1(ip1jmp1)      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
70      REAL massem1(ip1jmp1, llm)      REAL massem1(ip1jmp1, llm)
71    
72      ! tendances dynamiques      ! tendances dynamiques
73      REAL dv(ip1jm, llm), du(ip1jmp1, llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(ip1jmp1, llm)
74      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)
75    
76      ! tendances de la dissipation      ! tendances de la dissipation
77      REAL dvdis(ip1jm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)      REAL dvdis((iim + 1) * jjm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)
78      REAL dtetadis(ip1jmp1, llm)      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
79    
80      ! tendances physiques      ! tendances physiques
81      REAL dvfi(ip1jm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)      REAL dvfi((iim + 1) * jjm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)
82      REAL dtetafi(ip1jmp1, llm), dqfi(ip1jmp1, llm, nqmx), dpfi(ip1jmp1)      REAL dtetafi(iim + 1, jjm + 1, llm), dqfi(ip1jmp1, llm, nqmx), dpfi(ip1jmp1)
83    
84      ! variables pour le fichier histoire      ! variables pour le fichier histoire
85    
     REAL tppn(iim), tpps(iim), tpn, tps  
   
86      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
87      INTEGER itaufin      INTEGER itaufin
     INTEGER iday ! jour julien  
88      REAL time ! time of day, as a fraction of day length      REAL time ! time of day, as a fraction of day length
89      real finvmaold(ip1jmp1, llm)      real finvmaold(ip1jmp1, llm)
90      LOGICAL:: lafin=.false.      INTEGER l
     INTEGER ij, l  
   
91      REAL rdayvrai, rdaym_ini      REAL rdayvrai, rdaym_ini
92    
93      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation energie
94      REAL ecin(ip1jmp1, llm), ecin0(ip1jmp1, llm)      REAL ecin(iim + 1, jjm + 1, llm), ecin0(iim + 1, jjm + 1, llm)
95      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
96      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)
97      ! cree par la dissipation      ! tendance de la température potentielle due à la tansformation
98      REAL dtetaecdt(ip1jmp1, llm)      ! d'énergie cinétique en énergie thermique créée par la dissipation
99      REAL vcont(ip1jm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
100      logical forward, leapf      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)
101        logical leapf
102        real dt
103    
104      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
105    
106      print *, "Call sequence information: leapfrog"      print *, "Call sequence information: leapfrog"
107    
108      itaufin = nday * day_step      itaufin = nday * day_step
109      itau = 0      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore "itaufin" is one too
110      iday = day_ini  
     time = time_0  
111      dq = 0.      dq = 0.
112    
113      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
114      CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
115      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
116    
117      ! Début de l'integration temporelle :      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
118      outer_loop:do         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
119         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &         if (leapf) then
120              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            dt = 2 * dtvr
121         vcovm1 = vcov         else
122         ucovm1 = ucov            ! Matsuno
123         tetam1 = teta            dt = dtvr
124         massem1 = masse            if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &
125         psm1 = ps                 call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)
126         forward = .TRUE.            vcovm1 = vcov
127         leapf = .FALSE.            ucovm1 = ucov
128         dt = dtvr            tetam1 = teta
129         finvmaold = masse            massem1 = masse
130         CALL filtreg(finvmaold, jjp1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            psm1 = ps
131              finvmaold = masse
132              CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)
133           end if
134    
135           ! Calcul des tendances dynamiques:
136           CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)
137           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
138                MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
139                time_0)
140    
141           ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)
142           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)
143    
144           ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
145           IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
146                dtvr, itau)
147    
148           ! Integrations dynamique et traceurs:
149           CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, dp, &
150                vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, leapf)
151    
152           if (.not. leapf) then
153              ! Matsuno backward
154              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
155              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
156    
        do  
157            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
158            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)
159            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
160                 MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &                 phi, .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0)
                time + iday - day_ini)  
   
           IF (forward .OR. leapf) THEN  
              ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)  
              CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)  
              IF (offline) THEN  
                 ! Stokage du flux de masse pour traceurs off-line  
                 CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, dtvr, &  
                      itau)  
              ENDIF  
           ENDIF  
161    
162            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
163            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &
164                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, &
165                 finvmaold, leapf)                 dtvr, leapf=.false.)
166           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  
167    
168            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
169            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ! calcul des tendances physiques:
170    
171            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
172               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
173    
174               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec
175               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            rdayvrai = rdaym_ini + day_ini
176               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0
177              IF (time > 1.) time = time - 1.
178               ! dissipation  
179               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, masse, ps, pk, &
180               ucov=ucov + dudis                 phis, phi, du, dv, dq, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi, &
181               vcov=vcov + dvdis                 lafin=itau+1==itaufin)
182    
183               ! On rajoute la tendance due a la transform. Ec -> E            ! ajout des tendances physiques:
184               ! therm. cree lors de la dissipation            CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &
185               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)                 dtetafi, dqfi, dpfi)
186               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)         ENDIF
187               dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk  
188               dtetadis=dtetadis + dtetaecdt         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
189               teta=teta + dtetadis         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
190    
191               ! Calcul de la valeur moyenne, unique de h aux poles .....         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
192               DO l = 1, llm            ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:
193                  DO ij = 1, iim  
194                     tppn(ij) = aire(ij) * teta(ij, l)            ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation
195                     tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * teta(ij + ip1jm, l)            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
196                  ENDDO            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
197                  tpn = SUM(tppn) / apoln  
198                  tps = SUM(tpps) / apols            ! dissipation
199              CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
200                  DO ij = 1, iip1            ucov=ucov + dudis
201                     teta(ij, l) = tpn            vcov=vcov + dvdis
202                     teta(ij + ip1jm, l) = tps  
203                  ENDDO            ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E
204               ENDDO            ! thermique créée lors de la dissipation
205              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
206               DO ij = 1, iim            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
207                  tppn(ij) = aire(ij) * ps(ij)            dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk
208                  tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * ps(ij + ip1jm)            dtetadis=dtetadis + dtetaecdt
209               ENDDO            teta=teta + dtetadis
210               tpn = SUM(tppn) / apoln  
211               tps = SUM(tpps) / apols            ! Calcul de la valeur moyenne aux pôles :
212              forall (l = 1: llm)
213               DO ij = 1, iip1               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
214                  ps(ij) = tpn                    / apoln
215                  ps(ij + ip1jm) = tps               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
216               ENDDO                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
217            END IF            END forall
218    
219            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"            ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln
220            ! préparation du pas d'intégration suivant            ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &
221                   / apols
222            ! schema matsuno + leapfrog         END IF
223            IF (forward .OR. leapf) THEN  
224               itau = itau + 1         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
225               iday = day_ini + itau / day_step            ! Écriture du fichier histoire moyenne:
226               time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &            CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau + 1, vcov, ucov, teta, pk, &
227                    + time_0                 phi, q, masse, ps, phis)
228               IF (time > 1.) THEN            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
229                  time = time - 1.                 q(:, :, :, 1), dt_app = dtvr * iperiod, &
230                  iday = iday + 1                 dt_cum = dtvr * day_step * periodav)
231               ENDIF         ENDIF
232            ENDIF      end do time_integration
233    
234            IF (itau == itaufin + 1) exit outer_loop      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
235             itau=itau_dyn+itaufin)
236            IF (MOD(itau, iperiod) == 0 .OR. itau == itaufin) THEN  
237               ! ecriture du fichier histoire moyenne:      ! Calcul des tendances dynamiques:
238               CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau, vcov, &      CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)
239                    ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis)      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
240               call bilan_dyn(2, dtvr * iperiod, dtvr * day_step * periodav, &           MOD(itaufin, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
241                    ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, q)           time_0)
           ENDIF  
   
           IF (itau == itaufin) THEN  
              CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &  
                   itau=itau_dyn+itaufin)  
           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  
242    
243    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
244    
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