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revision 26 by guez, Tue Mar 9 15:27:15 2010 UTC revision 41 by guez, Tue Feb 22 15:09:57 2011 UTC
# Line 6  contains Line 6  contains
6    
7    SUBROUTINE leapfrog(ucov, vcov, teta, ps, masse, phis, q, time_0)    SUBROUTINE leapfrog(ucov, vcov, teta, ps, masse, phis, q, time_0)
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      ! Auteurs: 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 calfis_m, ONLY: calfis      USE calfis_m, ONLY: calfis
17      USE com_io_dyn, ONLY: histaveid      USE com_io_dyn, ONLY: histaveid
18      USE comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr      USE comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr
19      USE comgeom, ONLY: aire, apoln, apols      USE comgeom, ONLY: aire_2d, apoln, apols
20      USE comvert, ONLY: ap, bp      USE comvert, ONLY: ap, bp
21      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, &      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &
22           nday, offline, periodav           periodav
23      USE dimens_m, ONLY: iim, llm, nqmx      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
24      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini      USE dynetat0_m, ONLY: day_ini
25        use dynredem1_m, only: dynredem1
26      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb      USE exner_hyb_m, ONLY: exner_hyb
27        use filtreg_m, only: filtreg
28      USE guide_m, ONLY: guide      USE guide_m, ONLY: guide
29      use inidissip_m, only: idissip      use inidissip_m, only: idissip
30        use integrd_m, only: integrd
31      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide
32      USE paramet_m, ONLY: iip1, ip1jm, ip1jmp1, jjp1      USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1
     USE pression_m, ONLY: pression  
33      USE pressure_var, ONLY: p3d      USE pressure_var, ONLY: p3d
34      USE temps, ONLY: dt, itaufin      USE temps, ONLY: itau_dyn
35    
36      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
37      REAL vcov(ip1jm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(ip1jmp1, llm) ! vent covariant
38      REAL teta(ip1jmp1, llm) ! temperature potentielle      REAL, intent(inout):: vcov((iim + 1) * jjm, llm) ! vent covariant
39      REAL ps(ip1jmp1) ! pression au sol, en Pa      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature
40        REAL, intent(inout):: ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa
41      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air
42      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol
43      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields  
44        REAL, intent(inout):: q(:, :, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm, nqmx)
45        ! mass fractions of advected fields
46    
47      REAL, intent(in):: time_0      REAL, intent(in):: time_0
48    
49      ! Variables local to the procedure:      ! Variables local to the procedure:
# Line 42  contains Line 51  contains
51      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
52    
53      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol      REAL pks(ip1jmp1) ! exner au sol
54      REAL pk(ip1jmp1, llm) ! exner au milieu des couches      REAL pk(iim + 1, jjm + 1, llm) ! exner au milieu des couches
55      REAL pkf(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches      REAL pkf(ip1jmp1, llm) ! exner filt.au milieu des couches
56      REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential      REAL phi(ip1jmp1, llm) ! geopotential
57      REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale      REAL w(ip1jmp1, llm) ! vitesse verticale
58    
59      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport
60      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv(ip1jm, llm) !flux de masse      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm) !flux de masse
61    
62      ! variables dynamiques au pas - 1      ! variables dynamiques au pas - 1
63      REAL vcovm1(ip1jm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)      REAL vcovm1((iim + 1) * jjm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)
64      REAL tetam1(ip1jmp1, llm), psm1(ip1jmp1)      REAL tetam1(iim + 1, jjm + 1, llm), psm1(iim + 1, jjm + 1)
65      REAL massem1(ip1jmp1, llm)      REAL massem1(ip1jmp1, llm)
66    
67      ! tendances dynamiques      ! tendances dynamiques
68      REAL dv(ip1jm, llm), du(ip1jmp1, llm)      REAL dv((iim + 1) * jjm, llm), du(ip1jmp1, llm)
69      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)
70    
71      ! tendances de la dissipation      ! tendances de la dissipation
72      REAL dvdis(ip1jm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)      REAL dvdis((iim + 1) * jjm, llm), dudis(ip1jmp1, llm)
73      REAL dtetadis(ip1jmp1, llm)      REAL dtetadis(iim + 1, jjm + 1, llm)
74    
75      ! tendances physiques      ! tendances physiques
76      REAL dvfi(ip1jm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)      REAL dvfi((iim + 1) * jjm, llm), dufi(ip1jmp1, llm)
77      REAL dtetafi(ip1jmp1, llm), dqfi(ip1jmp1, llm, nqmx), dpfi(ip1jmp1)      REAL dtetafi(ip1jmp1, llm), dqfi(ip1jmp1, llm, nqmx), dpfi(ip1jmp1)
78    
79      ! variables pour le fichier histoire      ! variables pour le fichier histoire
80    
     REAL tppn(iim), tpps(iim), tpn, tps  
   
81      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
82      INTEGER iday ! jour julien      INTEGER itaufin
83      REAL time ! time of day, as a fraction of day length      REAL time ! time of day, as a fraction of day length
84      real finvmaold(ip1jmp1, llm)      real finvmaold(ip1jmp1, llm)
85      LOGICAL:: lafin=.false.      INTEGER l
     INTEGER ij, l  
   
86      REAL rdayvrai, rdaym_ini      REAL rdayvrai, rdaym_ini
87    
88      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation energie
89      REAL ecin(ip1jmp1, llm), ecin0(ip1jmp1, llm)      REAL ecin(iim + 1, jjm + 1, llm), ecin0(iim + 1, jjm + 1, llm)
90      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la
91      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique
92      ! cree par la dissipation      ! cree par la dissipation
93      REAL dtetaecdt(ip1jmp1, llm)      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)
94      REAL vcont(ip1jm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)
95      CHARACTER*15 ztit      logical leapf
96      INTEGER:: ip_ebil_dyn = 0 ! PRINT level for energy conserv. diag.      real dt
   
     logical:: dissip_conservative = .true.  
     logical forward, leapf, apphys, conser, apdiss  
97    
98      !---------------------------------------------------      !---------------------------------------------------
99    
100      print *, "Call sequence information: leapfrog"      print *, "Call sequence information: leapfrog"
101    
102      itaufin = nday * day_step      itaufin = nday * day_step
103      itau = 0      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore "itaufin" is one too
104      iday = day_ini  
     time = time_0  
105      dq = 0.      dq = 0.
106    
107      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :      ! On initialise la pression et la fonction d'Exner :
108      CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)      forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
109      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)      CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
110    
111      ! Debut de l'integration temporelle:      time_integration: do itau = 0, itaufin - 1
112      outer_loop:do         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
113         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &         if (leapf) then
114              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            dt = 2 * dtvr
115         vcovm1 = vcov         else
116         ucovm1 = ucov            ! Matsuno
117         tetam1 = teta            dt = dtvr
118         massem1 = masse            if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &
119         psm1 = ps                 call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)
120         forward = .TRUE.            vcovm1 = vcov
121         leapf = .FALSE.            ucovm1 = ucov
122         dt = dtvr            tetam1 = teta
123         finvmaold = masse            massem1 = masse
124         CALL filtreg(finvmaold, jjp1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            psm1 = ps
125              finvmaold = masse
126         do            CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)
127            ! gestion des appels de la physique et des dissipations:         end if
128            apphys = MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0  
129            conser = MOD(itau, iconser) == 0         ! Calcul des tendances dynamiques:
130            apdiss = MOD(itau + 1, idissip) == 0         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)
131           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
132                MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
133                time_0)
134    
135           ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)
136           CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)
137    
138           ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
139           IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
140                dtvr, itau)
141    
142           ! integrations dynamique et traceurs:
143           CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, dp, &
144                vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, leapf)
145    
146           if (.not. leapf) then
147              ! Matsuno backward
148              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
149              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
150    
151            ! calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
152            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)
153            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
154                 conser, 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'humidite)  
              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  
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, dteta, &
158                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, &
159                 finvmaold, leapf)                 dtvr, leapf=.false.)
160           end if
           IF (apphys) 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  
   
              ! Diagnostique de conservation de l'énergie : initialisation  
              IF (ip_ebil_dyn >= 1) THEN  
                 ztit='bil dyn'  
                 CALL diagedyn(ztit, 2, 1, 1, dtphys, ucov, vcov, ps, p3d, pk, &  
                      teta, q(:, :, 1), q(:, :, 2))  
              ENDIF  
   
              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)  
   
              ! Diagnostique de conservation de l'énergie : difference  
              IF (ip_ebil_dyn >= 1) THEN  
                 ztit = 'bil phys'  
                 CALL diagedyn(ztit, 2, 1, 1, dtphys, ucov, vcov, ps, p3d, pk, &  
                      teta, q(:, :, 1), q(:, :, 2))  
              ENDIF  
           ENDIF  
161    
162            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
163            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ! calcul des tendances physiques:
164    
165            IF (apdiss) THEN            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
166               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
167    
168               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec
169               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            rdayvrai = rdaym_ini + day_ini
170               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0
171              IF (time > 1.) time = time - 1.
172               ! dissipation  
173               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, masse, ps, pk, &
174               ucov=ucov + dudis                 phis, phi, du, dv, dteta, dq, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, &
175               vcov=vcov + dvdis                 dpfi, lafin=itau+1==itaufin)
176    
177               if (dissip_conservative) then            ! ajout des tendances physiques:
178                  ! On rajoute la tendance due a la transform. Ec -> E            CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &
179                  ! therm. cree lors de la dissipation                 dtetafi, dqfi, dpfi)
180                  call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)         ENDIF
181                  call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)  
182                  dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
183                  dtetadis=dtetadis + dtetaecdt         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
184               endif  
185               teta=teta + dtetadis         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
186              ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:
187               ! Calcul de la valeur moyenne, unique de h aux poles .....  
188               DO l = 1, llm            ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation
189                  DO ij = 1, iim            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
190                     tppn(ij) = aire(ij) * teta(ij, l)            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
191                     tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * teta(ij + ip1jm, l)  
192                  ENDDO            ! dissipation
193                  tpn = SUM(tppn) / apoln            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
194                  tps = SUM(tpps) / apols            ucov=ucov + dudis
195              vcov=vcov + dvdis
196                  DO ij = 1, iip1  
197                     teta(ij, l) = tpn            ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E
198                     teta(ij + ip1jm, l) = tps            ! thermique créée lors de la dissipation
199                  ENDDO            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
200               ENDDO            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
201              dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk
202               DO ij = 1, iim            dtetadis=dtetadis + dtetaecdt
203                  tppn(ij) = aire(ij) * ps(ij)            teta=teta + dtetadis
204                  tpps(ij) = aire(ij + ip1jm) * ps(ij + ip1jm)  
205               ENDDO            ! Calcul de la valeur moyenne aux pôles :
206               tpn = SUM(tppn) / apoln            forall (l = 1: llm)
207               tps = SUM(tpps) / apols               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
208                      / apoln
209               DO ij = 1, iip1               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
210                  ps(ij) = tpn                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
211                  ps(ij + ip1jm) = tps            END forall
212               ENDDO  
213            END IF            ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln
214              ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &
215            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"                 / apols
216            ! préparation du pas d'intégration suivant         END IF
217    
218            ! schema matsuno + leapfrog         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
219            IF (forward .OR. leapf) THEN            ! Écriture du fichier histoire moyenne:
220               itau = itau + 1            CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau + 1, vcov, ucov, teta, pk, &
221               iday = day_ini + itau / day_step                 phi, q, masse, ps, phis)
222               time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
223                    + time_0                 q(:, :, :, 1), dt_app = dtvr * iperiod, &
224               IF (time > 1.) THEN                 dt_cum = dtvr * day_step * periodav)
225                  time = time - 1.         ENDIF
226                  iday = iday + 1      end do time_integration
227               ENDIF  
228            ENDIF      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
229             itau=itau_dyn+itaufin)
230            IF (itau == itaufin + 1) exit outer_loop  
231        ! Calcul des tendances dynamiques:
232            IF (MOD(itau, iperiod) == 0 .OR. itau == itaufin) THEN      CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)
233               ! ecriture du fichier histoire moyenne:      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
234               CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau, vcov, &           MOD(itaufin, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &
235                    ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis)           time_0)
              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  
236    
237    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
238    
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