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revision 32 by guez, Tue Apr 6 17:52:58 2010 UTC revision 61 by guez, Fri Apr 20 14:58:43 2012 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      ! schema matsuno + leapfrog      ! 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
     USE com_io_dyn, ONLY: histaveid  
18      USE comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr      USE comconst, ONLY: daysec, dtphys, dtvr
19      USE comgeom, ONLY: aire_2d, 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, nday, offline, &      USE conf_gcm_m, ONLY: day_step, iconser, iperiod, iphysiq, nday, offline, &
22           periodav           iflag_phys, ok_guide
23      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx      USE dimens_m, ONLY: iim, jjm, llm, nqmx
24        use dissip_m, only: dissip
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      use integrd_m, only: integrd
33      USE logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use nr_util, only: assert
     USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1  
     USE pression_m, ONLY: pression  
34      USE pressure_var, ONLY: p3d      USE pressure_var, ONLY: p3d
35      USE temps, ONLY: itau_dyn      USE temps, ONLY: itau_dyn
36        use writedynav_m, only: writedynav
37    
38      ! Variables dynamiques:      ! Variables dynamiques:
39      REAL, intent(inout):: vcov((iim + 1) * jjm, llm) ! vent covariant      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
40      REAL, intent(inout):: ucov(ip1jmp1, llm) ! vent covariant      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
41      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature  
42      REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa      REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
43        ! potential temperature
44      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air  
45      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
46      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL masse((iim + 1) * (jjm + 1), llm) ! masse d'air
47        REAL phis((iim + 1) * (jjm + 1)) ! geopotentiel au sol
48    
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:
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 filt.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
65        ! Flux de masse :
66        REAL pbaru((iim + 1) * (jjm + 1), llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm)
67    
68      ! variables dynamiques intermediaire pour le transport      ! Variables dynamiques au pas - 1
69      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm) !flux de masse      REAL vcovm1(iim + 1, jjm, llm), ucovm1(iim + 1, jjm + 1, llm)
   
     ! variables dynamiques au pas - 1  
     REAL vcovm1((iim + 1) * jjm, llm), ucovm1(ip1jmp1, 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), dudyn((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
75      REAL dteta(ip1jmp1, llm), dq(ip1jmp1, llm, nqmx), dp(ip1jmp1)      REAL dteta(iim + 1, jjm + 1, llm), dq((iim + 1) * (jjm + 1), llm, nqmx)
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)
85        real dpfi((iim + 1) * (jjm + 1))
86    
87      ! variables pour le fichier histoire      ! Variables pour le fichier histoire
88    
89      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
90      INTEGER itaufin      INTEGER itaufin
     INTEGER iday ! jour julien  
91      REAL time ! time of day, as a fraction of day length      REAL time ! time of day, as a fraction of day length
92      real finvmaold(ip1jmp1, llm)      real finvmaold((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
93      LOGICAL:: lafin=.false.      INTEGER l
     INTEGER i, j, l  
   
94      REAL rdayvrai, rdaym_ini      REAL rdayvrai, rdaym_ini
95    
96      ! Variables test conservation energie      ! Variables test conservation energie
97      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)
98      ! Tendance de la temp. potentiel d (theta) / d t due a la  
99      ! tansformation d'energie cinetique en energie thermique      REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont((iim + 1) * (jjm + 1), llm)
100      ! cree par la dissipation      logical leapf
101      REAL dtetaecdt(iim + 1, jjm + 1, llm)      real dt
     REAL vcont((iim + 1) * jjm, llm), ucont(ip1jmp1, llm)  
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      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore "itaufin" is one too      ! "day_step" is a multiple of "iperiod", therefore "itaufin" is one too
110    
     itau = 0  
     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      period_loop:do i = 1, itaufin / iperiod         leapf = mod(itau, iperiod) /= 0
119         ! {"itau" is a multiple of "iperiod"}         if (leapf) then
120              dt = 2 * dtvr
121         ! 1. Matsuno forward:         else
122              ! Matsuno
123         if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &            dt = dtvr
124              call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)            if (ok_guide .and. (itaufin - itau - 1) * dtvr > 21600.) &
125         vcovm1 = vcov                 call guide(itau, ucov, vcov, teta, q, masse, ps)
126         ucovm1 = ucov            vcovm1 = vcov
127         tetam1 = teta            ucovm1 = ucov
128         massem1 = masse            tetam1 = teta
129         psm1 = ps            massem1 = masse
130         finvmaold = masse            psm1 = ps
131         CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            finvmaold = masse
132              CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)
133           end if
134    
135         ! Calcul des tendances dynamiques:         ! Calcul des tendances dynamiques:
136         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)         CALL geopot((iim + 1) * (jjm + 1), teta, pk, pks, phis, phi)
137         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &         CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
138              MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &              dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
139              time + iday - day_ini)              conser=MOD(itau, iconser)==0)
140    
141         ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)         ! Calcul des tendances advection des traceurs (dont l'humidité)
142         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)         CALL caladvtrac(q, pbaru, pbarv, p3d, masse, dq, teta, pk)
143    
144         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:         ! Stokage du flux de masse pour traceurs offline:
145         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &         IF (offline) CALL fluxstokenc(pbaru, pbarv, masse, teta, phi, phis, &
146              dtvr, itau)              dtvr, itau)
147    
148         ! integrations dynamique et traceurs:         ! Integrations dynamique et traceurs:
149         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &         CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, dteta, &
150              dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, finvmaold, .false., &              dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &
151              dtvr)              leapf)
152    
153           if (.not. leapf) then
154              ! Matsuno backward
155              forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
156              CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
157    
158         CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            ! Calcul des tendances dynamiques:
159         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            CALL geopot((iim + 1) * (jjm + 1), teta, pk, pks, phis, phi)
160              CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
161                   phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
162                   conser=.false.)
163    
164         ! 2. Matsuno backward:            ! integrations dynamique et traceurs:
165              CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &
166                   dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &
167                   finvmaold, dtvr, leapf=.false.)
168           end if
169    
170         itau = itau + 1         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
171         iday = day_ini + itau / day_step            ! calcul des tendances physiques:
        time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step + time_0  
        IF (time > 1.) THEN  
           time = time - 1.  
           iday = iday + 1  
        ENDIF  
172    
173         ! Calcul des tendances dynamiques:            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
174         CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
        CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &  
             .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time + iday - day_ini)  
175    
176         ! integrations dynamique et traceurs:            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec
177         CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, dteta, &            rdayvrai = rdaym_ini + day_ini
178              dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, finvmaold, .false., &            time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0
179              dtvr)            IF (time > 1.) time = time - 1.
180    
181              CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, masse, ps, pk, &
182                   phis, phi, dudyn, dv, dq, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi, &
183                   lafin=itau+1==itaufin)
184    
185              ! ajout des tendances physiques:
186              CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &
187                   dtetafi, dqfi, dpfi)
188           ENDIF
189    
190         CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
191         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
192    
193         ! 3. Leapfrog:         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
194              ! Dissipation horizontale et verticale des petites échelles
        leapfrog_loop: do j = 1, iperiod - 1  
           ! Calcul des tendances dynamiques:  
           CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)  
           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &  
                .false., du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &  
                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, itau)  
195    
196            ! integrations dynamique et traceurs:            ! calcul de l'énergie cinétique avant dissipation
197            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
198                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, &            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
199                 finvmaold, .true., 2 * dtvr)  
200              ! dissipation
201            IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
202               ! calcul des tendances physiques:            ucov = ucov + dudis
203               IF (itau + 1 == itaufin) lafin = .TRUE.            vcov = vcov + dvdis
204    
205               CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            ! On ajoute la tendance due à la transformation énergie
206               CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ! cinétique en énergie thermique par la dissipation
207              call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
208               rdaym_ini = itau * dtvr / daysec            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
209               rdayvrai = rdaym_ini + day_ini            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
210              teta = teta + dtetadis
211               CALL calfis(nqmx, lafin, rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, &  
212                    masse, ps, pk, phis, phi, du, dv, dteta, dq, w, &            ! Calcul de la valeur moyenne aux pôles :
213                    dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi)            forall (l = 1: llm)
214                 teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
215               ! ajout des tendances physiques:                    / apoln
216               CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
217                    dtetafi, dqfi, dpfi)                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
218            ENDIF            END forall
219    
220            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)            ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln
221            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &
222                   / apols
223            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN         END IF
224               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:  
225           IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
226               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            ! Écriture du fichier histoire moyenne:
227               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
228               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)                 time = itau + 1)
229              call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
230               ! dissipation                 q(:, :, :, 1))
231               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)         ENDIF
232               ucov=ucov + dudis      end do time_integration
              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 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 leapfrog_loop  
     end do period_loop  
233    
     ! {itau == itaufin}  
234      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
235           itau=itau_dyn+itaufin)           itau=itau_dyn+itaufin)
236    
237      ! Calcul des tendances dynamiques:      ! Calcul des tendances dynamiques:
238      CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)      CALL geopot((iim + 1) * (jjm + 1), teta, pk, pks, phis, phi)
239      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
240           MOD(itaufin, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
241           time + iday - day_ini)           conser=MOD(itaufin, iconser)==0)
242    
243    END SUBROUTINE leapfrog    END SUBROUTINE leapfrog
244    
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