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revision 29 by guez, Tue Mar 30 10:44:42 2010 UTC revision 66 by guez, Thu Sep 20 13:00:41 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        ! 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 disvert_m, 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 logic, ONLY: iflag_phys, ok_guide      use integrd_m, only: integrd
33      USE paramet_m, ONLY: ip1jmp1      use nr_util, only: assert
     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 vcov((iim + 1) * jjm, llm), ucov(ip1jmp1, llm) ! vents covariants      REAL, intent(inout):: ucov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm) vent covariant
40      REAL, intent(inout):: teta(iim + 1, jjm + 1, llm) ! potential temperature      REAL, intent(inout):: vcov(:, :, :) ! (iim + 1, jjm, llm) ! vent covariant
41      REAL ps(iim + 1, jjm + 1) ! pression au sol, en Pa  
42        REAL, intent(inout):: teta(:, :, :) ! (iim + 1, jjm + 1, llm)
43      REAL masse(ip1jmp1, llm) ! masse d'air      ! potential temperature
44      REAL phis(ip1jmp1) ! geopotentiel au sol  
45      REAL q(ip1jmp1, llm, nqmx) ! mass fractions of advected fields      REAL, intent(inout):: ps(:, :) ! (iim + 1, jjm + 1) pression au sol, en Pa
46        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 filtré 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      ! Variables dynamiques intermediaire pour le transport
65      REAL pbaru(ip1jmp1, llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm) !flux de masse      ! Flux de masse :
66        REAL pbaru((iim + 1) * (jjm + 1), llm), pbarv((iim + 1) * jjm, llm)
67    
68      ! variables dynamiques au pas - 1      ! Variables dynamiques au pas - 1
69      REAL vcovm1((iim + 1) * jjm, llm), ucovm1(ip1jmp1, llm)      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)      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)
     LOGICAL:: lafin=.false.  
93      INTEGER l      INTEGER 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)  
     logical forward, leapf  
     REAL dt  
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".
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, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE., 1)            psm1 = ps
131              finvmaold = masse
132              CALL filtreg(finvmaold, jjm + 1, llm, - 2, 2, .TRUE.)
133           end if
134    
135           ! Calcul des tendances dynamiques:
136           CALL geopot((iim + 1) * (jjm + 1), teta, pk, pks, phis, phi)
137           CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
138                dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
139                conser=MOD(itau, iconser)==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, dudyn, dteta, &
150                dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, finvmaold, dt, &
151                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    
        do  
158            ! Calcul des tendances dynamiques:            ! Calcul des tendances dynamiques:
159            CALL geopot(ip1jmp1, teta, pk, pks, phis, phi)            CALL geopot((iim + 1) * (jjm + 1), teta, pk, pks, phis, phi)
160            CALL caldyn(itau, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &            CALL caldyn(itau + 1, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, &
161                 MOD(itau, iconser) == 0, du, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, &                 phi, dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
162                 time + iday - day_ini)                 conser=.false.)
   
           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  
163    
164            ! integrations dynamique et traceurs:            ! integrations dynamique et traceurs:
165            CALL integrd(2, vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, du, &            CALL integrd(vcovm1, ucovm1, tetam1, psm1, massem1, dv, dudyn, &
166                 dteta, dq, dp, vcov, ucov, teta, q, ps, masse, phis, &                 dteta, dp, vcov, ucov, teta, q(:, :, :, :2), ps, masse, &
167                 finvmaold, leapf, dt)                 finvmaold, dtvr, leapf=.false.)
168           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  
169    
170            CALL pression(ip1jmp1, ap, bp, ps, p3d)         IF (MOD(itau + 1, iphysiq) == 0 .AND. iflag_phys /= 0) THEN
171            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)            ! calcul des tendances physiques:
172    
173            IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN            forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
174               ! dissipation horizontale et verticale des petites echelles:            CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
175    
176               ! calcul de l'energie cinetique avant dissipation            rdaym_ini = itau * dtvr / daysec
177               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)            rdayvrai = rdaym_ini + day_ini
178               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)            time = REAL(mod(itau, day_step)) / day_step + time_0
179              IF (time > 1.) time = time - 1.
180               ! dissipation  
181               CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)            CALL calfis(rdayvrai, time, ucov, vcov, teta, q, masse, ps, pk, &
182               ucov=ucov + dudis                 phis, phi, dudyn, dv, dq, w, dufi, dvfi, dtetafi, dqfi, dpfi, &
183               vcov=vcov + dvdis                 lafin=itau+1==itaufin)
184    
185               ! On rajoute la tendance due à la transformation Ec -> E            ! ajout des tendances physiques:
186               ! thermique créée lors de la dissipation            CALL addfi(nqmx, dtphys, ucov, vcov, teta, q, ps, dufi, dvfi, &
187               call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)                 dtetafi, dqfi, dpfi)
188               call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)         ENDIF
189               dtetaecdt= (ecin0 - ecin) / pk  
190               dtetadis=dtetadis + dtetaecdt         forall (l = 1: llm + 1) p3d(:, :, l) = ap(l) + bp(l) * ps
191               teta=teta + dtetadis         CALL exner_hyb(ps, p3d, pks, pk, pkf)
192    
193               ! Calcul de la valeur moyenne unique de h aux pôles         IF (MOD(itau + 1, idissip) == 0) THEN
194               forall (l = 1: llm)            ! Dissipation horizontale et verticale des petites échelles
195                  teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &  
196                       / apoln            ! calcul de l'énergie cinétique avant dissipation
197                  teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
198                       * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols            call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin0)
199               END forall  
200              ! dissipation
201               ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln            CALL dissip(vcov, ucov, teta, p3d, dvdis, dudis, dtetadis)
202               ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &            ucov = ucov + dudis
203                    / apols            vcov = vcov + dvdis
204            END IF  
205              ! On ajoute la tendance due à la transformation énergie
206            ! fin de l'intégration dynamique et physique pour le pas "itau"            ! cinétique en énergie thermique par la dissipation
207            ! préparation du pas d'intégration suivant            call covcont(llm, ucov, vcov, ucont, vcont)
208              call enercin(vcov, ucov, vcont, ucont, ecin)
209            ! schema matsuno + leapfrog            dtetadis = dtetadis + (ecin0 - ecin) / pk
210            IF (forward .OR. leapf) THEN            teta = teta + dtetadis
211               itau = itau + 1  
212               iday = day_ini + itau / day_step            ! Calcul de la valeur moyenne aux pôles :
213               time = REAL(itau - (iday - day_ini) * day_step) / day_step &            forall (l = 1: llm)
214                    + time_0               teta(:, 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * teta(:iim, 1, l)) &
215               IF (time > 1.) THEN                    / apoln
216                  time = time - 1.               teta(:, jjm + 1, l) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) &
217                  iday = iday + 1                    * teta(:iim, jjm + 1, l)) / apols
218               ENDIF            END forall
219            ENDIF  
220              ps(:, 1) = SUM(aire_2d(:iim, 1) * ps(:iim, 1)) / apoln
221            IF (itau == itaufin + 1) exit outer_loop            ps(:, jjm + 1) = SUM(aire_2d(:iim, jjm+1) * ps(:iim, jjm + 1)) &
222                   / apols
223            IF (MOD(itau, iperiod) == 0 .OR. itau == itaufin) THEN         END IF
224               ! ecriture du fichier histoire moyenne:  
225               CALL writedynav(histaveid, nqmx, itau, vcov, &         IF (MOD(itau + 1, iperiod) == 0) THEN
226                    ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis)            ! Écriture du fichier histoire moyenne:
227               call bilan_dyn(2, dtvr * iperiod, dtvr * day_step * periodav, &            CALL writedynav(vcov, ucov, teta, pk, phi, q, masse, ps, phis, &
228                    ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, q)                 time = itau + 1)
229            ENDIF            call bilan_dyn(ps, masse, pk, pbaru, pbarv, teta, phi, ucov, vcov, &
230                   q(:, :, :, 1))
231            IF (itau == itaufin) CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, &         ENDIF
232                 q, masse, ps, itau=itau_dyn+itaufin)      end do time_integration
233    
234            ! gestion de l'integration temporelle:      CALL dynredem1("restart.nc", vcov, ucov, teta, q, masse, ps, &
235            IF (MOD(itau, iperiod) == 0) exit           itau=itau_dyn+itaufin)
236            IF (MOD(itau - 1, iperiod) == 0) THEN  
237               IF (forward) THEN      ! Calcul des tendances dynamiques:
238                  ! fin du pas forward et debut du pas backward      CALL geopot((iim + 1) * (jjm + 1), teta, pk, pks, phis, phi)
239                  forward = .FALSE.      CALL caldyn(itaufin, ucov, vcov, teta, ps, masse, pk, pkf, phis, phi, &
240                  leapf = .FALSE.           dudyn, dv, dteta, dp, w, pbaru, pbarv, time_0, &
241               ELSE           conser=MOD(itaufin, iconser)==0)
                 ! 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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