source: codes/icosagcm/trunk/src/dynamics/caldyn_kernels_base.F90 @ 580

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Line 
1MODULE caldyn_kernels_base_mod
2  USE icosa
3  USE transfert_mod
4  USE disvert_mod
5  USE omp_para
6  USE trace
7  IMPLICIT NONE
8  PRIVATE
9
10  INTEGER, PARAMETER,PUBLIC :: energy=1, enstrophy=2
11  TYPE(t_field),POINTER,PUBLIC :: f_out_u(:), f_qu(:), f_qv(:)
12  REAL(rstd),SAVE,POINTER :: out_u(:,:), p(:,:), qu(:,:)
13  !$OMP THREADPRIVATE(out_u, p, qu)
14
15  ! temporary shared variables for caldyn
16  TYPE(t_field),POINTER,PUBLIC :: f_pk(:),f_wwuu(:),f_planetvel(:), &
17                                  f_Fel(:), f_gradPhi2(:), f_wil(:), f_Wetadot(:)
18
19  INTEGER, PUBLIC :: caldyn_conserv
20  !$OMP THREADPRIVATE(caldyn_conserv)
21
22  TYPE(t_message),PUBLIC :: req_ps, req_mass, req_theta_rhodz, req_u, req_qu, req_geopot, req_w
23
24  PUBLIC :: compute_geopot, compute_caldyn_vert, compute_caldyn_vert_nh
25
26CONTAINS
27
28  !**************************** Geopotential *****************************
29
30  SUBROUTINE compute_geopot(rhodz,theta, ps,pk,geopot) 
31    REAL(rstd),INTENT(IN)    :: rhodz(iim*jjm,llm)
32    REAL(rstd),INTENT(IN)    :: theta(iim*jjm,llm,nqdyn) ! active scalars : theta/entropy, moisture, ...
33    REAL(rstd),INTENT(INOUT) :: ps(iim*jjm)
34    REAL(rstd),INTENT(OUT)   :: pk(iim*jjm,llm)       ! Exner function (compressible) /Lagrange multiplier (Boussinesq)
35    REAL(rstd),INTENT(INOUT) :: geopot(iim*jjm,llm+1) ! geopotential
36
37    INTEGER :: i,j,ij,l
38    REAL(rstd) :: Rd, p_ik, exner_ik, temp_ik, qv, chi, Rmix, gv
39    INTEGER    :: ij_omp_begin_ext, ij_omp_end_ext
40
41    CALL trace_start("compute_geopot")
42
43!$OMP BARRIER
44
45    CALL distrib_level(ij_end_ext-ij_begin_ext+1,ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext)
46    ij_omp_begin_ext=ij_omp_begin_ext+ij_begin_ext-1
47    ij_omp_end_ext=ij_omp_end_ext+ij_begin_ext-1
48
49    Rd = kappa*cpp
50
51    IF(dysl_geopot) THEN
52#include "../kernels/compute_geopot.k90"
53    ELSE
54    ! Pressure is computed first top-down (temporarily stored in pk)
55    ! Then Exner pressure and geopotential are computed bottom-up
56    ! Works also when caldyn_eta=eta_mass         
57
58    IF(boussinesq) THEN ! compute geopotential and pk=Lagrange multiplier
59       ! specific volume 1 = dphi/g/rhodz
60       !         IF (is_omp_level_master) THEN ! no openMP on vertical due to dependency
61       DO l = 1,llm
62          !DIR$ SIMD
63          DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext         
64             geopot(ij,l+1) = geopot(ij,l) + g*rhodz(ij,l)
65          ENDDO
66       ENDDO
67       ! use hydrostatic balance with theta*rhodz to find pk (Lagrange multiplier=pressure)
68       ! uppermost layer
69       !DIR$ SIMD
70       DO ij=ij_begin_ext,ij_end_ext         
71          pk(ij,llm) = ptop + (.5*g)*theta(ij,llm,1)*rhodz(ij,llm)
72       END DO
73       ! other layers
74       DO l = llm-1, 1, -1
75          !          !$OMP DO SCHEDULE(STATIC)
76          !DIR$ SIMD
77          DO ij=ij_begin_ext,ij_end_ext         
78             pk(ij,l) = pk(ij,l+1) + (.5*g)*(theta(ij,l,1)*rhodz(ij,l)+theta(ij,l+1,1)*rhodz(ij,l+1))
79          END DO
80       END DO
81       ! now pk contains the Lagrange multiplier (pressure)
82    ELSE ! non-Boussinesq, compute pressure, Exner pressure or temperature, then geopotential
83       ! uppermost layer
84       
85       SELECT CASE(caldyn_thermo)
86          CASE(thermo_theta, thermo_entropy)
87             !DIR$ SIMD
88             DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
89                pk(ij,llm) = ptop + (.5*g)*rhodz(ij,llm)
90             END DO
91             ! other layers
92             DO l = llm-1, 1, -1
93                !DIR$ SIMD
94                DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext         
95                   pk(ij,l) = pk(ij,l+1) + (.5*g)*(rhodz(ij,l)+rhodz(ij,l+1))
96                END DO
97             END DO
98             ! surface pressure (for diagnostics)
99             IF(caldyn_eta==eta_lag) THEN
100                DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext         
101                   ps(ij) = pk(ij,1) + (.5*g)*rhodz(ij,1)
102                END DO
103             END IF
104          CASE(thermo_moist) ! theta(ij,l,2) = qv = mv/md
105             !DIR$ SIMD
106             DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
107                pk(ij,llm) = ptop + (.5*g)*rhodz(ij,llm)*(1.+theta(ij,l,2))
108             END DO
109             ! other layers
110             DO l = llm-1, 1, -1
111                !DIR$ SIMD
112                DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext         
113                   pk(ij,l) = pk(ij,l+1) + (.5*g)*(          &
114                        rhodz(ij,l)  *(1.+theta(ij,l,2)) +   &
115                        rhodz(ij,l+1)*(1.+theta(ij,l+1,2)) )
116                END DO
117             END DO
118             ! surface pressure (for diagnostics)
119             IF(caldyn_eta==eta_lag) THEN
120                DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext         
121                   ps(ij) = pk(ij,1) + (.5*g)*rhodz(ij,1)*(1.+theta(ij,l,2))
122                END DO
123             END IF
124          END SELECT
125
126       DO l = 1,llm
127          SELECT CASE(caldyn_thermo)
128          CASE(thermo_theta)
129             !DIR$ SIMD
130             DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
131                p_ik = pk(ij,l)
132                exner_ik = cpp * (p_ik/preff) ** kappa
133                pk(ij,l) = exner_ik
134                ! specific volume v = kappa*theta*pi/p = dphi/g/rhodz
135                geopot(ij,l+1) = geopot(ij,l) + (g*kappa)*rhodz(ij,l)*theta(ij,l,1)*exner_ik/p_ik
136             ENDDO
137          CASE(thermo_entropy) ! theta is in fact entropy = cpp*log(theta/Treff) = cpp*log(T/Treff) - Rd*log(p/preff)
138             !DIR$ SIMD
139             DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
140                p_ik = pk(ij,l)
141                temp_ik = Treff*exp((theta(ij,l,1) + Rd*log(p_ik/preff))/cpp)
142                pk(ij,l) = temp_ik
143                ! specific volume v = Rd*T/p = dphi/g/rhodz
144                geopot(ij,l+1) = geopot(ij,l) + (g*Rd)*rhodz(ij,l)*temp_ik/p_ik
145             ENDDO
146          CASE(thermo_moist) ! theta is moist pseudo-entropy per dry air mass
147             DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
148                p_ik = pk(ij,l)
149                qv = theta(ij,l,2) ! water vaper mixing ratio = mv/md
150                Rmix = Rd+qv*Rv
151                chi = ( theta(ij,l,1) + Rmix*log(p_ik/preff) ) / (cpp + qv*cppv) ! log(T/Treff)
152                temp_ik = Treff*exp(chi)
153                pk(ij,l) = temp_ik
154                ! specific volume v = R*T/p = dphi/g/rhodz
155                ! R = (Rd + qv.Rv)/(1+qv)
156                geopot(ij,l+1) = geopot(ij,l) + g*Rmix*rhodz(ij,l)*temp_ik/(p_ik*(1+qv))
157             ENDDO
158          CASE DEFAULT
159             STOP
160          END SELECT
161       ENDDO
162    END IF
163
164    END IF ! dysl
165
166    !ym flush geopot
167    !$OMP BARRIER
168
169    CALL trace_end("compute_geopot")
170
171  END SUBROUTINE compute_geopot
172
173  SUBROUTINE compute_caldyn_vert(u,theta,rhodz,convm, wflux,wwuu, dps,dtheta_rhodz,du)
174    REAL(rstd),INTENT(IN)  :: u(iim*3*jjm,llm)
175    REAL(rstd),INTENT(IN)  :: theta(iim*jjm,llm,nqdyn)
176    REAL(rstd),INTENT(IN)  :: rhodz(iim*jjm,llm)
177    REAL(rstd),INTENT(INOUT)  :: convm(iim*jjm,llm)  ! mass flux convergence
178
179    REAL(rstd),INTENT(INOUT) :: wflux(iim*jjm,llm+1) ! vertical mass flux (kg/m2/s)
180    REAL(rstd),INTENT(INOUT) :: wwuu(iim*3*jjm,llm+1)
181    REAL(rstd),INTENT(INOUT) :: du(iim*3*jjm,llm)
182    REAL(rstd),INTENT(INOUT) :: dtheta_rhodz(iim*jjm,llm,nqdyn)
183    REAL(rstd),INTENT(OUT) :: dps(iim*jjm)
184
185    ! temporary variable   
186    INTEGER :: i,j,ij,l,iq
187    REAL(rstd) :: p_ik, exner_ik
188    INTEGER    :: ij_omp_begin, ij_omp_end
189
190    CALL trace_start("compute_caldyn_vert")
191
192    CALL distrib_level(ij_end-ij_begin+1,ij_omp_begin,ij_omp_end)
193    ij_omp_begin=ij_omp_begin+ij_begin-1
194    ij_omp_end=ij_omp_end+ij_begin-1
195
196    !    REAL(rstd) :: wwuu(iim*3*jjm,llm+1) ! tmp var, don't know why but gain 30% on the whole code in opemp
197    ! need to be understood
198
199    !    wwuu=wwuu_out
200    CALL trace_start("compute_caldyn_vert")
201
202    !$OMP BARRIER   
203!!! cumulate mass flux convergence from top to bottom
204    !  IF (is_omp_level_master) THEN
205    DO  l = llm-1, 1, -1
206       !    IF (caldyn_conserv==energy) CALL test_message(req_qu)
207
208!!$OMP DO SCHEDULE(STATIC)
209       !DIR$ SIMD
210       DO ij=ij_omp_begin,ij_omp_end         
211          convm(ij,l) = convm(ij,l) + convm(ij,l+1)
212       ENDDO
213    ENDDO
214    !  ENDIF
215
216    !$OMP BARRIER
217    ! FLUSH on convm
218!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
219
220    ! compute dps
221    IF (is_omp_first_level) THEN
222       !DIR$ SIMD
223       DO ij=ij_begin,ij_end         
224          ! dps/dt = -int(div flux)dz
225          dps(ij) = convm(ij,1)
226       ENDDO
227    ENDIF
228
229!!! Compute vertical mass flux (l=1,llm+1 done by caldyn_BC)
230    DO l=ll_beginp1,ll_end
231       !    IF (caldyn_conserv==energy) CALL test_message(req_qu)
232       !DIR$ SIMD
233       DO ij=ij_begin,ij_end         
234          ! w = int(z,ztop,div(flux)dz) + B(eta)dps/dt
235          ! => w>0 for upward transport
236          wflux( ij, l ) = bp(l) * convm( ij, 1 ) - convm( ij, l ) 
237       ENDDO
238    ENDDO
239
240    !--> flush wflux 
241    !$OMP BARRIER
242
243    DO iq=1,nqdyn
244       DO l=ll_begin,ll_endm1
245       !DIR$ SIMD
246          DO ij=ij_begin,ij_end         
247             dtheta_rhodz(ij, l, iq) = dtheta_rhodz(ij, l, iq)  -   0.5 * &
248                  ( wflux(ij,l+1) * (theta(ij,l,iq) + theta(ij,l+1,iq)))
249          END DO
250       END DO
251       DO l=ll_beginp1,ll_end
252          !DIR$ SIMD
253          DO ij=ij_begin,ij_end         
254             dtheta_rhodz(ij, l, iq) = dtheta_rhodz(ij, l, iq)  +   0.5 * &
255                  ( wflux(ij,l) * (theta(ij,l-1,iq) + theta(ij,l,iq) ) )
256          END DO
257       END DO
258    END DO
259
260    ! Compute vertical transport
261    DO l=ll_beginp1,ll_end
262       !DIR$ SIMD
263       DO ij=ij_begin,ij_end         
264          wwuu(ij+u_right,l) = 0.5*( wflux(ij,l) + wflux(ij+t_right,l)) * (u(ij+u_right,l) - u(ij+u_right,l-1))
265          wwuu(ij+u_lup,l) = 0.5* ( wflux(ij,l) + wflux(ij+t_lup,l)) * (u(ij+u_lup,l) - u(ij+u_lup,l-1))
266          wwuu(ij+u_ldown,l) = 0.5*( wflux(ij,l) + wflux(ij+t_ldown,l)) * (u(ij+u_ldown,l) - u(ij+u_ldown,l-1))
267       ENDDO
268    ENDDO
269
270    !--> flush wwuu 
271    !$OMP BARRIER
272
273    ! Add vertical transport to du
274    DO l=ll_begin,ll_end
275       !DIR$ SIMD
276       DO ij=ij_begin,ij_end         
277          du(ij+u_right, l )   = du(ij+u_right,l)  - (wwuu(ij+u_right,l+1)+ wwuu(ij+u_right,l)) / (rhodz(ij,l)+rhodz(ij+t_right,l))
278          du(ij+u_lup, l )     = du(ij+u_lup,l)    - (wwuu(ij+u_lup,l+1)  + wwuu(ij+u_lup,l))   / (rhodz(ij,l)+rhodz(ij+t_lup,l))
279          du(ij+u_ldown, l )   = du(ij+u_ldown,l)  - (wwuu(ij+u_ldown,l+1)+ wwuu(ij+u_ldown,l)) / (rhodz(ij,l)+rhodz(ij+t_ldown,l))
280       ENDDO
281    ENDDO
282
283    !  DO l=ll_beginp1,ll_end
284    !!DIR$ SIMD
285    !      DO ij=ij_begin,ij_end         
286    !        wwuu_out(ij+u_right,l) = wwuu(ij+u_right,l)
287    !        wwuu_out(ij+u_lup,l)   = wwuu(ij+u_lup,l)
288    !        wwuu_out(ij+u_ldown,l) = wwuu(ij+u_ldown,l)
289    !     ENDDO
290    !   ENDDO
291
292    CALL trace_end("compute_caldyn_vert")
293
294  END SUBROUTINE compute_caldyn_vert
295
296  SUBROUTINE compute_caldyn_vert_NH(mass,geopot,W,wflux, W_etadot, du,dPhi,dW)
297    REAL(rstd),INTENT(IN) :: mass(iim*jjm,llm)
298    REAL(rstd),INTENT(IN) :: geopot(iim*jjm,llm+1)
299    REAL(rstd),INTENT(IN) :: W(iim*jjm,llm+1)
300    REAL(rstd),INTENT(IN) :: wflux(iim*jjm,llm+1)
301    REAL(rstd),INTENT(INOUT) :: du(iim*3*jjm,llm)
302    REAL(rstd),INTENT(INOUT) :: dPhi(iim*jjm,llm+1)
303    REAL(rstd),INTENT(INOUT) :: dW(iim*jjm,llm+1)
304    REAL(rstd) :: W_etadot(iim*jjm,llm) ! vertical flux of vertical momentum
305    ! local arrays
306    REAL(rstd) :: eta_dot(iim*jjm, llm) ! eta_dot in full layers
307    REAL(rstd) :: wcov(iim*jjm,llm) ! covariant vertical momentum in full layers
308    ! indices and temporary values
309    INTEGER    :: ij, l
310    REAL(rstd) :: wflux_ij, w_ij
311
312    CALL trace_start("compute_caldyn_vert_nh")
313
314    IF(dysl) THEN
315!$OMP BARRIER
316#include "../kernels/caldyn_vert_NH.k90"
317!$OMP BARRIER
318    ELSE
319#define ETA_DOT(ij) eta_dot(ij,1)
320#define WCOV(ij) wcov(ij,1)
321
322    DO l=ll_begin,ll_end
323       ! compute the local arrays
324       !DIR$ SIMD
325       DO ij=ij_begin_ext,ij_end_ext
326          wflux_ij = .5*(wflux(ij,l)+wflux(ij,l+1))
327          w_ij = .5*(W(ij,l)+W(ij,l+1))/mass(ij,l)
328          W_etadot(ij,l) = wflux_ij*w_ij
329          ETA_DOT(ij) = wflux_ij / mass(ij,l)
330          WCOV(ij) = w_ij*(geopot(ij,l+1)-geopot(ij,l))
331       ENDDO
332       ! add NH term to du
333      !DIR$ SIMD
334      DO ij=ij_begin,ij_end
335          du(ij+u_right,l) = du(ij+u_right,l) &
336               - .5*(WCOV(ij+t_right)+WCOV(ij)) &
337               *ne_right*(ETA_DOT(ij+t_right)-ETA_DOT(ij))
338          du(ij+u_lup,l) = du(ij+u_lup,l) &
339               - .5*(WCOV(ij+t_lup)+WCOV(ij)) &
340               *ne_lup*(ETA_DOT(ij+t_lup)-ETA_DOT(ij))
341          du(ij+u_ldown,l) = du(ij+u_ldown,l) &
342               - .5*(WCOV(ij+t_ldown)+WCOV(ij)) &
343               *ne_ldown*(ETA_DOT(ij+t_ldown)-ETA_DOT(ij))
344       END DO
345    ENDDO
346    ! add NH terms to dW, dPhi
347    ! FIXME : TODO top and bottom
348    DO l=ll_beginp1,ll_end ! inner interfaces only
349       !DIR$ SIMD
350       DO ij=ij_begin,ij_end
351          dPhi(ij,l) = dPhi(ij,l) - wflux(ij,l) &
352               * (geopot(ij,l+1)-geopot(ij,l-1))/(mass(ij,l-1)+mass(ij,l))
353       END DO
354    END DO
355    DO l=ll_begin,ll_end
356       !DIR$ SIMD
357       DO ij=ij_begin,ij_end
358          dW(ij,l+1) = dW(ij,l+1) + W_etadot(ij,l) ! update inner+top interfaces
359          dW(ij,l)   = dW(ij,l)   - W_etadot(ij,l) ! update bottom+inner interfaces
360       END DO
361    END DO
362
363#undef ETA_DOT
364#undef WCOV
365
366    END IF ! dysl
367    CALL trace_end("compute_caldyn_vert_nh")
368
369  END SUBROUTINE compute_caldyn_vert_NH
370END MODULE caldyn_kernels_base_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.