source: codes/icosagcm/trunk/src/kernels/compute_NH_geopot.k90 @ 580

Last change on this file since 580 was 580, checked in by dubos, 7 years ago

trunk : upgrading to devel
File size: 5.0 KB
Line 
1   !--------------------------------------------------------------------------
2   !---------------------------- compute_NH_geopot ----------------------------------
3   tau2_g=tau*tau/g
4   g2=g*g
5   gm2 = 1./g2
6   gamma = 1./(1.-kappa)
7   !$OMP BARRIER
8   ! compute Phi_star
9   DO l = 1,llm+1
10      DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
11         Phi_star_il(ij,l) = Phi_il(ij,l) + tau*g2*(W_il(ij,l)/m_il(ij,l)-tau)
12      END DO
13   END DO
14   ! Newton-Raphson iteration : Phi_il contains current guess value
15   DO iter=1,2 ! 2 iterations should be enough
16      ! Compute pressure, A_ik
17      SELECT CASE(caldyn_thermo)
18      CASE(thermo_theta)
19         DO l = 1,llm
20            DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
21               rho_ij = (g*m_ik(ij,l))/(Phi_il(ij,l+1)-Phi_il(ij,l))
22               X_ij = (cpp/preff)*kappa*theta(ij,l)*rho_ij
23               p_ik(ij,l) = preff*(X_ij**gamma)
24               c2_mik = gamma*p_ik(ij,l)/(rho_ij*m_ik(ij,l)) ! c^2 = gamma*R*T = gamma*p/rho
25               A_ik(ij,l) = c2_mik*(tau/g*rho_ij)**2
26            END DO
27         END DO
28      CASE(thermo_entropy)
29         DO l = 1,llm
30            DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
31               rho_ij = (g*m_ik(ij,l))/(Phi_il(ij,l+1)-Phi_il(ij,l))
32               X_ij = Treff*exp(theta(ij,l)/cpp) ! theta = Tref.exp(s/Cp)
33               X_ij = (cpp/preff)*kappa*X_ij*rho_ij
34               p_ik(ij,l) = preff*(X_ij**gamma)
35               c2_mik = gamma*p_ik(ij,l)/(rho_ij*m_ik(ij,l)) ! c^2 = gamma*R*T = gamma*p/rho
36               A_ik(ij,l) = c2_mik*(tau/g*rho_ij)**2
37            END DO
38         END DO
39      CASE DEFAULT
40         PRINT *, 'caldyn_thermo not supported by compute_NH_geopot', caldyn_thermo
41         STOP
42      END SELECT
43      ! NB : A(1), A(llm), R(1), R(llm+1) = 0 => x(l)=0 at l=1,llm+1 => flat, rigid top and bottom
44      ! Solve -A(l-1)x(l-1) + B(l)x(l) - A(l)x(l+1) = R(l) using Thomas algorithm
45      ! Compute residual R_il and B_il
46      DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
47         ! bottom interface l=1
48         ml_g2 = gm2*m_il(ij,1)
49         B_il(ij,1) = A_ik(ij,1) + ml_g2 + tau2_g*rho_bot
50         R_il(ij,1) = ml_g2*( Phi_il(ij,1)-Phi_star_il(ij,1)) &
51         + tau2_g*( p_ik(ij,1)-pbot+rho_bot*(Phi_il(ij,1)-PHI_BOT(ij)) )
52      END DO
53      DO l = 2,llm
54         DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
55            ! inner interfaces
56            ml_g2 = gm2*m_il(ij,l)
57            B_il(ij,l) = A_ik(ij,l)+A_ik(ij,l-1) + ml_g2
58            R_il(ij,l) = ml_g2*( Phi_il(ij,l)-Phi_star_il(ij,l)) &
59            + tau2_g*(p_ik(ij,l)-p_ik(ij,l-1))
60            ! consistency check : if Wil=0 and initial state is in hydrostatic balance
61            ! then Phi_star_il(ij,l) = Phi_il(ij,l) - tau^2*g^2
62            ! and residual = tau^2*(ml+(1/g)dl_pi)=0
63         END DO
64      END DO
65      DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
66         ! top interface l=llm+1
67         ml_g2 = gm2*m_il(ij,llm+1)
68         B_il(ij,llm+1) = A_ik(ij,llm+1 -1) + ml_g2
69         R_il(ij,llm+1) = ml_g2*( Phi_il(ij,llm+1)-Phi_star_il(ij,llm+1)) &
70         + tau2_g*( ptop-p_ik(ij,llm+1 -1) )
71      END DO
72      !
73      ! Forward sweep :
74      ! C(0)=0, C(l) = -A(l) / (B(l)+A(l-1)C(l-1)),
75      ! D(0)=0, D(l) = (R(l)+A(l-1)D(l-1)) / (B(l)+A(l-1)C(l-1))
76      DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
77         X_ij = 1./B_il(ij,1)
78         C_ik(ij,1) = -A_ik(ij,1) * X_ij
79         D_il(ij,1) = R_il(ij,1) * X_ij
80      END DO
81      DO l = 2,llm
82         DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
83            X_ij = 1./( B_il(ij,l) + A_ik(ij,l-1)*C_ik(ij,l-1) )
84            C_ik(ij,l) = -A_ik(ij,l) * X_ij
85            D_il(ij,l) = (R_il(ij,l)+A_ik(ij,l-1)*D_il(ij,l-1)) * X_ij
86         END DO
87      END DO
88      DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
89         X_ij = 1./( B_il(ij,llm+1) + A_ik(ij,llm+1 -1)*C_ik(ij,llm+1 -1) )
90         D_il(ij,llm+1) = (R_il(ij,llm+1)+A_ik(ij,llm+1 -1)*D_il(ij,llm+1 -1)) * X_ij
91         ! Back substitution :
92         ! x(i) = D(i)-C(i)x(i+1), x(llm+1)=0
93         ! + Newton-Raphson update
94         ! top interface l=llm+1
95         x_il(ij,llm+1) = D_il(ij,llm+1)
96         Phi_il(ij,llm+1) = Phi_il(ij,llm+1) - x_il(ij,llm+1)
97      END DO
98      DO l = llm,1,-1
99         DO ij=ij_omp_begin_ext,ij_omp_end_ext
100            ! Back substitution at lower interfaces
101            x_il(ij,l) = D_il(ij,l) - C_ik(ij,l)*x_il(ij,l+1)
102            Phi_il(ij,l) = Phi_il(ij,l) - x_il(ij,l)
103         END DO
104      END DO
105      IF(debug_hevi_solver) THEN
106         PRINT *, '[hevi_solver] A,B', iter, MAXVAL(ABS(A_ik)),MAXVAL(ABS(B_il))
107         PRINT *, '[hevi_solver] C,D', iter, MAXVAL(ABS(C_ik)),MAXVAL(ABS(D_il))
108         DO l=1,llm+1
109            WRITE(*,'(A,I2.1,I3.2,E9.2)'), '[hevi_solver] x_il', iter,l, MAXVAL(ABS(x_il(l,:)))
110         END DO
111         DO l=1,llm+1
112            WRITE(*,'(A,I2.1,I3.2,E9.2)'), '[hevi_solver] R_il', iter,l, MAXVAL(ABS(R_il(l,:)))
113         END DO
114      END IF
115   END DO ! Newton-Raphson
116   !$OMP BARRIER
117   debug_hevi_solver=.FALSE.
118   !---------------------------- compute_NH_geopot ----------------------------------
119   !--------------------------------------------------------------------------
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.