New URL for NEMO forge!   http://forge.nemo-ocean.eu

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
Changeset 15454 – NEMO

Changeset 15454


Ignore:
Timestamp:
2021-10-27T20:03:30+02:00 (19 months ago)
Author:
smueller
Message:

Addition of tangent-linear and adjoint model time-stepping loops and of a supporting structure for the optional inclusion of external NEMOTAM-related source code

Location:
NEMO/branches/NERC/dev_release-3.4_NEMOTAM_consolidated/NEMOGCM
Files:
3 edited

Legend:

Unmodified
Added
Removed

  • NEMO/branches/NERC/dev_release-3.4_NEMOTAM_consolidated/NEMOGCM/CONFIG/ORCA2_TAM/EXP00/namelist

    r3797 r15454  
    994994/ 
    995995!----------------------------------------------------------------------- 
    996 &namtst_tam ! NEMOTAM driver ('key_tam') 
     996&namtam     ! NEMOTAM ('key_tam') 
     997!----------------------------------------------------------------------- 
     998   ln_tam = 0   ! NEMOTAM mode 
     999                ! nn_tam = 1: Tangent-linear model time stepping 
     1000                ! nn_tam = 2: Adjoint model time stepping 
     1001                ! nn_tam = 3: External code 
     1002                ! nn_tam = 0: NEMOTAM tests 
     1003/ 
     1004!----------------------------------------------------------------------- 
     1005&namtst_tam ! NEMOTAM tests ('key_tam') 
    9971006!----------------------------------------------------------------------- 
    9981007   ln_swi_opatam  = 0           ! Switch for different TAM modes 
    9991008                                ! = 0 => Routine by routine adjoint test 
    10001009                                ! = 1 => Step adjoint test 
    1001                                 ! = 2 => Run LT model in stand-alone 
    10021010/ 
    10031011!----------------------------------------------------------------------- 

  • NEMO/branches/NERC/dev_release-3.4_NEMOTAM_consolidated/NEMOGCM/NEMO/OPATAM_SRC/nemogcm_tam.F90

    r4600 r15454  
    9090   !USE tamtrj 
    9191   USE trj_tam 
     92   USE iom 
     93   USE wrk_nemo 
    9294   IMPLICIT NONE 
    9395   PRIVATE 
    … …  
    119121      !!              Madec, 2008, internal report, IPSL. 
    120122      !!---------------------------------------------------------------------- 
    121       INTEGER ::   istp       ! time step index 
    122       !!---------------------------------------------------------------------- 
    123123      !                            !-----------------------! 
    124124      !                            !==  Initialisations  ==! 
    … …  
    135135      !                            !==   time stepping   ==! 
    136136      !                            !-----------------------! 
    137       IF (ln_swi_opatam == 2) THEN 
    138          istp = nit000 - 1 
    139          CALL trj_rea( istp, 1) 
    140          istp = nit000 
    141          CALL istate_init_tan 
    142          DO istp = nit000, nitend, 1 
    143             CALL stp_tan( istp ) 
    144          END DO 
     137      ! 
     138      ! NEMOTAM options 
     139      ! --------------- 
     140      ! 
     141      ! nn_tam = 1: Tangent-linear model time stepping 
     142      ! nn_tam = 2: Adjoint model time stepping 
     143      ! nn_tam = 3: Call external code (see below) 
     144      ! nn_tam = 0: Call tam_tst 
     145      ! 
     146      ! External NEMOTAM code 
     147      ! --------------------- 
     148      ! 
     149      ! When key_tam_ext is defined, two include files are required (e.g., in 
     150      ! the MY_SRC directory): tam_ext_subr.h90 and tam_ext_var.h90. All of the 
     151      ! subroutines listed below have to be provided in include file 
     152      ! tam_ext_subr.h90 
     153      ! 
     154      !  +---------------------+--------------------+----------+------------------------------------+ 
     155      !  | Subroutine          | called if nn_tam = | argument | position of call                   | 
     156      !  +---------------------+--------------------+----------+------------------------------------+ 
     157      !  | tam_ext_tan_init    |                  1 |          | precedes istate_init_tan call      | 
     158      !  | tam_ext_tan_prestp  |                  1 |     istp | precedes stp_tan         call      | 
     159      !  | tam_ext_tan_poststp |                  1 |     istp | follows  stp_tan         call      | 
     160      !  | tam_ext_tan_final   |                  1 |          | follows  final time step           | 
     161      !  | tam_ext_adj_init    |                  2 |          | precedes first time step           | 
     162      !  | tam_ext_adj_prestp  |                  2 |     istp | precedes stp_adj call              | 
     163      !  | tam_ext_adj_poststp |                  2 |     istp | follows stp_adj call               | 
     164      !  | tam_ext_adj_final   |                  2 |          | follows istate_init_adj call       | 
     165      !  | tam_ext_main        |                  3 |          | n/a                                | 
     166      !  +---------------------+--------------------+----------+------------------------------------+ 
     167      ! 
     168      ! and tam_ext_vars.h90 can be empty or used to declare addtional 
     169      ! TAM-specific variables (declared in module tamctl). 
     170      ! 
     171      IF ( nn_tam == 1 ) THEN      ! TL mode 
     172 
     173         ! Initialize energy weights 
     174         CALL par_esp 
     175 
     176         ! Time-step loop 
     177         CALL tam_tsloop_tan 
     178 
     179         IF (lwp) THEN 
     180            WRITE(numout,*) 
     181            WRITE(numout,*) ' TAM: TL finished' 
     182            WRITE(numout,*) ' ----------------' 
     183            WRITE(numout,*) 
     184         ENDIF 
     185         CALL flush(numout) 
     186 
     187      ELSEIF ( nn_tam == 2 ) THEN  ! ADJ mode 
     188 
     189         ! Initialize energy weights 
     190         CALL par_esp 
     191 
     192         ! Time-step loop 
     193         CALL tam_tsloop_adj 
     194 
     195         IF (lwp) THEN 
     196            WRITE(numout,*) 
     197            WRITE(numout,*) ' TAM: ADJ finished' 
     198            WRITE(numout,*) ' -----------------' 
     199            WRITE(numout,*) 
     200         ENDIF 
     201         CALL flush(numout) 
     202 
     203      ELSEIF ( nn_tam == 3 ) THEN 
     204 
     205         ! Initialize energy weights 
     206         CALL par_esp 
     207 
     208         CALL tam_ext_main 
     209 
     210      ELSE                         ! Test mode 
     211 
     212         CALL tam_tst 
     213 
    145214         IF (lwp) THEN 
    146215            WRITE(numout,*) 
    … …  
    149218            WRITE(numout,*) 
    150219         ENDIF 
    151       CALL flush(numout) 
    152       ELSE 
    153          CALL tam_tst 
     220 
    154221      ENDIF 
    155222      !                            !------------------------! 
    … …  
    170237   END SUBROUTINE nemo_gcm_tam 
    171238 
     239   SUBROUTINE tam_tsloop_tan(ld_input, ld_output) 
     240      !!---------------------------------------------------------------------- 
     241      !!                     *** ROUTINE tam_tsloop_tan *** 
     242      !! 
     243      !! ** Purpose : Default NEMOTAM tangent-linear time-stepping loop 
     244      !! 
     245      !!---------------------------------------------------------------------- 
     246 
     247      LOGICAL, INTENT(in), OPTIONAL            ::   ld_input, ld_output   ! optional arguments (default .TRUE.) 
     248      LOGICAL                                  ::   ll_input, ll_output   !    - ld_input/ll_input:   input  of initial state 
     249                                                                          !    - ld_output/ll_output: output of final state 
     250      INTEGER                                  ::   istp, inum            ! timestep index, file unit 
     251      REAL(KIND=wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   ::   z2d 
     252      REAL(KIND=wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   z3d 
     253 
     254      ! Optional arguments 
     255      ll_input  = .TRUE. ; IF ( PRESENT( ld_input  ) ) ll_input   = ld_input 
     256      ll_output = .TRUE. ; IF ( PRESENT( ld_output ) ) ll_output  = ld_output 
     257 
     258      ! Update trajectory 
     259      istp = nit000 - 1 
     260      CALL trj_rea( istp, 1, .true. ) 
     261 
     262      ! Call various initialisation subroutines 
     263      CALL     oce_tam_init( 1 ) 
     264      CALL sbc_oce_tam_init( 1 ) 
     265      CALL trc_oce_tam_init( 1 )    
     266      CALL sol_oce_tam_init( 1 ) 
     267 
     268      ! Initialise tangent-linear state variables 
     269      un_tl  (:,:,:)        = 0.0_wp 
     270      vn_tl  (:,:,:)        = 0.0_wp 
     271      tsn_tl (:,:,:,jp_tem) = 0.0_wp 
     272      tsn_tl (:,:,:,jp_sal) = 0.0_wp 
     273      sshn_tl(  :,:)        = 0.0_wp 
     274 
     275      ! Load initial tangent-linear state 
     276      IF ( ll_input ) THEN 
     277         CALL wrk_alloc( jpi, jpj,      z2d ) 
     278         CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, z3d ) 
     279         CALL iom_open( 'tan_input.nc', inum, kiolib = jprstlib ) 
     280         CALL iom_get( inum, jpdom_autoglo, 'tn_tl',   z3d ) 
     281         tsn_tl(:,:,:,jp_tem) = z3d 
     282         CALL iom_get( inum, jpdom_autoglo, 'sn_tl',   z3d ) 
     283         tsn_tl(:,:,:,jp_sal) = z3d 
     284         CALL iom_get( inum, jpdom_autoglo, 'un_tl',   z3d ) 
     285         un_tl(:,:,:)         = z3d 
     286         CALL iom_get( inum, jpdom_autoglo, 'vn_tl',   z3d )  
     287         vn_tl(:,:,:)         = z3d 
     288         CALL iom_get( inum, jpdom_autoglo, 'sshn_tl', z2d ) 
     289         sshn_tl(:,:)         = z2d 
     290         CALL iom_close( inum ) 
     291         CALL wrk_dealloc( jpi, jpj,      z2d ) 
     292         CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, z3d ) 
     293      END IF 
     294 
     295      CALL tam_ext_tan_init 
     296 
     297      ! Tangent-linear version of istate 
     298      CALL istate_init_tan 
     299 
     300      ! Call day_tam, as call to day_init commented out in istate_init_tan 
     301      CALL day_tam( nit000, 0 ) 
     302 
     303      ! Time step 
     304      DO istp = nit000, nitend, 1 
     305 
     306         CALL tam_ext_tan_prestp( istp ) 
     307 
     308         CALL stp_tan( istp ) 
     309 
     310         CALL tam_ext_tan_poststp( istp ) 
     311 
     312      END DO 
     313 
     314      CALL tam_ext_tan_final 
     315 
     316      ! Output final tangent-linear state 
     317      IF ( ll_output ) THEN 
     318         CALL iom_open( 'tan_output.nc', inum, ldwrt = .TRUE., kiolib = jprstlib ) 
     319         CALL iom_rstput( istp, istp, inum, 'tn_tl',   tsn_tl(:,:,:,jp_tem) ) 
     320         CALL iom_rstput( istp, istp, inum, 'sn_tl',   tsn_tl(:,:,:,jp_sal) ) 
     321         CALL iom_rstput( istp, istp, inum, 'un_tl',   un_tl                ) 
     322         CALL iom_rstput( istp, istp, inum, 'vn_tl',   vn_tl                ) 
     323         CALL iom_rstput( istp, istp, inum, 'sshn_tl', sshn_tl              ) 
     324         CALL iom_close( inum ) 
     325      END IF 
     326 
     327   END SUBROUTINE tam_tsloop_tan 
     328 
     329   SUBROUTINE tam_tsloop_adj(ld_input, ld_output) 
     330      !!---------------------------------------------------------------------- 
     331      !!                     *** ROUTINE tam_tsloop_adj *** 
     332      !! 
     333      !! ** Purpose : Default NEMOTAM adjoint time-stepping loop 
     334      !! 
     335      !!---------------------------------------------------------------------- 
     336 
     337      LOGICAL, INTENT(in), OPTIONAL            ::   ld_input, ld_output   ! optional arguments (default .TRUE.) 
     338      LOGICAL                                  ::   ll_input, ll_output   !    - ld_input/ll_input:   input  of initial state 
     339                                                                          !    - ld_output/ll_output: output of final state 
     340      INTEGER                                  ::   istp, inum            ! timestep index, file unit 
     341      REAL(KIND=wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   :: z2d 
     342      REAL(KIND=wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) :: z3d 
     343 
     344      ! Optional arguments 
     345      ll_input  = .TRUE. ; IF ( PRESENT( ld_input  ) ) ll_input   = ld_input 
     346      ll_output = .TRUE. ; IF ( PRESENT( ld_output ) ) ll_output  = ld_output 
     347 
     348      ! Update calendar (go to final time step one at a time: calendar 
     349      ! is initialised at nit000, and subroutine 'day_tam' only 
     350      ! increments/decrements one time step each call) 
     351      DO istp = nit000, nitend 
     352         CALL day_tam( istp, 0 ) 
     353      END DO 
     354  
     355      ! Update trajectory 
     356      CALL trj_rea( istp-1, -1, .true. ) 
     357 
     358      ! Call various initialisation subroutines 
     359      CALL oce_tam_init(2) 
     360      CALL sbc_oce_tam_init(2) 
     361      CALL trc_oce_tam_init(2) 
     362      CALL sol_oce_tam_init(2) 
     363 
     364      ! Initialise adjoint state variables 
     365      un_ad(:,:,:)    = 0.0_wp 
     366      vn_ad(:,:,:)    = 0.0_wp 
     367      sshn_ad(:,:)    = 0.0_wp 
     368      tsn_ad(:,:,:,:) = 0.0_wp 
     369      ub_ad(:,:,:)    = 0.0_wp 
     370      vb_ad(:,:,:)    = 0.0_wp 
     371      sshb_ad(:,:)    = 0.0_wp 
     372      tsb_ad(:,:,:,:) = 0.0_wp 
     373 
     374      ! Load initial adjoint state and only permit values in interior domain 
     375      IF ( ll_input ) THEN 
     376         CALL wrk_alloc( jpi, jpj,      z2d ) 
     377         CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, z3d ) 
     378         CALL iom_open( 'adj_input.nc', inum, kiolib = jprstlib ) 
     379         CALL iom_get( inum, jpdom_autoglo, 'tn_ad',   z3d ) 
     380         tsn_ad(:,:,:,jp_tem) = z3d * tmsk_i 
     381         CALL iom_get( inum, jpdom_autoglo, 'sn_ad',   z3d ) 
     382         tsn_ad(:,:,:,jp_sal) = z3d * tmsk_i 
     383         CALL iom_get( inum, jpdom_autoglo, 'un_ad',   z3d ) 
     384         un_ad(:,:,:)         = z3d * umsk_i 
     385         CALL iom_get( inum, jpdom_autoglo, 'vn_ad',   z3d )  
     386         vn_ad(:,:,:)         = z3d * vmsk_i 
     387         CALL iom_get( inum, jpdom_autoglo, 'sshn_ad', z2d ) 
     388         sshn_ad(:,:)         = z2d * tmsk_i(:,:,1) 
     389         CALL iom_close( inum ) 
     390         CALL wrk_dealloc( jpi, jpj,      z2d ) 
     391         CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, z3d ) 
     392      END IF 
     393 
     394      CALL tam_ext_adj_init 
     395 
     396      ! Adjoint time steps (backwards in time) 
     397      DO istp = nitend, nit000, -1 
     398 
     399         CALL tam_ext_adj_prestp( istp ) 
     400 
     401         ! Carry out adjoint time step 
     402         CALL stp_adj( istp ) 
     403             
     404         CALL tam_ext_adj_poststp( istp ) 
     405 
     406      END DO 
     407 
     408      ! Adjoint version of istate 
     409      CALL istate_init_adj 
     410 
     411      ! Output final adjoint state 
     412      IF ( ll_output ) THEN 
     413         CALL iom_open( 'adj_output.nc', inum, ldwrt = .TRUE., kiolib = jprstlib ) 
     414         CALL iom_rstput( istp, istp, inum, 'tn_ad',   tsn_ad(:,:,:,jp_tem) ) 
     415         CALL iom_rstput( istp, istp, inum, 'sn_ad',   tsn_ad(:,:,:,jp_sal) ) 
     416         CALL iom_rstput( istp, istp, inum, 'un_ad',   un_ad                ) 
     417         CALL iom_rstput( istp, istp, inum, 'vn_ad',   vn_ad                ) 
     418         CALL iom_rstput( istp, istp, inum, 'sshn_ad', sshn_ad              ) 
     419         CALL iom_close( inum ) 
     420      END IF 
     421 
     422      CALL tam_ext_adj_final 
     423 
     424   END SUBROUTINE tam_tsloop_adj 
     425 
     426#if defined key_tam_ext 
     427#include "tam_ext_subr.h90" 
     428#else 
     429   SUBROUTINE tam_ext_tan_init 
     430   END SUBROUTINE tam_ext_tan_init 
     431   SUBROUTINE tam_ext_tan_prestp( kstp ) 
     432      INTEGER :: kstp 
     433   END SUBROUTINE tam_ext_tan_prestp 
     434   SUBROUTINE tam_ext_tan_poststp( kstp ) 
     435      INTEGER :: kstp 
     436   END SUBROUTINE tam_ext_tan_poststp 
     437   SUBROUTINE tam_ext_tan_final 
     438   END SUBROUTINE tam_ext_tan_final 
     439   SUBROUTINE tam_ext_adj_init 
     440   END SUBROUTINE tam_ext_adj_init 
     441   SUBROUTINE tam_ext_adj_prestp( kstp ) 
     442      INTEGER :: kstp 
     443   END SUBROUTINE tam_ext_adj_prestp 
     444   SUBROUTINE tam_ext_adj_poststp( kstp ) 
     445      INTEGER :: kstp 
     446   END SUBROUTINE tam_ext_adj_poststp 
     447   SUBROUTINE tam_ext_adj_final 
     448   END SUBROUTINE tam_ext_adj_final 
     449   SUBROUTINE tam_ext_main 
     450   END SUBROUTINE tam_ext_main 
     451#endif 
    172452 
    173453   SUBROUTINE nemo_init_tam 
    … …  
    184464         &             nn_isplt, nn_jsplt, nn_jctls, nn_jctle,   & 
    185465         &             nn_bench, nn_timing 
    186       !!---------------------------------------------------------------------- 
     466      NAMELIST/namtam/ nn_tam 
     467      !!---------------------------------------------------------------------- 
     468      ! 
     469      ! Read 'namtam' namelist 
     470      nn_tam = 1                  ! Default mode (tangent-linear) 
     471      REWIND( numnam ) 
     472      READ  ( numnam, namtam ) 
     473      IF (lwp) THEN 
     474         WRITE(numout,*) 
     475         WRITE(numout,*) 'tam : NEMOTAM mode' 
     476         WRITE(numout,*) '~~~' 
     477         WRITE(numout,*) '   Namelist namtam' 
     478         WRITE(numout,*) '      tam mode (0 - TEST, 1 - TL (default), 2 - ADJ, 3 - external)  nn_tam = ', nn_tam 
     479      END IF 
    187480      ! 
    188481      IF( ln_rnf        )   CALL sbc_rnf_init 
    … …  
    216509                            CALL sbc_rnf_init_tam 
    217510 
    218       CALL tam_tst_init 
    219       CALL tl_trj_ini 
     511      IF( nn_tam == 0 )     CALL tam_tst_init 
     512                            CALL tl_trj_ini 
    220513   END SUBROUTINE nemo_init_tam 
    221514 

  • NEMO/branches/NERC/dev_release-3.4_NEMOTAM_consolidated/NEMOGCM/NEMO/OPATAM_SRC/tamctl.F90

    r3611 r15454  
    2323 
    2424   !! * Module variables 
    25  
     25   INTEGER   :: nn_tam     ! TAM mode 
     26                           !          1 : Tangent-linear model time stepping 
     27                           !          2 : Adjoint model time stepping 
     28                           !          3 : External code 
     29                           !   <1 or >3 : NEMOTAM tests 
     30#if defined key_tam_ext 
     31#include "tam_ext_var.h90" 
     32#endif 
    2633 
    2734   !! namtst:  assimilation test parameters 
Note: See TracChangeset for help on using the changeset viewer.