source: codes/icosagcm/devel/src/diagnostics/check_conserve.f90 @ 879

Last change on this file since 879 was 868, checked in by dubos, 5 years ago

devel : temporary deactivation of some features for unstructured mesh driver
File size: 16.0 KB
Line 
1MODULE check_conserve_mod
2  USE icosa 
3  IMPLICIT NONE
4
5  PRIVATE
6 
7  INTEGER, PARAMETER, PUBLIC :: check_basic=1, check_detailed=2, &
8       AAM_dissip=1, AAM_dyn=2, AAM_phys=3
9  INTEGER, SAVE :: check_type
10
11  TYPE(t_field),POINTER,SAVE :: f_pk(:), f_pks(:), f_p(:)
12  TYPE(t_field),POINTER,SAVE :: f_vort(:)
13  TYPE(t_field),POINTER,SAVE :: f_rhodz(:) 
14 
15  REAL(rstd),SAVE :: AAM_mass, AAM_mass_old, AAM_vel, AAM_vel_old, &
16       AAM_velp, AAM_velp_old, AAM_velm, AAM_velm_old, &
17       AAM_mass_source(3), AAM_vel_source(3) ! read/written only IF is_master
18  REAL(rstd),SAVE :: AAM_vel_plus_source(3), AAM_vel_minus_source(3)
19  REAL(rstd),SAVE :: mtot0,ztot0,etot0,angtot0,stot0,rmsvtot0
20  !$OMP THREADPRIVATE(check_type, mtot0,ztot0,etot0,angtot0,stot0,rmsvtot0)
21 
22  PUBLIC :: init_check_conserve, check_conserve_detailed, check_conserve
23CONTAINS 
24
25!---------------------------------------------------------------------
26
27  SUBROUTINE init_check_conserve
28    USE getin_mod
29    USE omp_para, ONLY : is_master
30    CHARACTER(LEN=255) :: check_type_str
31    CALL allocate_field(f_pk,field_t,type_real,llm)
32    CALL allocate_field(f_p,field_t,type_real,llm+1)
33    CALL allocate_field(f_pks,field_t,type_real)
34    CALL allocate_field(f_rhodz,field_t,type_real,llm)
35    CALL allocate_field(f_vort,field_z,type_real,llm)
36   
37    check_type_str='basic'
38    CALL getin("check_conservation",check_type_str)
39    SELECT CASE(TRIM(check_type_str))
40    CASE('basic')
41       check_type=check_basic
42    CASE('detailed')
43       check_type=check_detailed
44    CASE DEFAULT
45       IF(is_master) PRINT*,'Bad selector <', TRIM(check_type_str), &
46            '> for variable check_conservation : options are <basic>, <detailed>'
47       STOP
48    END SELECT
49  END SUBROUTINE init_check_conserve
50
51!--------------------------------- Basic check --------------------------------
52
53  SUBROUTINE check_conserve(f_ps,f_dps,f_ue,f_theta_rhodz,f_phis,it) 
54  USE pression_mod
55  USE vorticity_mod
56  USE caldyn_gcm_mod
57  USE exner_mod 
58  USE omp_para, ONLY : is_master
59  USE grid_param
60    TYPE(t_field),POINTER :: f_ps(:)
61    TYPE(t_field),POINTER :: f_dps(:)
62    TYPE(t_field),POINTER :: f_ue(:)
63    TYPE(t_field),POINTER :: f_theta_rhodz(:)
64    TYPE(t_field),POINTER :: f_phis(:)
65    INTEGER, INTENT(IN) :: it
66
67    REAL(rstd),POINTER :: p(:,:),rhodz(:,:) 
68    INTEGER :: ind
69    REAL(rstd) :: mtot, angtot, rmsdpdt
70    REAL(rstd) :: etot, stot, ang_mass, ang_vel, ang_velp, ang_velm, rmsvtot, ztot
71
72    IF(grid_type == grid_unst) RETURN ! FIXME
73
74    CALL transfert_request(f_ue,req_e1_vect)
75    CALL pression(f_ps,f_p)
76
77    DO ind=1,ndomain 
78      IF (.NOT. assigned_domain(ind)) CYCLE
79      CALL swap_dimensions(ind)
80      CALL swap_geometry(ind)
81      p=f_p(ind) 
82      rhodz=f_rhodz(ind)
83      CALL compute_rhodz(p,rhodz) 
84    END DO
85
86    CALL vorticity(f_ue,f_vort)
87    CALL check_mass_conserve(f_ps,f_dps,mtot,rmsdpdt)
88    CALL check_PV(ztot) 
89    CALL exner(f_ps,f_p,f_pks,f_pk)
90    CALL check_energy(f_ue,f_theta_rhodz,f_phis, etot, stot, ang_mass, ang_vel, ang_velp, ang_velm, rmsvtot) 
91
92    IF (is_master) THEN ! is_master = is_omp_master && is_mpi_master
93       ! AAM_mass and AAM_vel must be read/written only IF is_master
94       AAM_mass = ang_mass
95       AAM_vel = ang_vel
96       AAM_velp = ang_velp
97       AAM_velm = ang_velm
98       angtot  = ang_mass + ang_vel
99       IF ( it == itau0  ) THEN
100          ztot0 = ztot
101          mtot0 = mtot
102          etot0 = etot 
103          angtot0  = angtot
104          stot0 = stot 
105          AAM_mass_old=AAM_mass
106          AAM_vel_old=AAM_vel
107          AAM_velp_old=AAM_velp
108          AAM_velm_old=AAM_velm
109          AAM_mass_source=0.
110          AAM_vel_source=0.
111          AAM_vel_plus_source=0.
112          AAM_vel_minus_source=0.
113       END IF
114       rmsvtot=SQRT(rmsvtot/mtot) 
115       ztot=ztot/ztot0-1. ; mtot=mtot/mtot0-1. 
116       etot=etot/etot0-1. ; angtot=angtot/angtot0-1. ; stot=stot/stot0-1. 
117       rmsdpdt= daysec*1.e-2*sqrt(rmsdpdt/ncell_glo) 
118       
119       OPEN(134,file="checkconsicosa.txt",position='append')
120       WRITE(134,4000)mtot,rmsdpdt,etot,ztot,stot,rmsvtot,angtot
121       WRITE(134,*)mtot,rmsdpdt,etot,ztot,stot,rmsvtot,angtot 
122       WRITE(134,*)"=================================================="
123       WRITE(*,4000)mtot,rmsdpdt,etot,ztot,stot,rmsvtot,angtot
124       
1254000   FORMAT(10x,'masse',5x,'rmsdpdt',5x,'energie',5x,'enstrophie'  &
126            ,5x,'entropie',5x,'rmsv',5x,'mt.ang',/,'GLOB  '          &
127            ,e10.3,e13.6,5e13.3/)     
128       CLOSE(134)
129
130       IF(check_type == check_detailed) THEN
131          !ang_mass = AAM_mass-AAM_mass_old
132          !WRITE(*,'(A,3E12.4)') 'AAM_mass sanity check', SUM(AAM_mass_source), ang_mass, SUM(AAM_mass_source)-ang_mass
133          !ang_vel = AAM_vel-AAM_vel_old
134          !WRITE(*,'(A,3E12.4)') 'AAM_vel  sanity check', SUM(AAM_vel_source), ang_vel, SUM(AAM_vel_source)-ang_vel
135          WRITE(*,'(A,6E12.4)') 'AAM_mass : time,old,new,dissip,dyn,phys', dt*it, AAM_mass_old, AAM_mass, &
136               AAM_mass_source(AAM_dissip), AAM_mass_source(AAM_dyn), AAM_mass_source(AAM_phys)
137          WRITE(*,'(A,6E12.4)') 'AAM_vel  : time,old,new,dissip,dyn,phys', dt*it, AAM_vel_old, AAM_vel, &
138               AAM_vel_source(AAM_dissip), AAM_vel_source(AAM_dyn), AAM_vel_source(AAM_phys)
139          WRITE(*,'(A,6E12.4)') 'AAM_vel+ : time,old,new,dissip,dyn,phys', dt*it, AAM_velp_old, AAM_velp, &
140               AAM_vel_plus_source(AAM_dissip), AAM_vel_plus_source(AAM_dyn), AAM_vel_plus_source(AAM_phys)
141          WRITE(*,'(A,6E12.4)') 'AAM_vel- : time,old,new,dissip,dyn,phys', dt*it, AAM_velm_old, AAM_velm, &
142               AAM_vel_minus_source(AAM_dissip), AAM_vel_minus_source(AAM_dyn), AAM_vel_minus_source(AAM_phys)
143          WRITE(*,'(A,6E12.4)') 'AAM_dyn budget mass + vel:', AAM_mass_source(AAM_dyn) + AAM_vel_source(AAM_dyn)
144          AAM_mass_old=AAM_mass
145          AAM_vel_old=AAM_vel
146          AAM_velp_old=AAM_velp
147          AAM_velm_old=AAM_velm
148          AAM_mass_source=0.
149          AAM_vel_source=0.
150          AAM_vel_minus_source=0.
151          AAM_vel_plus_source=0.
152       END IF
153    END IF
154
155  END SUBROUTINE check_conserve
156
157!------------------------ Detailed check (Lauritzen et al., 2014) -----------------------------
158
159  SUBROUTINE check_conserve_detailed(it,tag, f_ps,f_dps,f_ue,f_theta_rhodz,f_phis) 
160    USE pression_mod
161    USE vorticity_mod
162    USE caldyn_gcm_mod
163    USE exner_mod 
164!    USE mpipara, ONLY : is_mpi_root, comm_icosa
165    USE omp_para, ONLY : is_master
166    INTEGER, INTENT(IN) :: tag
167    TYPE(t_field),POINTER :: f_ps(:)
168    TYPE(t_field),POINTER :: f_dps(:)
169    TYPE(t_field),POINTER :: f_ue(:)
170    TYPE(t_field),POINTER :: f_theta_rhodz(:)
171    TYPE(t_field),POINTER :: f_phis(:)
172    INTEGER, INTENT(IN) ::it
173
174    REAL(rstd),POINTER :: p(:,:),rhodz(:,:) 
175    INTEGER::ind
176    REAL(rstd) :: mtot, ztot, rmsdpdt, etot,stot,rmsv, ang_mass, ang_vel, ang_velp, ang_velm
177   
178    IF(check_type == check_detailed) THEN
179
180       CALL transfert_request(f_ue,req_e1_vect)
181       CALL pression(f_ps,f_p)
182       DO ind=1,ndomain 
183          IF (.NOT. assigned_domain(ind)) CYCLE
184          CALL swap_dimensions(ind)
185          CALL swap_geometry(ind)
186          p=f_p(ind) 
187          rhodz=f_rhodz(ind)
188          CALL compute_rhodz(p,rhodz) 
189       END DO
190       CALL exner(f_ps,f_p,f_pks,f_pk)
191       CALL check_energy(f_ue,f_theta_rhodz,f_phis, etot, stot, ang_mass, ang_vel, ang_velp, ang_velm, rmsv) 
192       
193       IF (is_master) THEN
194          ! XXX=mass,vel
195          ! AAM_XXX = value of total AAM_XXX at last check
196          ! ang_XXX = value of total AAM_XXX now
197          ! AAM_XXX_source(tag) = source of AAA_XXX due to tag=dissip,dyn,phys
198          !WRITE(*,'(A,3E12.2)') 'AAM_mass', tag, ang_mass, AAM_mass, ang_mass-AAM_mass ! FIXME
199          !WRITE(*,'(A,3E12.2)') 'AAM_vel ', tag, ang_vel, AAM_vel, ang_vel-AAM_vel ! FIXME
200          AAM_mass_source(tag) = AAM_mass_source(tag) + ang_mass - AAM_mass
201          AAM_vel_source(tag) = AAM_vel_source(tag) + ang_vel - AAM_vel
202          AAM_vel_plus_source(tag) = AAM_vel_plus_source(tag) + ang_velp - AAM_velp
203          AAM_vel_minus_source(tag) = AAM_vel_minus_source(tag) + ang_velm - AAM_velm
204          !if ((ang_vel - AAM_vel) .gt. 0.) then
205          !  AAM_vel_plus_source(tag) = AAM_vel_plus_source(tag) + ang_vel - AAM_vel
206          !else
207          !  AAM_vel_minus_source(tag) = AAM_vel_minus_source(tag) + ang_vel - AAM_vel
208          !endif
209          AAM_mass = ang_mass
210          AAM_vel = ang_vel
211          AAM_velp = ang_velp
212          AAM_velm = ang_velm
213       END IF
214    END IF
215  END SUBROUTINE check_conserve_detailed
216 
217!---------------------------------------------------------------------
218
219  SUBROUTINE global_sum(loc_sum, glob_sum)
220    USE mpi_mod
221    USE mpipara
222    USE transfert_omp_mod
223    REAL(rstd), INTENT(IN) :: loc_sum
224    REAL(rstd), INTENT(OUT) :: glob_sum
225    REAL(rstd) :: sum
226
227    CALL reduce_sum_omp(loc_sum, sum)
228    IF (using_mpi) THEN
229!$OMP MASTER   
230      CALL MPI_REDUCE(sum, glob_sum, 1, MPI_REAL8, MPI_SUM, 0, comm_icosa, ierr)
231!$OMP END MASTER
232    ELSE
233      glob_sum=loc_sum
234    ENDIF
235  END SUBROUTINE global_sum
236
237  SUBROUTINE check_mass_conserve(f_ps,f_dps,mtot,rmsdpdt)
238  USE mpi_mod
239  USE mpipara
240  USE transfert_omp_mod
241  USE omp_para
242  IMPLICIT NONE
243    TYPE(t_field),POINTER :: f_ps(:)
244    TYPE(t_field),POINTER :: f_dps(:)
245    REAL(rstd),POINTER :: ps(:),dps(:) 
246    REAL(rstd), INTENT(OUT) :: mtot, rmsdpdt
247
248    INTEGER :: ind,i,j,ij 
249    REAL :: mloc, rmsloc
250    REAL :: mloc_mpi, rmsloc_mpi
251
252    mloc=0.0; rmsloc=0.0
253    DO ind=1,ndomain
254      IF (.NOT. assigned_domain(ind) .OR. .NOT. is_omp_level_master) CYCLE
255      CALL swap_dimensions(ind)
256      CALL swap_geometry(ind)
257      dps=f_dps(ind) 
258      ps=f_ps(ind)
259      DO j=jj_begin,jj_end
260        DO i=ii_begin,ii_end
261          ij=(j-1)*iim+i
262          IF (domain(ind)%own(i,j)) THEN
263             mloc=mloc+ps(ij)*Ai(ij)
264             rmsloc=rmsloc+dps(ij)*dps(ij)
265          ENDIF
266        ENDDO
267      ENDDO
268    ENDDO
269   
270    CALL global_sum(mloc, mtot)
271    CALL global_sum(rmsloc, rmsdpdt)
272  END SUBROUTINE check_mass_conserve
273
274!---------------------------------------------------------------------
275
276  SUBROUTINE check_energy(f_ue,f_theta_rhodz,f_phis, etot, &
277                      stot, AAM_mass_tot, AAM_vel_tot, AAM_velp_tot, AAM_velm_tot, rmsvtot) 
278  USE pression_mod
279  USE vorticity_mod
280    TYPE(t_field), POINTER :: f_ue(:)
281    TYPE(t_field), POINTER :: f_theta_rhodz(:)
282    TYPE(t_field), POINTER :: f_phis(:)
283    REAL(rstd),INTENT(OUT) :: etot, stot, AAM_mass_tot, AAM_vel_tot, AAM_velp_tot, AAM_velm_tot, rmsvtot
284    REAL(rstd), POINTER :: ue(:,:)
285    REAL(rstd), POINTER :: p(:,:) 
286    REAL(rstd), POINTER :: theta_rhodz(:,:,:) 
287    REAL(rstd), POINTER :: pk(:,:) 
288    REAL(rstd), POINTER :: phis(:) 
289    REAL(rstd), POINTER :: rhodz(:,:) 
290    REAL(rstd) :: e, s, AAM_mass, AAM_vel, AAM_velp, AAM_velm, rmsv
291    INTEGER :: ind
292
293    e = 0 ; s = 0 ; AAM_mass = 0 ; AAM_vel=0 ; rmsv = 0
294    AAM_velp = 0 ; AAM_velm = 0
295
296    DO ind=1,ndomain 
297      IF (.NOT. assigned_domain(ind)) CYCLE
298      CALL swap_dimensions(ind)
299      CALL swap_geometry(ind)
300      ue=f_ue(ind) 
301      p=f_p(ind)
302      rhodz=f_rhodz(ind) 
303      theta_rhodz=f_theta_rhodz(ind) 
304      pk=f_pk(ind) 
305      phis=f_phis(ind) 
306      CALL compute_energy(ind,ue,p,rhodz,theta_rhodz(:,:,1),pk,phis, &
307           e, s, AAM_mass, AAM_vel, AAM_velp, AAM_velm, rmsv)
308    END DO
309
310    CALL global_sum(e, etot)
311    CALL global_sum(s, stot)
312    CALL global_sum(rmsv, rmsvtot)
313    CALL global_sum(AAM_mass, AAM_mass_tot)
314    CALL global_sum(AAM_vel, AAM_vel_tot)
315    CALL global_sum(AAM_velp, AAM_velp_tot)
316    CALL global_sum(AAM_velm, AAM_velm_tot)
317  END SUBROUTINE check_energy
318
319  SUBROUTINE compute_energy(ind,u,p,rhodz,theta_rhodz,pk,phis, e, s, AAM_mass, AAM_vel, AAM_velp, AAM_velm, rmsv)
320    USE disvert_mod
321    USE wind_mod
322    USE omp_para
323    INTEGER,INTENT(IN)::ind 
324    REAL(rstd),INTENT(IN) :: u(3*iim*jjm,llm)
325    REAL(rstd),INTENT(IN) :: p(iim*jjm,llm+1)
326    REAL(rstd),INTENT(IN) :: rhodz(iim*jjm,llm)
327    REAL(rstd),INTENT(IN) :: theta_rhodz(iim*jjm,llm)
328    REAL(rstd),INTENT(IN) :: pk(iim*jjm,llm)
329    REAL(rstd),INTENT(IN) :: phis(iim*jjm)
330    REAL(rstd),INTENT(INOUT) :: e, s, AAM_mass, AAM_vel, AAM_velp, AAM_velm, rmsv
331   
332    REAL(rstd) :: ucenter(iim*jjm,llm,3)
333    REAL(rstd) :: ulon(iim*jjm,llm)
334    REAL(rstd) :: ulat(iim*jjm,llm)
335   
336    REAL(rstd) :: mass_ij, theta_ij, KE_ij, rad,radomeg,lat
337    INTEGER :: i,j,ij,l
338   
339    CALL compute_wind_centered(u,ucenter)
340    CALL compute_wind_centered_lonlat_compound(ucenter,ulon,ulat)
341    rad = radius 
342    radomeg = rad*omega
343   
344    DO l = ll_begin,ll_end
345       DO j=jj_begin,jj_end
346          DO i=ii_begin,ii_end
347             ij=(j-1)*iim+i
348             IF (domain(ind)%own(i,j)) THEN
349                lat = lat_i(ij) 
350                mass_ij = rhodz(ij,l)*Ai(ij) 
351                theta_ij = theta_rhodz(ij,l)/rhodz(ij,l)
352                KE_ij = 1/(4*Ai(ij))*(le(ij+u_right)*de(ij+u_right)*u(ij+u_right,l)**2 +   &
353                     le(ij+u_rup)*de(ij+u_rup)*u(ij+u_rup,l)**2 +           &
354                     le(ij+u_lup)*de(ij+u_lup)*u(ij+u_lup,l)**2 +           &
355                     le(ij+u_left)*de(ij+u_left)*u(ij+u_left,l)**2 +        &
356                     le(ij+u_ldown)*de(ij+u_ldown)*u(ij+u_ldown,l)**2 +     &
357                     le(ij+u_rdown)*de(ij+u_rdown)*u(ij+u_rdown,l)**2 ) 
358                rmsv = rmsv + 2*mass_ij*KE_ij
359                s    = s + Ai(ij)*theta_rhodz(ij,l)
360                e    = e + mass_ij*(phis(ij)+theta_ij*pk(ij,l)+KE_ij)
361                AAM_mass = AAM_mass + rad*cos(lat)*mass_ij*radomeg*cos(lat)
362                AAM_vel  = AAM_vel  + rad*cos(lat)*mass_ij*ulon(ij,l)
363                if (ulon(ij,l) > 0.) then
364                  AAM_velp  = AAM_velp  + rad*cos(lat)*mass_ij*ulon(ij,l)
365                else
366                  AAM_velm  = AAM_velm  + rad*cos(lat)*mass_ij*ulon(ij,l)
367                endif
368             END IF
369          END DO
370       END DO
371    END DO
372   
373  END SUBROUTINE compute_energy
374
375!---------------------------------------------------------------------
376 
377  SUBROUTINE check_PV(ztot)
378    REAL(rstd),INTENT(OUT) :: ztot
379    REAL(rstd), POINTER :: vort(:,:)
380    REAL(rstd), POINTER :: rhodz(:,:) 
381    INTEGER :: ind
382    REAL(rstd) :: z,z_mpi
383   
384    z=0
385    DO ind=1,ndomain 
386       IF (.NOT. assigned_domain(ind)) CYCLE
387       CALL swap_dimensions(ind)
388       CALL swap_geometry(ind)
389       vort=f_vort(ind)
390       rhodz=f_rhodz(ind) 
391       CALL compute_PV(vort,rhodz,z) 
392    ENDDO
393    CALL global_sum(z, ztot)
394  END SUBROUTINE check_PV 
395
396  SUBROUTINE compute_PV(vort,rhodz,z) 
397  USE disvert_mod
398  USE omp_para
399    REAL(rstd),INTENT(IN) :: vort(2*iim*jjm,llm)
400    REAL(rstd),INTENT(IN) :: rhodz(iim*jjm,llm) 
401    REAL(rstd),INTENT(INOUT) :: z
402    REAL(rstd)::qv1,qv2 
403    REAL(rstd)::hv1,hv2 
404    INTEGER :: i,j,ij,l,ij2
405
406    hv1 = 0.0 ; hv2 = 0.0 
407   
408    DO l = ll_begin,ll_end
409      DO j=jj_begin+1,jj_end-1
410        DO i=ii_begin+1,ii_end-1
411          ij=(j-1)*iim+i
412          hv1 =  Riv2(ij,vup)        * rhodz(ij,l)           &
413            + Riv2(ij+t_rup,vldown) * rhodz(ij+t_rup,l)     &
414            + Riv2(ij+t_lup,vrdown) * rhodz(ij+t_lup,l)
415   
416          qv1 = ( vort(ij+z_up,l)+fv(ij+z_up) )/hv1
417         
418          hv2  =  Riv2(ij,vdown)     * rhodz(ij,l)          &
419            + Riv2(ij+t_ldown,vrup) * rhodz(ij+t_ldown,l)  &
420            + Riv2(ij+t_rdown,vlup) * rhodz(ij+t_rdown,l)
421                     
422          qv2 =( vort(ij+z_down,l)+fv(ij+z_down) )/hv2
423
424          z = z + (qv1*qv1*hv1 + qv2*qv2*hv2) 
425
426        ENDDO
427      ENDDO
428     
429    ENDDO
430
431  END SUBROUTINE compute_PV
432!---------------------------------------------------------------------
433
434   SUBROUTINE compute_rhodz(p,rhodz) 
435     REAL(rstd),INTENT(IN) :: p(iim*jjm,llm+1)
436     REAL(rstd),INTENT(OUT):: rhodz(iim*jjm,llm)
437     REAL(rstd) ::mass(iim*jjm,llm)
438     INTEGER :: i,j,ij,l 
439       
440     DO l = 1, llm
441      DO j=jj_begin,jj_end
442       DO i=ii_begin,ii_end
443         ij=(j-1)*iim+i
444         mass(ij,l) = ( p(ij,l) - p(ij,l+1) ) * Ai(ij)/g
445         rhodz(ij,l) = mass(ij,l) / Ai(ij)
446       ENDDO
447      ENDDO
448     ENDDO
449
450   END SUBROUTINE compute_rhodz
451!====================================================================
452
453
454 END MODULE check_conserve_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.