source: codes/icosagcm/devel/src/unstructured/timestep_unstructured.F90 @ 683

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Line 
1MODULE timestep_unstructured_mod
2  USE ISO_C_BINDING
3  USE OMP_LIB
4#ifdef CPP_USING_XIOS
5  USE xios
6#endif
7  USE caldyn_unstructured_mod
8  USE transfer_unstructured_mod
9  IMPLICIT NONE
10  PRIVATE
11  SAVE
12
13#define BINDC_(thename) BIND(C, name=#thename)
14#define BINDC(thename) BINDC_(dynamico_ ## thename)
15
16#define DBL REAL(C_DOUBLE)
17#define DOUBLE1(m) DBL, DIMENSION(m)
18#define DOUBLE2(m,n) DBL, DIMENSION(m,n)
19#define DOUBLE3(m,n,p) DBL, DIMENSION(m,n,p)
20#define DOUBLE4(m,n,p,q) DBL, DIMENSION(m,n,p,q)
21#define INDEX INTEGER(C_INT)
22
23#ifdef CPP_USING_XIOS
24  TYPE(xios_context) :: ctx_hdl
25#endif
26
27CONTAINS
28
29#define FIELD_PS      DOUBLE1(primal_num)
30#define FIELD_MASS    DOUBLE2(llm, primal_num)
31#define FIELD_Z       DOUBLE2(llm, dual_num)
32#define FIELD_U       DOUBLE2(llm, edge_num)
33#define FIELD_UL      DOUBLE2(llm+1, edge_num)
34#define FIELD_THETA   DOUBLE3(llm, primal_num, nqdyn)
35#define FIELD_GEOPOT  DOUBLE2(llm+1, primal_num)
36
37#define HASNAN(field) (ANY(.NOT.ABS(field)<1e20))
38
39  SUBROUTINE caldyn_unstructured(tau, mass_col,rhodz,theta_rhodz,u,geopot,w, & ! IN : flow state
40                                 theta,ps,pk,hflux,qv, &    ! OUT : diags (except surface geopot : IN)
41                                 dmass_col,drhodz,dtheta_rhodz,du_fast,du_slow, &
42                                 dPhi_fast, dPhi_slow, dW_fast, dW_slow) BINDC(caldyn_unstructured) ! OUT : tendencies
43    DBL, VALUE :: tau
44    FIELD_MASS   :: rhodz, drhodz, pk, berni          ! IN, OUT, DIAG
45    FIELD_THETA  :: theta_rhodz, dtheta_rhodz, theta  ! IN, OUT, DIAG
46    FIELD_GEOPOT :: wflux, w, geopot, &               ! DIAG, INOUT
47         dPhi_fast, dPhi_slow, dW_fast, dW_slow       ! OUT
48    FIELD_U      :: u,du_fast,du_slow,hflux,qu        ! INOUT,OUT,OUT,DIAG
49    FIELD_Z      :: qv                                ! DIAG
50    FIELD_PS     :: ps,dmass_col,mass_col             ! OUT,OUT,IN (if eta_mass) or OUT,UNUSED,UNUSED (if eta_lag)
51    ! buffers for fields that need to be shared among OpenMP threads
52    ! vertical size is allocated as llm+1 even if only llm is needed
53    FIELD_GEOPOT :: bufm1, bufm2, bufm3
54    FIELD_UL     :: bufu1, bufu2, bufu3,bufu4
55
56    DBL          :: time1,time2
57    INTEGER :: ij
58   
59    !  CALL CPU_TIME(time1)
60    time1=OMP_GET_WTIME()
61   
62    IF(hydrostatic) THEN
63       
64       !$OMP PARALLEL NUM_THREADS(nb_threads)
65       !$OMP DO SCHEDULE(STATIC)
66       DO ij=1,edge_num
67          du_fast(:,ij)=0.
68          du_slow(:,ij)=0.
69       END DO
70       !$OMP END DO
71       CALL compute_theta(mass_col,rhodz,theta_rhodz, theta)
72       CALL compute_geopot(rhodz,theta, ps,pk,geopot)
73       
74       CALL compute_caldyn_fast(tau, pk,berni,theta,geopot, du_fast,u)
75       
76       CALL compute_pvort_only(rhodz,u,qv,qu)
77       CALL compute_caldyn_slow_hydro(rhodz,theta,u, berni,hflux,du_slow)
78       CALL compute_coriolis(hflux,theta,qu, bufu1, drhodz,dtheta_rhodz,du_slow)
79       IF(caldyn_eta == eta_mass) THEN
80          CALL caldyn_vert(drhodz,rhodz,theta,u, dmass_col,wflux,dtheta_rhodz,du_slow,bufu1)
81       END IF
82       !$OMP END PARALLEL
83       
84    ELSE ! NH
85       DO ij=1,edge_num
86          du_fast(:,ij)=0.
87          du_slow(:,ij)=0.
88       END DO
89       DO ij=1,primal_num
90          wflux(1,ij)=0.
91          wflux(llm+1,ij)=0.
92       END DO
93       CALL compute_theta(mass_col,rhodz,theta_rhodz, theta)
94       CALL compute_caldyn_solver(tau,rhodz,theta, bufm1,bufm2,bufm3, pk,geopot,W,dPhi_fast,dW_fast,du_fast)
95       CALL compute_caldyn_fast(tau, pk,berni,theta,geopot, du_fast,u)
96       CALL compute_pvort_only(rhodz,u,qv,qu)
97       CALL compute_caldyn_slow_NH(u,rhodz,geopot,W, bufm1,bufm2,bufm3,bufu1,bufu2,bufu3,bufu4, hflux,du_slow,dPhi_slow,dW_slow) 
98       CALL compute_coriolis(hflux,theta,qu, bufu1, drhodz,dtheta_rhodz,du_slow)
99       IF(caldyn_eta == eta_mass) THEN
100          CALL caldyn_vert(drhodz,rhodz,theta,u, dmass_col,wflux,dtheta_rhodz,du_slow,bufu1)
101          CALL compute_caldyn_vert_NH(rhodz,geopot,W,wflux, bufm1,bufm2,bufm3, du_slow,dPhi_slow,dW_slow)
102       END IF
103    END IF
104   
105    time2=OMP_GET_WTIME()
106    !  CALL CPU_TIME(time2)
107    IF(time2>time1) elapsed = elapsed + time2-time1
108
109    CALL print_trace()
110  END SUBROUTINE caldyn_unstructured
111  !
112  !----------------------------- Time stepping -------------------------------
113 
114  !
115  SUBROUTINE ARK_step(nstep, mass_col,rhodz,theta_rhodz,u,geopot,w, & ! INOUT : flow state
116       theta,ps,pk,hflux,qv, &    ! OUT : diags (except surface geopot : IN)
117       dmass_col,drhodz,dtheta_rhodz,du_fast,du_slow, &
118       dPhi_fast, dPhi_slow, dW_fast, dW_slow) BINDC(ARK_step) ! OUT : tendencies
119    INTEGER, VALUE :: nstep ! advance by nstep time steps
120    FIELD_PS     :: mass_col, ps                     ! OUT,IN (if eta_mass) or OUT,UNUSED (if eta_lag)
121    FIELD_MASS   :: rhodz, pk, berni                 ! IN, DIAG
122    FIELD_THETA  :: theta_rhodz, theta               ! IN, DIAG
123    FIELD_U      :: u,hflux,qu                       ! INOUT,DIAG*2
124    FIELD_GEOPOT :: geopot, w, wflux                 ! IN, INOUT, DIAG
125    FIELD_Z      :: qv                               ! DIAG
126    DOUBLE2(       primal_num, max_nb_stage) :: dmass_col    ! OUT
127    DOUBLE3(llm,   primal_num, max_nb_stage) :: drhodz   ! OUT
128    DOUBLE4(llm,   primal_num, nqdyn, max_nb_stage) :: dtheta_rhodz ! OUT
129    DOUBLE3(llm,   edge_num,   max_nb_stage) :: du_fast,du_slow ! OUT
130    DOUBLE3(llm+1, primal_num, max_nb_stage) :: &
131         dPhi_fast, dPhi_slow, dW_fast, dW_slow      ! OUT
132    ! buffers for fields that need to be shared among OpenMP threads
133    ! vertical size is allocated as llm+1 even if only llm is needed
134    FIELD_GEOPOT :: bufm1, bufm2, bufm3
135    FIELD_UL     :: bufu1, bufu2, bufu3,bufu4
136    DBL       :: time1,time2
137    INTEGER :: step, stage, iq, ij
138   
139    !CALL CPU_TIME(time1)
140    time1=OMP_GET_WTIME()
141   
142    !$OMP PARALLEL NUM_THREADS(nb_threads)
143   
144    !$OMP DO SCHEDULE(STATIC)
145    DO ij=1,primal_num
146       wflux(1,ij)=0.
147       wflux(llm+1,ij)=0.
148    END DO
149    !$OMP END DO
150
151    DO step=1, nstep
152       DO stage=1, nb_stage
153         
154          CALL update_halo(transfer_primal, rhodz)
155          DO iq=1, nqdyn
156             CALL update_halo(transfer_primal, theta_rhodz(:,:,iq))
157          END DO
158
159          IF(hydrostatic) THEN
160             
161             !$OMP DO SCHEDULE(STATIC)
162             DO ij=1,edge_num
163                du_fast(:,ij,stage)=0.
164                du_slow(:,ij,stage)=0.
165             END DO
166             
167             CALL compute_theta(mass_col,rhodz,theta_rhodz, theta)
168             CALL compute_geopot(rhodz,theta, ps,pk,geopot)
169             
170             CALL compute_caldyn_fast(tauj(stage), pk,berni,theta,geopot, du_fast(:,:,stage), u)
171             CALL update_halo(transfer_edge, u)
172             CALL compute_pvort_only(rhodz,u,qv,qu)
173             CALL update_halo(transfer_edge, qu)
174
175             CALL compute_caldyn_slow_hydro(rhodz,theta,u, berni,hflux,du_slow(:,:,stage))
176             CALL compute_coriolis(hflux,theta,qu, bufu1, drhodz(:,:,stage), &
177                  dtheta_rhodz(:,:,:,stage),du_slow(:,:,stage))
178             IF(caldyn_eta == eta_mass) THEN
179                CALL caldyn_vert(drhodz(:,:,stage),rhodz,theta,u, &
180                     dmass_col(:,stage),wflux,dtheta_rhodz(:,:,:,stage),du_slow(:,:,stage),bufu1)
181             END IF
182             
183          ELSE ! NH
184             CALL update_halo(transfer_primal, geopot)
185             CALL update_halo(transfer_primal, W)
186             
187             CALL compute_theta(mass_col,rhodz,theta_rhodz, theta)
188             CALL compute_caldyn_solver(tauj(stage),rhodz,theta, bufm1,bufm2,bufm3, pk,geopot,W, &
189                  dPhi_fast(:,:,stage), dW_fast(:,:,stage), du_fast(:,:,stage))
190
191             CALL compute_caldyn_fast(tauj(stage), pk,berni,theta,geopot, du_fast(:,:,stage),u)
192             CALL update_halo(transfer_edge, u)
193             CALL compute_pvort_only(rhodz,u,qv,qu)
194             CALL update_halo(transfer_edge, qu)
195
196             CALL compute_caldyn_slow_NH(u,rhodz,geopot,W, bufm1,bufm2,bufm3, &
197                  bufu1,bufu2,bufu3,bufu4, hflux, &
198                  du_slow(:,:,stage), dPhi_slow(:,:,stage), dW_slow(:,:,stage))
199             CALL compute_coriolis(hflux,theta,qu, bufu1, &
200                  drhodz(:,:,stage),dtheta_rhodz(:,:,:,stage), du_slow(:,:,stage))
201             IF(caldyn_eta == eta_mass) THEN
202                CALL caldyn_vert(drhodz(:,:,stage),rhodz,theta,u, &
203                     dmass_col(:,stage),wflux,dtheta_rhodz(:,:,:,stage), du_slow(:,:,stage), bufu1)
204                CALL compute_caldyn_vert_NH(rhodz,geopot,W,wflux, bufm1,bufm2,bufm3, &
205                     du_slow(:,:,stage), dPhi_slow(:,:,stage), dW_slow(:,:,stage) )
206             END IF
207          END IF ! NH
208         
209          ! FIXME : mass_col is computed from rhodz
210          ! so that the DOFs are the same whatever caldyn_eta
211          ! in DYNAMICO mass_col is prognosed rather than rhodz
212         
213#define UPDATE(clj,field,dfield) update(stage,SIZE(field),clj,field,dfield)
214         
215          CALL UPDATE(cslj, rhodz, drhodz)
216          CALL UPDATE(cslj, theta_rhodz, dtheta_rhodz)
217          CALL UPDATE(cslj, u, du_slow)
218          CALL UPDATE(cflj, u, du_fast)
219         
220          IF(.NOT.hydrostatic) THEN
221             CALL UPDATE(cslj, geopot, dPhi_slow)
222             CALL UPDATE(cflj, geopot, dPhi_fast)
223             CALL UPDATE(cslj, W, dW_slow)
224             CALL UPDATE(cflj, W, dW_fast)
225          END IF
226         
227       END DO
228    END DO
229    !$OMP END PARALLEL
230   
231    time2=OMP_GET_WTIME()
232    !  CALL CPU_TIME(time2)
233    IF(time2>time1) elapsed = elapsed + time2-time1
234
235    CALL print_trace()
236   
237  END SUBROUTINE ARK_step
238 
239 
240  SUBROUTINE update(j,sz,clj,field,dfield)
241    INTEGER :: j, sz ! stage in ARK scheme, field size
242    DOUBLE2(max_nb_stage,max_nb_stage) :: clj ! modified Butcher tableau
243    DOUBLE1(sz) :: field
244    DOUBLE2(sz, max_nb_stage) :: dfield
245    !
246    INTEGER :: l, ij
247    CALL enter_trace(id_update, 8*sz*(j+1) )
248    !  PRINT *, clj(1:j,j)
249    SELECT CASE(j)
250    CASE(1)
251       !$OMP DO SCHEDULE(static)
252       DO ij=1,sz
253          field(ij) = field(ij) &
254               + clj(1,j)*dfield(ij,1)
255       END DO
256    CASE(2)
257       !$OMP DO SCHEDULE(static)
258       DO ij=1,sz
259          field(ij) = field(ij) &
260               + clj(1,j)*dfield(ij,1) &
261               + clj(2,j)*dfield(ij,2)
262       END DO
263    CASE(3)
264       !$OMP DO SCHEDULE(static)
265       DO ij=1,sz
266          field(ij) = field(ij) &
267               + clj(1,j)*dfield(ij,1) &
268               + clj(2,j)*dfield(ij,2) &
269               + clj(3,j)*dfield(ij,3)
270         
271       END DO
272    CASE(4)
273       !$OMP DO SCHEDULE(static)
274       DO ij=1,sz
275          field(ij) = field(ij) &
276               + clj(1,j)*dfield(ij,1) &
277               + clj(2,j)*dfield(ij,2) &
278               + clj(3,j)*dfield(ij,3) &
279               + clj(4,j)*dfield(ij,4)
280       END DO
281    CASE(5)
282       !$OMP DO SCHEDULE(static)
283       DO ij=1,sz
284          field(ij) = field(ij) &
285               + clj(1,j)*dfield(ij,1) &
286               + clj(2,j)*dfield(ij,2) &
287               + clj(3,j)*dfield(ij,3) &
288               + clj(4,j)*dfield(ij,4) &
289               + clj(5,j)*dfield(ij,5)
290       END DO
291    END SELECT
292    CALL exit_trace()
293  END SUBROUTINE update
294 
295  !---------------------------------------------- XIOS ----------------------------------------
296
297#ifdef CPP_USING_XIOS
298 
299  SUBROUTINE setup_xios() BINDC(setup_xios)
300    ! MPI_INIT / MPI_finalize are assumed to be called BEFORE/AFTER this routine
301    ! This is the case when calling from Python after importing mpi4py
302    INTEGER :: ierr, mpi_threading_mode
303   
304    PRINT *, 'Initialize XIOS and obtain our communicator'
305    CALL xios_initialize("icosagcm",return_comm=comm_icosa)
306   
307    PRINT *, 'Initialize our XIOS context'
308   
309    CALL xios_context_initialize("icosagcm",comm_icosa)
310    CALL xios_get_handle("icosagcm",ctx_hdl)
311    CALL xios_set_current_context(ctx_hdl)
312  END SUBROUTINE setup_xios
313
314  SUBROUTINE call_xios_set_timestep(dt) BINDC(xios_set_timestep)
315    DBL, VALUE :: dt
316    TYPE(xios_duration)      :: dtime
317    dtime%second=dt
318    CALL xios_set_timestep(dtime)
319  END SUBROUTINE call_xios_set_timestep
320
321  SUBROUTINE call_xios_update_calendar(step) BINDC(xios_update_calendar)
322    INDEX, value :: step
323    CALL xios_update_calendar(step)
324  END SUBROUTINE call_xios_update_calendar
325
326#endif
327
328END MODULE timestep_unstructured_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.