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Heavily modified advect_tracer.f90
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Line 
1MODULE advect_mod
2  USE icosa
3  IMPLICIT NONE
4
5CONTAINS
6
7  !==========================================================================
8
9  SUBROUTINE init_advect(normal,tangent)
10    USE domain_mod
11    USE dimensions
12    USE geometry
13    USE metric
14    USE vector
15    IMPLICIT NONE
16    REAL(rstd),INTENT(OUT) :: normal(3*iim*jjm,3)
17    REAL(rstd),INTENT(OUT) :: tangent(3*iim*jjm,3)
18
19    INTEGER :: i,j,n
20
21    DO j=jj_begin-1,jj_end+1
22       DO i=ii_begin-1,ii_end+1
23          n=(j-1)*iim+i
24
25          CALL cross_product2(xyz_v(n+z_rdown,:),xyz_v(n+z_rup,:),normal(n+u_right,:))
26          normal(n+u_right,:)=normal(n+u_right,:)/sqrt(sum(normal(n+u_right,:)**2)+1e-50)*ne(n,right)
27
28          CALL cross_product2(xyz_v(n+z_up,:),xyz_v(n+z_lup,:),normal(n+u_lup,:))
29          normal(n+u_lup,:)=normal(n+u_lup,:)/sqrt(sum(normal(n+u_lup,:)**2)+1e-50)*ne(n,lup)
30
31          CALL cross_product2(xyz_v(n+z_ldown,:),xyz_v(n+z_down,:),normal(n+u_ldown,:)) 
32          normal(n+u_ldown,:)=normal(n+u_ldown,:)/sqrt(sum(normal(n+u_ldown,:)**2)+1e-50)*ne(n,ldown)
33
34          tangent(n+u_right,:)=xyz_v(n+z_rup,:)-xyz_v(n+z_rdown,:) 
35          tangent(n+u_right,:)=tangent(n+u_right,:)/sqrt(sum(tangent(n+u_right,:)**2)+1e-50)
36
37          tangent(n+u_lup,:)=xyz_v(n+z_lup,:)-xyz_v(n+z_up,:) 
38          tangent(n+u_lup,:)=tangent(n+u_lup,:)/sqrt(sum(tangent(n+u_lup,:)**2)+1e-50)
39
40          tangent(n+u_ldown,:)=xyz_v(n+z_down,:)-xyz_v(n+z_ldown,:)
41          tangent(n+u_ldown,:)=tangent(n+u_ldown,:)/sqrt(sum(tangent(n+u_ldown,:)**2)+1e-50)
42       END DO
43    ENDDO
44
45  END SUBROUTINE init_advect
46
47  !=======================================================================================
48
49  SUBROUTINE compute_gradq3d(qi,gradq3d)
50    USE domain_mod
51    USE dimensions
52    USE geometry
53    USE metric
54    IMPLICIT NONE
55    REAL(rstd),INTENT(IN)  :: qi(iim*jjm,llm)
56    REAL(rstd),INTENT(OUT) :: gradq3d(iim*jjm,llm,3) 
57    REAL(rstd) :: maxq,minq,minq_c,maxq_c 
58    REAL(rstd) :: alphamx,alphami,alpha ,maggrd,leng
59    REAL(rstd) :: leng1,leng2
60    REAL(rstd) :: arr(2*iim*jjm)
61    REAL(rstd) :: gradtri(2*iim*jjm,llm,3) 
62    REAL(rstd) :: ar
63    INTEGER :: i,j,n,k,ind,l
64    !========================================================================================== GRADIENT
65    Do l = 1,llm 
66       DO j=jj_begin-1,jj_end+1
67          DO i=ii_begin-1,ii_end+1
68             n=(j-1)*iim+i   
69             CALL gradq(n,n+t_rup,n+t_lup,n+z_up,qi(:,l),gradtri(n+z_up,l,:),arr(n+z_up))
70             CALL gradq(n,n+t_ldown,n+t_rdown,n+z_down,qi(:,l),gradtri(n+z_down,l,:),arr(n+z_down))
71          END DO
72       END DO
73    END DO
74
75    !      Do l =1,llm
76    DO j=jj_begin,jj_end
77       DO i=ii_begin,ii_end
78          n=(j-1)*iim+i
79          gradq3d(n,:,:) = gradtri(n+z_up,:,:) + gradtri(n+z_down,:,:)   +   &
80               gradtri(n+z_rup,:,:) +  gradtri(n+z_ldown,:,:)   +   & 
81               gradtri(n+z_lup,:,:)+    gradtri(n+z_rdown,:,:) 
82          ar = arr(n+z_up)+arr(n+z_lup)+arr(n+z_ldown)+arr(n+z_down)+arr(n+z_rdown)+arr(n+z_rup)
83          gradq3d(n,:,:) = gradq3d(n,:,:)/(ar+1.e-50) 
84       END DO
85    END DO
86    !    END DO
87
88    !============================================================================================= LIMITING
89    ! GO TO 120
90    DO l =1,llm
91       DO j=jj_begin,jj_end
92          DO i=ii_begin,ii_end
93             n=(j-1)*iim+i
94             maggrd =  dot_product(gradq3d(n,l,:),gradq3d(n,l,:))
95             maggrd = sqrt(maggrd) 
96             leng = max(sum((xyz_v(n+z_up,:) - xyz_i(n,:))**2),sum((xyz_v(n+z_down,:) - xyz_i(n,:))**2), &
97                  sum((xyz_v(n+z_rup,:) - xyz_i(n,:))**2),sum((xyz_v(n+z_rdown,:) - xyz_i(n,:))**2),  &
98                  sum((xyz_v(n+z_lup,:) - xyz_i(n,:))**2),sum((xyz_v(n+z_ldown,:) - xyz_i(n,:))**2))
99             maxq_c = qi(n,l) + maggrd*sqrt(leng)
100             minq_c = qi(n,l) - maggrd*sqrt(leng)
101             maxq = max(qi(n,l),qi(n+t_right,l),qi(n+t_lup,l),qi(n+t_rup,l),qi(n+t_left,l), &
102                  qi(n+t_rdown,l),qi(n+t_ldown,l))
103             minq = min(qi(n,l),qi(n+t_right,l),qi(n+t_lup,l),qi(n+t_rup,l),qi(n+t_left,l), &
104                  qi(n+t_rdown,l),qi(n+t_ldown,l))
105             alphamx = (maxq - qi(n,l)) ; alphamx = alphamx/(maxq_c - qi(n,l) )
106             alphamx = max(alphamx,0.0)
107             alphami = (minq - qi(n,l)); alphami = alphami/(minq_c - qi(n,l))
108             alphami = max(alphami,0.0) 
109             alpha   = min(alphamx,alphami,1.0)
110             gradq3d(n,l,:) = alpha*gradq3d(n,l,:)
111          END DO
112       END DO
113    END DO
114  END SUBROUTINE compute_gradq3d
115
116  !===================================================================================================   
117  SUBROUTINE compute_advect_horiz(update_mass, normal,tangent,qi,gradq3d,him,ue,he,bigt)
118    USE domain_mod
119    USE dimensions
120    USE geometry
121    USE metric
122    IMPLICIT NONE
123    LOGICAL, INTENT(IN)      :: update_mass
124    REAL(rstd),INTENT(IN)    :: normal(3*iim*jjm,3)
125    REAL(rstd),INTENT(IN)    :: tangent(3*iim*jjm,3)
126    REAL(rstd),INTENT(INOUT) :: qi(iim*jjm,llm)
127    REAL(rstd),INTENT(IN)    :: gradq3d(iim*jjm,llm,3) 
128    REAL(rstd),INTENT(INOUT) :: him(iim*jjm,llm)
129    REAL(rstd),INTENT(IN)    :: ue(iim*3*jjm,llm)
130    REAL(rstd),INTENT(IN)    :: he(3*iim*jjm,llm) ! mass flux
131    REAL(rstd),INTENT(IN)    :: bigt
132
133    REAL(rstd) :: dqi(iim*jjm,llm),dhi(iim*jjm,llm) 
134    REAL(rstd) :: cc(3*iim*jjm,llm,3)   ! barycenter of quadrilateral, where q is evaluated (1-point quadrature)
135    REAL(rstd) :: v_e(3*iim*jjm,llm,3)
136    REAL(rstd) :: up_e
137
138    REAL(rstd) :: qe(3*iim*jjm,llm)
139    REAL(rstd) :: ed(3)   
140    REAL(rstd) :: flxx(3*iim*jjm,llm)
141    INTEGER :: i,j,n,k,l
142    REAL(rstd):: him_old(llm) 
143
144
145    ! reconstruct tangential wind then 3D wind at edge then cc = edge midpoint - u*dt/2
146    ! TODO : this does not depend on q and should be done only once, not for each tracer
147    DO l = 1,llm
148       DO j=jj_begin-1,jj_end+1
149          DO i=ii_begin-1,ii_end+1
150             n=(j-1)*iim+i
151
152             up_e =1/de(n+u_right)*(                                                   &
153                  wee(n+u_right,1,1)*le(n+u_rup)*ue(n+u_rup,l)+                        &
154                  wee(n+u_right,2,1)*le(n+u_lup)*ue(n+u_lup,l)+                        &
155                  wee(n+u_right,3,1)*le(n+u_left)*ue(n+u_left,l)+                      &
156                  wee(n+u_right,4,1)*le(n+u_ldown)*ue(n+u_ldown,l)+                    &
157                  wee(n+u_right,5,1)*le(n+u_rdown)*ue(n+u_rdown,l)+                    & 
158                  wee(n+u_right,1,2)*le(n+t_right+u_ldown)*ue(n+t_right+u_ldown,l)+    &
159                  wee(n+u_right,2,2)*le(n+t_right+u_rdown)*ue(n+t_right+u_rdown,l)+    &
160                  wee(n+u_right,3,2)*le(n+t_right+u_right)*ue(n+t_right+u_right,l)+    &
161                  wee(n+u_right,4,2)*le(n+t_right+u_rup)*ue(n+t_right+u_rup,l)+        &
162                  wee(n+u_right,5,2)*le(n+t_right+u_lup)*ue(n+t_right+u_lup,l)         &
163                  )
164             v_e(n+u_right,l,:)= ue(n+u_right,l)*normal(n+u_right,:) + up_e*tangent(n+u_right,:)
165
166             up_e=1/de(n+u_lup)*(                                                        &
167                  wee(n+u_lup,1,1)*le(n+u_left)*ue(n+u_left,l)+                        &
168                  wee(n+u_lup,2,1)*le(n+u_ldown)*ue(n+u_ldown,l)+                      &
169                  wee(n+u_lup,3,1)*le(n+u_rdown)*ue(n+u_rdown,l)+                      &
170                  wee(n+u_lup,4,1)*le(n+u_right)*ue(n+u_right,l)+                      &
171                  wee(n+u_lup,5,1)*le(n+u_rup)*ue(n+u_rup,l)+                          & 
172                  wee(n+u_lup,1,2)*le(n+t_lup+u_right)*ue(n+t_lup+u_right,l)+          &
173                  wee(n+u_lup,2,2)*le(n+t_lup+u_rup)*ue(n+t_lup+u_rup,l)+              &
174                  wee(n+u_lup,3,2)*le(n+t_lup+u_lup)*ue(n+t_lup+u_lup,l)+              &
175                  wee(n+u_lup,4,2)*le(n+t_lup+u_left)*ue(n+t_lup+u_left,l)+            &
176                  wee(n+u_lup,5,2)*le(n+t_lup+u_ldown)*ue(n+t_lup+u_ldown,l)           &
177                  )
178             v_e(n+u_lup,l,:)= ue(n+u_lup,l)*normal(n+u_lup,:) + up_e*tangent(n+u_lup,:)
179
180             up_e=1/de(n+u_ldown)*(                                                    &
181                  wee(n+u_ldown,1,1)*le(n+u_rdown)*ue(n+u_rdown,l)+                    &
182                  wee(n+u_ldown,2,1)*le(n+u_right)*ue(n+u_right,l)+                    &
183                  wee(n+u_ldown,3,1)*le(n+u_rup)*ue(n+u_rup,l)+                        &
184                  wee(n+u_ldown,4,1)*le(n+u_lup)*ue(n+u_lup,l)+                        &
185                  wee(n+u_ldown,5,1)*le(n+u_left)*ue(n+u_left,l)+                      & 
186                  wee(n+u_ldown,1,2)*le(n+t_ldown+u_lup)*ue(n+t_ldown+u_lup,l)+        &
187                  wee(n+u_ldown,2,2)*le(n+t_ldown+u_left)*ue(n+t_ldown+u_left,l)+      &
188                  wee(n+u_ldown,3,2)*le(n+t_ldown+u_ldown)*ue(n+t_ldown+u_ldown,l)+    &
189                  wee(n+u_ldown,4,2)*le(n+t_ldown+u_rdown)*ue(n+t_ldown+u_rdown,l)+    &
190                  wee(n+u_ldown,5,2)*le(n+t_ldown+u_right)*ue(n+t_ldown+u_right,l)     &
191                  )
192             v_e(n+u_ldown,l,:)= ue(n+u_ldown,l)*normal(n+u_ldown,:) + up_e*tangent(n+u_ldown,:)
193
194             cc(n+u_right,l,:) = xyz_e(n+u_right,:) - v_e(n+u_right,l,:)*0.5*bigt    !! redge is mid point of edge i
195             cc(n+u_lup,l,:)   = xyz_e(n+u_lup,:)   - v_e(n+u_lup,l,:)*0.5*bigt 
196             cc(n+u_ldown,l,:) = xyz_e(n+u_ldown,:) - v_e(n+u_ldown,l,:)*0.5*bigt 
197          ENDDO
198       ENDDO
199    END DO
200    ! end of tracer-independant computations
201
202    ! evaluate traver field at point cc usin piecewise linear reconstruction
203    ! q(cc)= q0 + gradq.(cc-xyz_i)  with xi centroid of hexagon
204    DO l = 1,llm
205       DO j=jj_begin-1,jj_end+1
206          DO i=ii_begin-1,ii_end+1
207             n=(j-1)*iim+i
208             if (ne(n,right)*ue(n+u_right,l)>0) then
209                ed = cc(n+u_right,l,:) - xyz_i(n,:)
210                qe(n+u_right,l)=qi(n,l)+sum2(gradq3d(n,l,:),ed) 
211             else
212                ed = cc(n+u_right,l,:) - xyz_i(n+t_right,:)
213                qe(n+u_right,l)=qi(n+t_right,l)+sum2(gradq3d(n+t_right,l,:),ed) 
214             endif
215             if (ne(n,lup)*ue(n+u_lup,l)>0) then
216                ed = cc(n+u_lup,l,:) - xyz_i(n,:)
217                qe(n+u_lup,l)=qi(n,l)+sum2(gradq3d(n,l,:),ed)
218             else
219                ed = cc(n+u_lup,l,:) - xyz_i(n+t_lup,:)
220                qe(n+u_lup,l)=qi(n+t_lup,l)+sum2(gradq3d(n+t_lup,l,:),ed) 
221             endif
222             if (ne(n,ldown)*ue(n+u_ldown,l)>0) then
223                ed = cc(n+u_ldown,l,:) - xyz_i(n,:)
224                qe(n+u_ldown,l)=qi(n,l)+ sum2(gradq3d(n,l,:),ed) 
225             else
226                ed = cc(n+u_ldown,l,:) - xyz_i(n+t_ldown,:)
227                qe(n+u_ldown,l)=qi(n+t_ldown,l)+sum2(gradq3d(n+t_ldown,l,:),ed) 
228             endif
229          end do
230       end do
231    END DO
232
233    ! evaluate q flux as mass flux * qe
234    ! TODO : loop over k !
235    ! TODO : merge with previous loop and eliminate unnecessary temporary qe
236    DO j=jj_begin-1,jj_end+1
237       DO i=ii_begin-1,ii_end+1
238          n=(j-1)*iim+i 
239          flxx(n+u_right,:) = he(n+u_right,:)*qe(n+u_right,:)*ne(n,right)
240          flxx(n+u_lup,:) = he(n+u_lup,:)*qe(n+u_lup,:)*ne(n,lup) 
241          flxx(n+u_ldown,:) = he(n+u_ldown,:)*qe(n+u_ldown,:)*ne(n,ldown)
242       ENDDO
243    ENDDO
244
245    ! update q and, if update_mass, mass
246    ! TODO : loop over k !
247    DO j=jj_begin,jj_end
248       DO i=ii_begin,ii_end
249          n=(j-1)*iim+i 
250
251          dhi(n,:)= -(1/Ai(n))*(he(n+u_right,:)*ne(n,right) + he(n+u_lup,:)*ne(n,lup) &
252               + he(n+u_ldown,:)*ne(n,ldown) + he(n+u_rup,:)*ne(n,rup) &
253               + he(n+u_left,:)*ne(n,left) +  he(n+u_rdown,:)*ne(n,rdown) ) 
254
255          dqi(n,:)= -(1/Ai(n))*(flxx(n+u_right,:)+flxx(n+u_lup,:)       & 
256               +flxx(n+u_ldown,:) - flxx(n+u_rup,:)    &
257               - flxx(n+u_left,:) - flxx(n+u_rdown,:) )   
258          him_old(:) = him(n,:) 
259          him(n,:) = him(n,:) + dhi(n,:) 
260          qi(n,:) = (qi(n,:)*him_old(:) + dqi(n,:))/him(n,:) 
261
262       END DO
263    END DO
264
265  CONTAINS
266    !====================================================================================
267    REAL FUNCTION sum2(a1,a2)
268      IMPLICIT NONE
269      REAL,INTENT(IN):: a1(3), a2(3)
270      sum2 = a1(1)*a2(1)+a1(2)*a2(2)+a1(3)*a2(3)
271    END FUNCTION sum2
272
273  END SUBROUTINE compute_advect_horiz
274  !==========================================================================
275  SUBROUTINE gradq(n0,n1,n2,n3,q,dq,det)
276    USE geometry
277    USE metric
278    USE dimensions
279    IMPLICIT NONE
280    INTEGER, INTENT(IN) :: n0,n1,n2,n3
281    REAL,INTENT(IN)     :: q(iim*jjm)
282    REAL,INTENT(OUT)    :: dq(3)
283    REAL(rstd)  ::det,detx,dety,detz
284    INTEGER    :: info
285    INTEGER    :: IPIV(3)
286
287    REAL(rstd) :: A(3,3)
288    REAL(rstd) :: B(3)
289
290    A(1,1)=xyz_i(n1,1) -xyz_i(n0,1); A(1,2)=xyz_i(n1,2)- xyz_i(n0,2); A(1,3)=xyz_i(n1,3)  - xyz_i(n0,3) 
291    A(2,1)=xyz_i(n2,1) - xyz_i(n0,1); A(2,2)=xyz_i(n2,2) - xyz_i(n0,2); A(2,3)=xyz_i(n2,3) - xyz_i(n0,3) 
292    A(3,1)=xyz_v(n3,1);              A(3,2)= xyz_v(n3,2);             A(3,3)= xyz_v(n3,3)
293
294
295    dq(1) = q(n1)-q(n0)
296    dq(2) = q(n2)-q(n0)
297    dq(3) = 0.0
298    !    CALL DGESV(3,1,A,3,IPIV,dq(:),3,info)
299    CALL determinant(A(:,1),A(:,2),A(:,3),det)
300    CALL determinant(dq,A(:,2),A(:,3),detx)
301    CALL determinant(A(:,1),dq,A(:,3),dety)
302    CALL determinant(A(:,1),A(:,2),dq,detz)
303    dq(1) = detx
304    dq(2) = dety
305    dq(3) = detz 
306  END SUBROUTINE gradq
307  !==========================================================================
308  SUBROUTINE determinant(a1,a2,a3,det)
309    IMPLICIT NONE
310    REAL, DIMENSION(3) :: a1, a2,a3
311    REAL ::  det,x1,x2,x3
312    x1 =  a1(1) * (a2(2) * a3(3) - a2(3) * a3(2))
313    x2 =  a1(2) * (a2(1) * a3(3) - a2(3) * a3(1))
314    x3 =  a1(3) * (a2(1) * a3(2) - a2(2) * a3(1))
315    det =  x1 - x2 + x3
316  END SUBROUTINE determinant
317
318END MODULE advect_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.