source: codes/icosagcm/trunk/src/advect.f90 @ 326

Last change on this file since 326 was 252, checked in by dubos, 10 years ago

Fix recently introduced bug : slope limiter
File size: 21.8 KB
Line 
1MODULE advect_mod
2  USE icosa
3  IMPLICIT NONE
4
5  PRIVATE
6 
7  PUBLIC :: init_advect, compute_backward_traj, compute_gradq3d, compute_advect_horiz
8
9CONTAINS
10
11  !==========================================================================
12
13  SUBROUTINE init_advect(normal,tangent,sqrt_leng)
14    IMPLICIT NONE
15    REAL(rstd),INTENT(OUT) :: normal(3*iim*jjm,3)
16    REAL(rstd),INTENT(OUT) :: tangent(3*iim*jjm,3)
17    REAL(rstd),INTENT(OUT) :: sqrt_leng(iim*jjm)
18
19    INTEGER :: ij
20
21!$SIMD
22      DO ij=ij_begin,ij_end
23
24          CALL cross_product2(xyz_v(ij+z_rdown,:),xyz_v(ij+z_rup,:),normal(ij+u_right,:))
25          normal(ij+u_right,:)=normal(ij+u_right,:)/sqrt(sum(normal(ij+u_right,:)**2)+1e-50)*ne(ij,right)
26
27          CALL cross_product2(xyz_v(ij+z_up,:),xyz_v(ij+z_lup,:),normal(ij+u_lup,:))
28          normal(ij+u_lup,:)=normal(ij+u_lup,:)/sqrt(sum(normal(ij+u_lup,:)**2)+1e-50)*ne(ij,lup)
29
30          CALL cross_product2(xyz_v(ij+z_ldown,:),xyz_v(ij+z_down,:),normal(ij+u_ldown,:))       
31          normal(ij+u_ldown,:)=normal(ij+u_ldown,:)/sqrt(sum(normal(ij+u_ldown,:)**2)+1e-50)*ne(ij,ldown)
32
33          tangent(ij+u_right,:)=xyz_v(ij+z_rup,:)-xyz_v(ij+z_rdown,:) 
34          tangent(ij+u_right,:)=tangent(ij+u_right,:)/sqrt(sum(tangent(ij+u_right,:)**2)+1e-50)
35
36          tangent(ij+u_lup,:)=xyz_v(ij+z_lup,:)-xyz_v(ij+z_up,:) 
37          tangent(ij+u_lup,:)=tangent(ij+u_lup,:)/sqrt(sum(tangent(ij+u_lup,:)**2)+1e-50)
38
39          tangent(ij+u_ldown,:)=xyz_v(ij+z_down,:)-xyz_v(ij+z_ldown,:)
40          tangent(ij+u_ldown,:)=tangent(ij+u_ldown,:)/sqrt(sum(tangent(ij+u_ldown,:)**2)+1e-50)
41
42          sqrt_leng(ij) = sqrt(max(sum((xyz_v(ij+z_up,:) - xyz_i(ij,:))**2),sum((xyz_v(ij+z_down,:) - xyz_i(ij,:))**2), &
43                                   sum((xyz_v(ij+z_rup,:) - xyz_i(ij,:))**2),sum((xyz_v(ij+z_rdown,:) - xyz_i(ij,:))**2),  &
44                                   sum((xyz_v(ij+z_lup,:) - xyz_i(ij,:))**2),sum((xyz_v(ij+z_ldown,:) - xyz_i(ij,:))**2)) )
45    ENDDO
46
47  END SUBROUTINE init_advect
48
49  !=======================================================================================
50
51  SUBROUTINE compute_gradq3d(qi_in,sqrt_leng_in,gradq3d_out,xyz_i,xyz_v)
52    USE trace
53    USE omp_para
54    IMPLICIT NONE
55    REAL(rstd),INTENT(IN)  :: qi_in(iim*jjm,llm)
56    REAL(rstd),INTENT(IN)  :: sqrt_leng_in(iim*jjm)
57    REAL(rstd),INTENT(IN)  :: xyz_i(iim*jjm,3)
58    REAL(rstd),INTENT(IN)  :: xyz_v(2*iim*jjm,3)
59    REAL(rstd),INTENT(OUT) :: gradq3d_out(iim*jjm,llm,3) 
60    REAL(rstd) :: maxq,minq,minq_c,maxq_c 
61    REAL(rstd) :: alphamx,alphami,alpha ,maggrd
62    REAL(rstd) :: leng1,leng2
63    REAL(rstd) :: arr(2*iim*jjm)
64    REAL(rstd) :: ar(iim*jjm)
65    REAL(rstd) :: gradtri(2*iim*jjm,llm,3) 
66    INTEGER :: ij,k,ind,l
67    REAL(rstd)  :: qi(iim*jjm,llm)
68    REAL(rstd)  :: sqrt_leng(iim*jjm)
69    REAL(rstd) :: gradq3d(iim*jjm,llm,3) 
70    REAL(rstd) :: detx,dety,detz,det
71    REAL(rstd) :: A(3,3), a11,a12,a13,a21,a22,a23,a31,a32,a33
72    REAL(rstd) :: x1,x2,x3
73    REAL(rstd) :: dq(3)
74
75    qi=qi_in
76    sqrt_leng=sqrt_leng_in
77   
78    CALL trace_start("compute_gradq3d1")
79
80    ! TODO : precompute ar, drop arr as output argument of gradq ?
81
82    !========================================================================================== GRADIENT
83    ! Compute gradient at triangles solving a linear system
84    ! arr = area of triangle joining centroids of hexagons
85!     DO l = ll_begin,ll_end
86!!$SIMD
87!      DO ij=ij_begin_ext,ij_end_ext
88!!             CALL gradq(ij,l,ij+t_rup,ij+t_lup,ij+z_up,qi,gradtri(ij+z_up,l,:),arr(ij+z_up))
89!!             CALL gradq(ij,l,ij+t_ldown,ij+t_rdown,ij+z_down,qi,gradtri(ij+z_down,l,:),arr(ij+z_down))
90!             CALL gradq(ij,l,ij+t_rup,ij+t_lup,ij+z_up,qi,gradtri(ij+z_up,l,1),gradtri(ij+z_up,l,2),gradtri(ij+z_up,l,3),arr(ij+z_up))
91!             CALL gradq(ij,l,ij+t_ldown,ij+t_rdown,ij+z_down,qi,gradtri(ij+z_down,l,1),gradtri(ij+z_down,l,2),gradtri(ij+z_down,l,3),arr(ij+z_down))
92!       END DO
93!    END DO
94
95     DO l = ll_begin,ll_end 
96!$SIMD
97      DO ij=ij_begin_ext,ij_end_ext
98!       CALL gradq(ij,l,ij+t_rup,ij+t_lup,ij+z_up,qi,gradtri(ij+z_up,l,1),gradtri(ij+z_up,l,2),gradtri(ij+z_up,l,3),arr(ij+z_up))
99
100       
101        A(1,1)=xyz_i(ij+t_rup,1)-xyz_i(ij,1);  A(1,2)=xyz_i(ij+t_rup,2)-xyz_i(ij,2); A(1,3)=xyz_i(ij+t_rup,3)-xyz_i(ij,3) 
102        A(2,1)=xyz_i(ij+t_lup,1)-xyz_i(ij,1);  A(2,2)=xyz_i(ij+t_lup,2)-xyz_i(ij,2); A(2,3)=xyz_i(ij+t_lup,3)-xyz_i(ij,3) 
103        A(3,1)=xyz_v(ij+z_up,1);               A(3,2)= xyz_v(ij+z_up,2);             A(3,3)=xyz_v(ij+z_up,3)
104   
105        dq(1) = qi(ij+t_rup,l)-qi(ij,l)
106        dq(2) = qi(ij+t_lup,l)-qi(ij,l)
107        dq(3) = 0.0
108
109
110!        CALL determinant(A(1,1),A(2,1),A(3,1),A(1,2),A(2,2),A(3,2),A(1,3),A(2,3),A(3,3),det)
111
112         a11=A(1,1) ; a12=A(2,1) ; a13=A(3,1)
113         a21=A(1,2) ; a22=A(2,2) ; a23=A(3,2)
114         a31=A(1,3) ; a32=A(2,3) ; a33=A(3,3)
115
116         x1 =  a11 * (a22 * a33 - a23 * a32)
117         x2 =  a12 * (a21 * a33 - a23 * a31)
118         x3 =  a13 * (a21 * a32 - a22 * a31)
119         det =  x1 - x2 + x3
120                 
121!        CALL determinant(dq(1),dq(2),dq(3),A(1,2),A(2,2),A(3,2),A(1,3),A(2,3),A(3,3),detx)
122
123         a11=dq(1)  ; a12=dq(2)  ; a13=dq(3)
124         a21=A(1,2) ; a22=A(2,2) ; a23=A(3,2)
125         a31=A(1,3) ; a32=A(2,3) ; a33=A(3,3)
126
127         x1 =  a11 * (a22 * a33 - a23 * a32)
128         x2 =  a12 * (a21 * a33 - a23 * a31)
129         x3 =  a13 * (a21 * a32 - a22 * a31)
130         detx =  x1 - x2 + x3
131       
132!        CALL determinant(A(1,1),A(2,1),A(3,1),dq(1),dq(2),dq(3),A(1,3),A(2,3),A(3,3),dety)
133
134         a11=A(1,1) ; a12=A(2,1) ; a13=A(3,1)
135         a21=dq(1)  ; a22=dq(2)  ; a23=dq(3)
136         a31=A(1,3) ; a32=A(2,3) ; a33=A(3,3)
137
138         x1 =  a11 * (a22 * a33 - a23 * a32)
139         x2 =  a12 * (a21 * a33 - a23 * a31)
140         x3 =  a13 * (a21 * a32 - a22 * a31)
141         dety =  x1 - x2 + x3
142
143!        CALL determinant(A(1,1),A(2,1),A(3,1),A(1,2),A(2,2),A(3,2),dq(1),dq(2),dq(3),detz)
144
145         a11=A(1,1) ; a12=A(2,1) ; a13=A(3,1)
146         a21=A(1,2) ; a22=A(2,2) ; a23=A(3,2)
147         a31=dq(1)  ; a32=dq(2)  ; a33=dq(3)
148
149         x1 =  a11 * (a22 * a33 - a23 * a32)
150         x2 =  a12 * (a21 * a33 - a23 * a31)
151         x3 =  a13 * (a21 * a32 - a22 * a31)
152         detz =  x1 - x2 + x3
153
154        gradtri(ij+z_up,l,1) = detx
155        gradtri(ij+z_up,l,2) = dety
156        gradtri(ij+z_up,l,3) = detz
157        arr(ij+z_up) = det
158       
159      ENDDO
160     
161      DO ij=ij_begin_ext,ij_end_ext
162
163
164!        CALL gradq(ij,l,ij+t_ldown,ij+t_rdown,ij+z_down,qi,gradtri(ij+z_down,l,1),gradtri(ij+z_down,l,2),gradtri(ij+z_down,l,3),arr(ij+z_down))
165
166        A(1,1)=xyz_i(ij+t_ldown,1)-xyz_i(ij,1);  A(1,2)=xyz_i(ij+t_ldown,2)-xyz_i(ij,2); A(1,3)=xyz_i(ij+t_ldown,3)-xyz_i(ij,3) 
167        A(2,1)=xyz_i(ij+t_rdown,1)-xyz_i(ij,1);  A(2,2)=xyz_i(ij+t_rdown,2)-xyz_i(ij,2); A(2,3)=xyz_i(ij+t_rdown,3)-xyz_i(ij,3) 
168        A(3,1)=xyz_v(ij+z_down,1);               A(3,2)= xyz_v(ij+z_down,2);             A(3,3)=xyz_v(ij+z_down,3)
169 
170        dq(1) = qi(ij+t_ldown,l)-qi(ij,l)
171        dq(2) = qi(ij+t_rdown,l)-qi(ij,l)
172        dq(3) = 0.0
173
174
175!        CALL determinant(A(1,1),A(2,1),A(3,1),A(1,2),A(2,2),A(3,2),A(1,3),A(2,3),A(3,3),det)
176
177         a11=A(1,1) ; a12=A(2,1) ; a13=A(3,1)
178         a21=A(1,2) ; a22=A(2,2) ; a23=A(3,2)
179         a31=A(1,3) ; a32=A(2,3) ; a33=A(3,3)
180
181         x1 =  a11 * (a22 * a33 - a23 * a32)
182         x2 =  a12 * (a21 * a33 - a23 * a31)
183         x3 =  a13 * (a21 * a32 - a22 * a31)
184         det =  x1 - x2 + x3
185                 
186!        CALL determinant(dq(1),dq(2),dq(3),A(1,2),A(2,2),A(3,2),A(1,3),A(2,3),A(3,3),detx)
187
188         a11=dq(1)  ; a12=dq(2)  ; a13=dq(3)
189         a21=A(1,2) ; a22=A(2,2) ; a23=A(3,2)
190         a31=A(1,3) ; a32=A(2,3) ; a33=A(3,3)
191
192         x1 =  a11 * (a22 * a33 - a23 * a32)
193         x2 =  a12 * (a21 * a33 - a23 * a31)
194         x3 =  a13 * (a21 * a32 - a22 * a31)
195         detx =  x1 - x2 + x3
196       
197!        CALL determinant(A(1,1),A(2,1),A(3,1),dq(1),dq(2),dq(3),A(1,3),A(2,3),A(3,3),dety)
198
199         a11=A(1,1) ; a12=A(2,1) ; a13=A(3,1)
200         a21=dq(1)  ; a22=dq(2)  ; a23=dq(3)
201         a31=A(1,3) ; a32=A(2,3) ; a33=A(3,3)
202
203         x1 =  a11 * (a22 * a33 - a23 * a32)
204         x2 =  a12 * (a21 * a33 - a23 * a31)
205         x3 =  a13 * (a21 * a32 - a22 * a31)
206         dety =  x1 - x2 + x3
207
208!        CALL determinant(A(1,1),A(2,1),A(3,1),A(1,2),A(2,2),A(3,2),dq(1),dq(2),dq(3),detz)
209
210         a11=A(1,1) ; a12=A(2,1) ; a13=A(3,1)
211         a21=A(1,2) ; a22=A(2,2) ; a23=A(3,2)
212         a31=dq(1)  ; a32=dq(2)  ; a33=dq(3)
213
214         x1 =  a11 * (a22 * a33 - a23 * a32)
215         x2 =  a12 * (a21 * a33 - a23 * a31)
216         x3 =  a13 * (a21 * a32 - a22 * a31)
217         detz =  x1 - x2 + x3
218
219         gradtri(ij+z_down,l,1) = detx
220         gradtri(ij+z_down,l,2) = dety
221         gradtri(ij+z_down,l,3) = detz
222         arr(ij+z_down) = det
223
224      END DO
225    END DO
226
227!$SIMD
228    DO ij=ij_begin,ij_end
229       ar(ij) = arr(ij+z_up)+arr(ij+z_lup)+arr(ij+z_ldown)+arr(ij+z_down)+arr(ij+z_rdown)+arr(ij+z_rup)+1.e-50
230    ENDDO
231    CALL trace_end("compute_gradq3d1")
232    CALL trace_start2("compute_gradq3d2")
233     
234    DO k=1,3
235      DO l =ll_begin,ll_end
236!$SIMD
237      DO ij=ij_begin,ij_end
238              gradq3d(ij,l,k) = ( gradtri(ij+z_up,l,k) + gradtri(ij+z_down,l,k)   +   &
239                                 gradtri(ij+z_rup,l,k) +  gradtri(ij+z_ldown,l,k)   +   & 
240                                 gradtri(ij+z_lup,l,k)+    gradtri(ij+z_rdown,l,k) ) / ar(ij) 
241        END DO
242      END DO
243    ENDDO
244    CALL trace_end2("compute_gradq3d2")
245    CALL trace_start("compute_gradq3d3")
246
247    !============================================================================================= LIMITING
248    DO l =ll_begin,ll_end
249!$SIMD
250      DO ij=ij_begin,ij_end
251!             maggrd =  dot_product(gradq3d(ij,l,:),gradq3d(ij,l,:))
252             maggrd = gradq3d(ij,l,1)*gradq3d(ij,l,1) + gradq3d(ij,l,2)*gradq3d(ij,l,2) + gradq3d(ij,l,3)*gradq3d(ij,l,3) 
253             maggrd = sqrt(maggrd) 
254             maxq_c = qi(ij,l) + maggrd*sqrt_leng(ij)
255             minq_c = qi(ij,l) - maggrd*sqrt_leng(ij)
256             maxq = max(qi(ij,l),qi(ij+t_right,l),qi(ij+t_lup,l),qi(ij+t_rup,l),qi(ij+t_left,l), &
257                  qi(ij+t_rdown,l),qi(ij+t_ldown,l))
258             minq = min(qi(ij,l),qi(ij+t_right,l),qi(ij+t_lup,l),qi(ij+t_rup,l),qi(ij+t_left,l), &
259                  qi(ij+t_rdown,l),qi(ij+t_ldown,l))
260             alphamx = (maxq - qi(ij,l)) ; alphamx = alphamx/(maxq_c - qi(ij,l) )
261             alphamx = max(alphamx,0.0)
262             alphami = (minq - qi(ij,l)); alphami = alphami/(minq_c - qi(ij,l))
263             alphami = max(alphami,0.0) 
264             alpha   = min(alphamx,alphami,1.0)
265!             gradq3d(ij,l,:) = alpha*gradq3d(ij,l,:)
266             gradq3d(ij,l,1) = alpha*gradq3d(ij,l,1)
267             gradq3d(ij,l,2) = alpha*gradq3d(ij,l,2)
268             gradq3d(ij,l,3) = alpha*gradq3d(ij,l,3)
269       END DO
270    END DO
271
272  CALL trace_end("compute_gradq3d3")
273 
274  gradq3d_out=gradq3d
275 
276  CONTAINS
277
278    SUBROUTINE gradq(n0,l,n1,n2,n3,q,dq1,dq2,dq3,det)
279    IMPLICIT NONE
280    INTEGER, INTENT(IN) :: n0,l,n1,n2,n3
281    REAL(rstd), INTENT(IN)     :: q(iim*jjm,llm)
282!    REAL(rstd), INTENT(OUT)    :: dq(3), det
283    REAL(rstd), INTENT(OUT)    :: dq1,dq2,dq3,det
284    REAL(rstd)    :: dq(3)
285   
286    REAL(rstd)  ::detx,dety,detz
287    INTEGER    :: info
288    INTEGER    :: IPIV(3)
289
290    REAL(rstd) :: A(3,3)
291    REAL(rstd) :: B(3)
292   
293    ! TODO : replace A by A1,A2,A3
294    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) 
295    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) 
296    A(3,1)=xyz_v(n3,1);              A(3,2)= xyz_v(n3,2);            A(3,3)=xyz_v(n3,3)
297
298    dq(1) = q(n1,l)-q(n0,l)
299    dq(2) = q(n2,l)-q(n0,l)
300    dq(3) = 0.0
301
302    !    CALL DGESV(3,1,A,3,IPIV,dq(:),3,info)
303!    CALL determinant(A(:,1),A(:,2),A(:,3),det)
304!    CALL determinant(dq,A(:,2),A(:,3),detx)
305!    CALL determinant(A(:,1),dq,A(:,3),dety)
306!    CALL determinant(A(:,1),A(:,2),dq,detz)
307!    dq(1) = detx
308!    dq(2) = dety
309!    dq(3) = detz
310
311    CALL determinant(A(1,1),A(2,1),A(3,1),A(1,2),A(2,2),A(3,2),A(1,3),A(2,3),A(3,3),det)
312    CALL determinant(dq(1),dq(2),dq(3),A(1,2),A(2,2),A(3,2),A(1,3),A(2,3),A(3,3),dq1)
313    CALL determinant(A(1,1),A(2,1),A(3,1),dq(1),dq(2),dq(3),A(1,3),A(2,3),A(3,3),dq2)
314    CALL determinant(A(1,1),A(2,1),A(3,1),A(1,2),A(2,2),A(3,2),dq(1),dq(2),dq(3),dq3)
315
316  END SUBROUTINE gradq
317
318  !==========================================================================
319!  PURE SUBROUTINE determinant(a1,a2,a3,det)
320!    IMPLICIT NONE
321!    REAL(rstd), DIMENSION(3), INTENT(IN) :: a1,a2,a3
322!    REAL(rstd), INTENT(OUT) :: det
323!    REAL(rstd) ::  x1,x2,x3
324!    x1 =  a1(1) * (a2(2) * a3(3) - a2(3) * a3(2))
325!    x2 =  a1(2) * (a2(1) * a3(3) - a2(3) * a3(1))
326!    x3 =  a1(3) * (a2(1) * a3(2) - a2(2) * a3(1))
327!    det =  x1 - x2 + x3
328!  END SUBROUTINE determinant
329
330   SUBROUTINE determinant(a11,a12,a13,a21,a22,a23,a31,a32,a33,det)
331    IMPLICIT NONE
332    REAL(rstd), INTENT(IN) :: a11,a12,a13,a21,a22,a23,a31,a32,a33
333    REAL(rstd), INTENT(OUT) :: det
334    REAL(rstd) ::  x1,x2,x3
335    x1 =  a11 * (a22 * a33 - a23 * a32)
336    x2 =  a12 * (a21 * a33 - a23 * a31)
337    x3 =  a13 * (a21 * a32 - a22 * a31)
338    det =  x1 - x2 + x3
339  END SUBROUTINE determinant
340
341
342  END SUBROUTINE compute_gradq3d
343
344  ! Backward trajectories, for use with Miura approach
345  SUBROUTINE compute_backward_traj(normal,tangent,ue,tau, cc)
346    USE trace
347    USE omp_para
348    IMPLICIT NONE
349    REAL(rstd),INTENT(IN)    :: normal(3*iim*jjm,3)
350    REAL(rstd),INTENT(IN)    :: tangent(3*iim*jjm,3)
351    REAL(rstd),INTENT(IN)    :: ue(iim*3*jjm,llm)
352    REAL(rstd),INTENT(OUT)   :: cc(3*iim*jjm,llm,3) ! start of backward trajectory
353    REAL(rstd),INTENT(IN)    :: tau
354
355    REAL(rstd) :: v_e(3), up_e, qe, ed(3)   
356    INTEGER :: ij,l
357
358    CALL trace_start("compute_backward_traj")
359
360    ! TODO : compute normal displacement ue*tau as hfluxt / mass(upwind) then reconstruct tangential displacement
361   
362    ! reconstruct tangential wind then 3D wind at edge then cc = edge midpoint - u*tau
363    DO l = ll_begin,ll_end
364!$SIMD
365      DO ij=ij_begin,ij_end
366             up_e =1/de(ij+u_right)*(                                                   &
367                  wee(ij+u_right,1,1)*le(ij+u_rup)*ue(ij+u_rup,l)+                        &
368                  wee(ij+u_right,2,1)*le(ij+u_lup)*ue(ij+u_lup,l)+                        &
369                  wee(ij+u_right,3,1)*le(ij+u_left)*ue(ij+u_left,l)+                      &
370                  wee(ij+u_right,4,1)*le(ij+u_ldown)*ue(ij+u_ldown,l)+                    &
371                  wee(ij+u_right,5,1)*le(ij+u_rdown)*ue(ij+u_rdown,l)+                    & 
372                  wee(ij+u_right,1,2)*le(ij+t_right+u_ldown)*ue(ij+t_right+u_ldown,l)+    &
373                  wee(ij+u_right,2,2)*le(ij+t_right+u_rdown)*ue(ij+t_right+u_rdown,l)+    &
374                  wee(ij+u_right,3,2)*le(ij+t_right+u_right)*ue(ij+t_right+u_right,l)+    &
375                  wee(ij+u_right,4,2)*le(ij+t_right+u_rup)*ue(ij+t_right+u_rup,l)+        &
376                  wee(ij+u_right,5,2)*le(ij+t_right+u_lup)*ue(ij+t_right+u_lup,l)         &
377                  )
378             v_e = ue(ij+u_right,l)*normal(ij+u_right,:) + up_e*tangent(ij+u_right,:)
379             cc(ij+u_right,l,:) = xyz_e(ij+u_right,:) - v_e*tau
380
381             up_e=1/de(ij+u_lup)*(                                                      &
382                  wee(ij+u_lup,1,1)*le(ij+u_left)*ue(ij+u_left,l)+                        &
383                  wee(ij+u_lup,2,1)*le(ij+u_ldown)*ue(ij+u_ldown,l)+                      &
384                  wee(ij+u_lup,3,1)*le(ij+u_rdown)*ue(ij+u_rdown,l)+                      &
385                  wee(ij+u_lup,4,1)*le(ij+u_right)*ue(ij+u_right,l)+                      &
386                  wee(ij+u_lup,5,1)*le(ij+u_rup)*ue(ij+u_rup,l)+                          & 
387                  wee(ij+u_lup,1,2)*le(ij+t_lup+u_right)*ue(ij+t_lup+u_right,l)+          &
388                  wee(ij+u_lup,2,2)*le(ij+t_lup+u_rup)*ue(ij+t_lup+u_rup,l)+              &
389                  wee(ij+u_lup,3,2)*le(ij+t_lup+u_lup)*ue(ij+t_lup+u_lup,l)+              &
390                  wee(ij+u_lup,4,2)*le(ij+t_lup+u_left)*ue(ij+t_lup+u_left,l)+            &
391                  wee(ij+u_lup,5,2)*le(ij+t_lup+u_ldown)*ue(ij+t_lup+u_ldown,l)           &
392                  )
393             v_e = ue(ij+u_lup,l)*normal(ij+u_lup,:) + up_e*tangent(ij+u_lup,:)
394             cc(ij+u_lup,l,:) = xyz_e(ij+u_lup,:) - v_e*tau
395           
396
397             up_e=1/de(ij+u_ldown)*(                                                    &
398                  wee(ij+u_ldown,1,1)*le(ij+u_rdown)*ue(ij+u_rdown,l)+                    &
399                  wee(ij+u_ldown,2,1)*le(ij+u_right)*ue(ij+u_right,l)+                    &
400                  wee(ij+u_ldown,3,1)*le(ij+u_rup)*ue(ij+u_rup,l)+                        &
401                  wee(ij+u_ldown,4,1)*le(ij+u_lup)*ue(ij+u_lup,l)+                        &
402                  wee(ij+u_ldown,5,1)*le(ij+u_left)*ue(ij+u_left,l)+                      & 
403                  wee(ij+u_ldown,1,2)*le(ij+t_ldown+u_lup)*ue(ij+t_ldown+u_lup,l)+        &
404                  wee(ij+u_ldown,2,2)*le(ij+t_ldown+u_left)*ue(ij+t_ldown+u_left,l)+      &
405                  wee(ij+u_ldown,3,2)*le(ij+t_ldown+u_ldown)*ue(ij+t_ldown+u_ldown,l)+    &
406                  wee(ij+u_ldown,4,2)*le(ij+t_ldown+u_rdown)*ue(ij+t_ldown+u_rdown,l)+    &
407                  wee(ij+u_ldown,5,2)*le(ij+t_ldown+u_right)*ue(ij+t_ldown+u_right,l)     &
408                  )
409             v_e = ue(ij+u_ldown,l)*normal(ij+u_ldown,:) + up_e*tangent(ij+u_ldown,:)
410             cc(ij+u_ldown,l,:) = xyz_e(ij+u_ldown,:) - v_e*tau
411       ENDDO
412    END DO
413
414    CALL trace_end("compute_backward_traj")
415
416  END SUBROUTINE compute_backward_traj
417
418  ! Horizontal transport (S. Dubey, T. Dubos)
419  ! Slope-limited van Leer approach with hexagons
420  SUBROUTINE compute_advect_horiz(update_mass,hfluxt,cc,gradq3d, mass,qi) 
421    USE trace
422    USE omp_para
423    IMPLICIT NONE
424    LOGICAL, INTENT(IN)       :: update_mass
425    REAL(rstd), INTENT(IN)    :: gradq3d(iim*jjm,llm,3) 
426    REAL(rstd), INTENT(IN)    :: hfluxt(3*iim*jjm,llm) ! mass flux
427    REAL(rstd), INTENT(IN)    :: cc(3*iim*jjm,llm,3)   ! barycenter of quadrilateral, where q is evaluated (1-point quadrature)
428    REAL(rstd), INTENT(INOUT) :: mass(iim*jjm,llm)
429    REAL(rstd), INTENT(INOUT) :: qi(iim*jjm,llm)
430
431    REAL(rstd) :: dq,dmass,qe,ed(3), newmass
432    REAL(rstd) :: qflux(3*iim*jjm,llm)
433    INTEGER :: ij,k,l
434
435    CALL trace_start("compute_advect_horiz")
436
437    ! evaluate tracer field at point cc using piecewise linear reconstruction
438    ! q(cc)= q0 + gradq.(cc-xyz_i)  with xi centroid of hexagon
439    ! ne*hfluxt>0 iff outgoing
440    DO l = ll_begin,ll_end
441
442!$SIMD
443      DO ij=ij_begin_ext,ij_end_ext
444
445             IF (ne(ij,right)*hfluxt(ij+u_right,l)>0) THEN
446                ed = cc(ij+u_right,l,:) - xyz_i(ij,:)
447!                qe = qi(ij,l)+sum2(gradq3d(ij,l,:),ed)
448                 qe = qi(ij,l)+gradq3d(ij,l,1)*ed(1)+gradq3d(ij,l,2)*ed(2)+gradq3d(ij,l,3)*ed(3) 
449             ELSE
450                ed = cc(ij+u_right,l,:) - xyz_i(ij+t_right,:)
451!                qe = qi(ij+t_right,l)+sum2(gradq3d(ij+t_right,l,:),ed)
452                qe = qi(ij+t_right,l) + gradq3d(ij+t_right,l,1)*ed(1)+gradq3d(ij+t_right,l,2)*ed(2)+gradq3d(ij+t_right,l,3)*ed(3) 
453             ENDIF
454             qflux(ij+u_right,l) = hfluxt(ij+u_right,l)*qe
455             
456             IF (ne(ij,lup)*hfluxt(ij+u_lup,l)>0) THEN
457                ed = cc(ij+u_lup,l,:) - xyz_i(ij,:)
458!                qe = qi(ij,l)+sum2(gradq3d(ij,l,:),ed)
459                qe = qi(ij,l)  + gradq3d(ij,l,1)*ed(1)+gradq3d(ij,l,2)*ed(2)+gradq3d(ij,l,3)*ed(3) 
460             ELSE
461                ed = cc(ij+u_lup,l,:) - xyz_i(ij+t_lup,:)
462!                qe = qi(ij+t_lup,l)+sum2(gradq3d(ij+t_lup,l,:),ed)
463                qe = qi(ij+t_lup,l) + gradq3d(ij+t_lup,l,1)*ed(1)+gradq3d(ij+t_lup,l,2)*ed(2)+gradq3d(ij+t_lup,l,3)*ed(3) 
464             ENDIF
465             qflux(ij+u_lup,l) = hfluxt(ij+u_lup,l)*qe 
466
467             IF (ne(ij,ldown)*hfluxt(ij+u_ldown,l)>0) THEN
468                ed = cc(ij+u_ldown,l,:) - xyz_i(ij,:)
469!                qe = qi(ij,l)+sum2(gradq3d(ij,l,:),ed)
470                qe = qi(ij,l) + gradq3d(ij,l,1)*ed(1)+gradq3d(ij,l,2)*ed(2)+gradq3d(ij,l,3)*ed(3) 
471             ELSE
472                ed = cc(ij+u_ldown,l,:) - xyz_i(ij+t_ldown,:)
473!                qe = qi(ij+t_ldown,l)+sum2(gradq3d(ij+t_ldown,l,:),ed)
474                qe = qi(ij+t_ldown,l)+gradq3d(ij+t_ldown,l,1)*ed(1)+gradq3d(ij+t_ldown,l,2)*ed(2)+gradq3d(ij+t_ldown,l,3)*ed(3) 
475             ENDIF
476             qflux(ij+u_ldown,l) = hfluxt(ij+u_ldown,l)*qe
477       END DO
478    END DO
479
480    ! update q and, if update_mass, update mass
481    DO l = ll_begin,ll_end
482!$SIMD
483      DO ij=ij_begin,ij_end
484             ! sign convention as Ringler et al. (2010) eq. 21
485             dmass =   hfluxt(ij+u_right,l)*ne(ij,right)   &
486                     + hfluxt(ij+u_lup,l)  *ne(ij,lup)     &
487                     + hfluxt(ij+u_ldown,l)*ne(ij,ldown)   &
488                     + hfluxt(ij+u_rup,l)  *ne(ij,rup)     &
489                     + hfluxt(ij+u_left,l) *ne(ij,left)    &
490                     + hfluxt(ij+u_rdown,l)*ne(ij,rdown)
491
492             dq    =   qflux(ij+u_right,l) *ne(ij,right)   &
493                     + qflux(ij+u_lup,l)   *ne(ij,lup)     &
494                     + qflux(ij+u_ldown,l) *ne(ij,ldown)   &
495                     + qflux(ij+u_rup,l)   *ne(ij,rup)     &
496                     + qflux(ij+u_left,l)  *ne(ij,left)    &
497                     + qflux(ij+u_rdown,l) *ne(ij,rdown)
498
499             
500             newmass = mass(ij,l) - dmass/Ai(ij)
501             qi(ij,l) = (qi(ij,l)*mass(ij,l) - dq/Ai(ij) ) / newmass
502             IF(update_mass) mass(ij,l) = newmass
503
504       END DO
505    END DO
506
507    CALL trace_end("compute_advect_horiz")
508  CONTAINS
509
510    !====================================================================================
511    PURE REAL(rstd) FUNCTION sum2(a1,a2)
512      IMPLICIT NONE
513      REAL(rstd),INTENT(IN):: a1(3), a2(3)
514      sum2 = a1(1)*a2(1)+a1(2)*a2(2)+a1(3)*a2(3)
515      ! sum2 = 0. ! Godunov scheme
516    END FUNCTION sum2
517
518  END SUBROUTINE compute_advect_horiz
519
520
521END MODULE advect_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.