source: codes/icosagcm/trunk/src/advect_tracer.f90 @ 402

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Add module for tracer.
Some tracer can be defined as passive, ie not advected

YM

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RevLine 
[17]1MODULE advect_tracer_mod
[19]2  USE icosa
[138]3  IMPLICIT NONE
[17]4  PRIVATE
[22]5
[186]6  TYPE(t_field),SAVE,POINTER :: f_normal(:)
7  TYPE(t_field),SAVE,POINTER :: f_tangent(:)
8  TYPE(t_field),SAVE,POINTER :: f_gradq3d(:)
9  TYPE(t_field),SAVE,POINTER :: f_cc(:)  ! starting point of backward-trajectory (Miura approach)
[252]10  TYPE(t_field),SAVE,POINTER :: f_sqrt_leng(:)
[151]11
[186]12  TYPE(t_message),SAVE :: req_u, req_cc, req_wfluxt, req_q, req_rhodz, req_gradq3d
[151]13
[136]14  REAL(rstd), PARAMETER :: pente_max=2.0 ! for vlz
15
[151]16! temporary shared variable for vlz
[186]17  TYPE(t_field),SAVE,POINTER :: f_dzqw(:)   ! vertical finite difference of q
18  TYPE(t_field),SAVE,POINTER :: f_adzqw(:)  ! abs(dzqw)
19  TYPE(t_field),SAVE,POINTER :: f_dzq(:)    ! limited slope of q
20  TYPE(t_field),SAVE,POINTER :: f_wq(:)     ! time-integrated flux of q
[151]21
[136]22  PUBLIC init_advect_tracer, advect_tracer
23
[17]24CONTAINS
[22]25
[98]26  SUBROUTINE init_advect_tracer
[22]27    USE advect_mod
[295]28    USE omp_para
[22]29    REAL(rstd),POINTER :: tangent(:,:)
30    REAL(rstd),POINTER :: normal(:,:)
[252]31    REAL(rstd),POINTER :: sqrt_leng(:)
[23]32    INTEGER :: ind
[22]33
[138]34    CALL allocate_field(f_normal,field_u,type_real,3, name='normal')
35    CALL allocate_field(f_tangent,field_u,type_real,3, name='tangent')
36    CALL allocate_field(f_gradq3d,field_t,type_real,llm,3, name='gradq3d')
37    CALL allocate_field(f_cc,field_u,type_real,llm,3, name='cc')
[252]38    CALL allocate_field(f_sqrt_leng,field_t,type_real, name='sqrt_leng')
[151]39    CALL allocate_field(f_dzqw, field_t, type_real, llm, name='dzqw')
40    CALL allocate_field(f_adzqw, field_t, type_real, llm, name='adzqw')
41    CALL allocate_field(f_dzq, field_t, type_real, llm, name='dzq')
42    CALL allocate_field(f_wq, field_t, type_real, llm+1, name='wq')
43   
[22]44    DO ind=1,ndomain
[186]45       IF (.NOT. assigned_domain(ind)) CYCLE
[22]46       CALL swap_dimensions(ind)
47       CALL swap_geometry(ind)
48       normal=f_normal(ind)
49       tangent=f_tangent(ind)
[252]50       sqrt_leng=f_sqrt_leng(ind)
[295]51       IF (is_omp_level_master) CALL init_advect(normal,tangent,sqrt_leng)
[22]52    END DO
53
[17]54  END SUBROUTINE init_advect_tracer
[22]55
[136]56  SUBROUTINE advect_tracer(f_hfluxt, f_wfluxt,f_u, f_q,f_rhodz)
[22]57    USE advect_mod
[136]58    USE mpipara
[145]59    USE trace
[347]60    USE write_field_mod
[380]61    USE tracer_mod
[22]62    IMPLICIT NONE
[145]63   
[136]64    TYPE(t_field),POINTER :: f_hfluxt(:)   ! time-integrated horizontal mass flux
65    TYPE(t_field),POINTER :: f_wfluxt(:)   ! time-integrated vertical mass flux
66    TYPE(t_field),POINTER :: f_u(:)        ! velocity (for back-trajectories)
67    TYPE(t_field),POINTER :: f_q(:)        ! tracer
68    TYPE(t_field),POINTER :: f_rhodz(:)    ! mass field at beginning of macro time step
[17]69
[252]70    REAL(rstd),POINTER :: q(:,:,:), normal(:,:), tangent(:,:), sqrt_leng(:), gradq3d(:,:,:), cc(:,:,:)
[136]71    REAL(rstd),POINTER :: hfluxt(:,:), wfluxt(:,:)
72    REAL(rstd),POINTER :: rhodz(:,:), u(:,:) 
[151]73! temporary shared variable for vlz
74    REAL(rstd),POINTER ::  dzqw(:,:)         ! vertical finite difference of q
75    REAL(rstd),POINTER ::  adzqw(:,:)        ! abs(dzqw)
76    REAL(rstd),POINTER ::  dzq(:,:)          ! limited slope of q
77    REAL(rstd),POINTER ::  wq(:,:)           ! time-integrated flux of q
78   
[380]79     INTEGER :: ind,k, nq_last
[151]80    LOGICAL,SAVE :: first=.TRUE.
81!$OMP THREADPRIVATE(first)
[17]82
[151]83    IF (first) THEN
84      first=.FALSE.
[364]85      CALL init_message(f_u,req_e1_vect,req_u, 'req_u')
86      CALL init_message(f_cc,req_e1_scal,req_cc, 'req_cc')
87      CALL init_message(f_wfluxt,req_i1,req_wfluxt, 'req_wfluxt')
88      CALL init_message(f_q,req_i1,req_q, 'req_q')
89      CALL init_message(f_rhodz,req_i1,req_rhodz, 'req_rhodz')
90      CALL init_message(f_gradq3d,req_i1,req_gradq3d, 'req_gradq3d')
[151]91    ENDIF
92   
[186]93!!$OMP BARRIER
[151]94
[364]95    IF(nqtot<1) RETURN
[380]96    nq_last=-1
97   
98    DO k = 1, nqtot
99      IF (advection_scheme(k)==advect_vanleer) nq_last=k
100    ENDDO
101     
102    IF(nq_last<0) RETURN
103     
[145]104    CALL trace_start("advect_tracer") 
105
[151]106    CALL send_message(f_u,req_u)
[327]107    CALL send_message(f_wfluxt,req_wfluxt)
108    CALL send_message(f_q,req_q)
109    CALL send_message(f_rhodz,req_rhodz)
110
[186]111    CALL wait_message(req_u)
112    CALL wait_message(req_wfluxt)
113    CALL wait_message(req_q)
[151]114    CALL wait_message(req_rhodz)
115   
[138]116    ! 1/2 vertical transport + back-trajectories
[22]117    DO ind=1,ndomain
[186]118       IF (.NOT. assigned_domain(ind)) CYCLE
[17]119       CALL swap_dimensions(ind)
120       CALL swap_geometry(ind)
[138]121       normal  = f_normal(ind)
122       tangent = f_tangent(ind)
123       cc      = f_cc(ind)
124       u       = f_u(ind)
[136]125       q       = f_q(ind)
126       rhodz   = f_rhodz(ind)
127       wfluxt  = f_wfluxt(ind) 
[151]128       dzqw    = f_dzqw(ind)
129       adzqw   = f_adzqw(ind)
130       dzq     = f_dzq(ind)
131       wq      = f_wq(ind) 
[148]132
[138]133       DO k = 1, nqtot
[380]134          IF (advection_scheme(k)==advect_vanleer) CALL vlz(k==nq_last,0.5, wfluxt,rhodz,q(:,:,k),1,dzqw, adzqw, dzq, wq)
[138]135       END DO
[148]136
[138]137       CALL compute_backward_traj(tangent,normal,u,0.5*dt*itau_adv, cc) 
[151]138
[22]139    END DO
[17]140
[174]141    CALL send_message(f_cc,req_cc)
[17]142
[174]143
[138]144    ! horizontal transport - split in two to place transfer of gradq3d
[136]145    DO k = 1, nqtot
[380]146      IF (advection_scheme(k)==advect_vanleer) THEN
147       
148        DO ind=1,ndomain
[186]149          IF (.NOT. assigned_domain(ind)) CYCLE
[138]150          CALL swap_dimensions(ind)
151          CALL swap_geometry(ind)
152          q       = f_q(ind)
153          gradq3d = f_gradq3d(ind)
[252]154          sqrt_leng=f_sqrt_leng(ind)
155          CALL compute_gradq3d(q(:,:,k),sqrt_leng,gradq3d,xyz_i,xyz_v)
[327]156
[380]157        END DO
[17]158
[380]159        CALL send_message(f_gradq3d,req_gradq3d)
160        CALL wait_message(req_cc)
161        CALL wait_message(req_gradq3d)
[17]162
[148]163
[380]164        DO ind=1,ndomain
[186]165          IF (.NOT. assigned_domain(ind)) CYCLE
[138]166          CALL swap_dimensions(ind)
167          CALL swap_geometry(ind)
168          cc      = f_cc(ind)
169          q       = f_q(ind)
170          rhodz   = f_rhodz(ind)
171          hfluxt  = f_hfluxt(ind) 
172          gradq3d = f_gradq3d(ind)
[380]173          CALL compute_advect_horiz(k==nq_last,hfluxt,cc,gradq3d, rhodz,q(:,:,k))
174        END DO
175      ENDIF
[138]176    END DO 
[146]177   
[136]178    ! 1/2 vertical transport
[186]179!!$OMP BARRIER
[151]180
[138]181    DO ind=1,ndomain
[186]182       IF (.NOT. assigned_domain(ind)) CYCLE
[138]183       CALL swap_dimensions(ind)
184       CALL swap_geometry(ind)
185       q       = f_q(ind)
186       rhodz   = f_rhodz(ind)
187       wfluxt  = f_wfluxt(ind) 
[151]188       dzqw    = f_dzqw(ind)
189       adzqw   = f_adzqw(ind)
190       dzq     = f_dzq(ind)
191       wq      = f_wq(ind) 
192
[138]193       DO k = 1,nqtot
[380]194         IF (advection_scheme(k)==advect_vanleer) CALL vlz(k==nq_last, 0.5,wfluxt,rhodz, q(:,:,k),0, dzqw, adzqw, dzq, wq)
[138]195       END DO
[151]196
[136]197    END DO
[138]198
[146]199    CALL trace_end("advect_tracer")
200
[186]201!!$OMP BARRIER
[151]202
[138]203  END SUBROUTINE advect_tracer
204
[151]205  SUBROUTINE vlz(update_mass, fac,wfluxt,mass, q, halo, dzqw, adzqw, dzq, wq)
[136]206    !
207    !     Auteurs:   P.Le Van, F.Hourdin, F.Forget, T. Dubos
208    !
209    !    ********************************************************************
210    !     Update tracers using vertical mass flux only
211    !     Van Leer scheme with minmod limiter
212    !     wfluxt >0 for upward transport
213    !    ********************************************************************
[148]214    USE trace
[151]215    USE omp_para
[22]216    IMPLICIT NONE
[136]217    LOGICAL, INTENT(IN)       :: update_mass
218    REAL(rstd), INTENT(IN)    :: fac, wfluxt(iim*jjm,llm+1) ! vertical mass flux
219    REAL(rstd), INTENT(INOUT) :: mass(iim*jjm,llm)
220    REAL(rstd), INTENT(INOUT) :: q(iim*jjm,llm)
[148]221    INTEGER, INTENT(IN) :: halo
[22]222
[151]223! temporary shared variable
224    REAL(rstd),INTENT(INOUT) :: dzqw(iim*jjm,llm),        & ! vertical finite difference of q
225                                adzqw(iim*jjm,llm),       & ! abs(dzqw)
226                                dzq(iim*jjm,llm),         & ! limited slope of q
227                                wq(iim*jjm,llm+1)           ! time-integrated flux of q
228
229
[136]230    REAL(rstd) :: dzqmax, newmass, sigw, qq, w
[174]231    INTEGER :: i,ij,l,j,ijb,ije
[22]232
[148]233    CALL trace_start("vlz")
[174]234     
235     ijb=((jj_begin-halo)-1)*iim+ii_begin-halo
236     ije = ((jj_end+halo)-1)*iim+ii_end+halo
[148]237
[136]238    ! finite difference of q
[151]239
240     DO l=ll_beginp1,ll_end
[174]241!$SIMD
242       DO ij=ijb,ije
243         dzqw(ij,l)=q(ij,l)-q(ij,l-1)
244         adzqw(ij,l)=abs(dzqw(ij,l))
[22]245       ENDDO
246    ENDDO
247
[151]248!--> flush dzqw, adzqw
[295]249!$OMP BARRIER
[151]250
[136]251    ! minmod-limited slope of q
252    ! dzq = slope*dz, i.e. the reconstructed q varies by dzq inside level l
[151]253
254     DO l=ll_beginp1,ll_endm1
[174]255!$SIMD
256       DO ij=ijb,ije 
257         IF(dzqw(ij,l)*dzqw(ij,l+1).gt.0.) THEN
258             dzq(ij,l) = 0.5*( dzqw(ij,l)+dzqw(ij,l+1) )
259             dzqmax    = pente_max * min( adzqw(ij,l),adzqw(ij,l+1) )
260             dzq(ij,l) = sign( min(abs(dzq(ij,l)),dzqmax) , dzq(ij,l) )  ! NB : sign(a,b)=a*sign(b)
261          ELSE
262             dzq(ij,l)=0.
263          ENDIF
[22]264       ENDDO
265    ENDDO
[17]266
[151]267
[136]268    ! 0 slope in top and bottom layers
[295]269    IF (is_omp_first_level) THEN
[174]270      DO ij=ijb,ije
[151]271           dzq(ij,1)=0.
272      ENDDO
273    ENDIF
274     
[295]275    IF (is_omp_last_level) THEN
[174]276      DO ij=ijb,ije
[136]277          dzq(ij,llm)=0.
[151]278      ENDDO
279    ENDIF
[17]280
[151]281!---> flush dzq
[295]282!$OMP BARRIER 
[151]283
[136]284    ! sigw = fraction of mass that leaves level l/l+1
285    ! then amount of q leaving level l/l+1 = wq = w * qq
[151]286     DO l=ll_beginp1,ll_end
[174]287!$SIMD
288       DO ij=ijb,ije
[151]289             w = fac*wfluxt(ij,l)
[138]290             IF(w>0.) THEN  ! upward transport, upwind side is at level l
[151]291                sigw       = w/mass(ij,l-1)
292                qq         = q(ij,l-1)+0.5*(1.-sigw)*dzq(ij,l-1) ! qq = q if sigw=1 , qq = q+dzq/2 if sigw=0
293             ELSE           ! downward transport, upwind side is at level l+1
[138]294                sigw       = w/mass(ij,l)
[151]295                qq         = q(ij,l)-0.5*(1.+sigw)*dzq(ij,l) ! qq = q if sigw=-1 , qq = q-dzq/2 if sigw=0               
[22]296             ENDIF
[151]297             wq(ij,l) = w*qq
[22]298       ENDDO
299    END DO
[136]300    ! wq = 0 at top and bottom
[295]301    IF (is_omp_first_level) THEN
[174]302       DO ij=ijb,ije
[151]303            wq(ij,1)=0.
304      END DO
305    ENDIF
306   
[295]307    IF (is_omp_last_level) THEN
[174]308      DO ij=ijb,ije
[151]309            wq(ij,llm+1)=0.
310      END DO
311    ENDIF
[17]312
[151]313! --> flush wq
[295]314!$OMP BARRIER
[151]315
316
[136]317    ! update q, mass is updated only after all q's have been updated
[151]318    DO l=ll_begin,ll_end
[174]319!$SIMD
320       DO ij=ijb,ije
[136]321             newmass = mass(ij,l) + fac*(wfluxt(ij,l)-wfluxt(ij,l+1))
322             q(ij,l) = ( q(ij,l)*mass(ij,l) + wq(ij,l)-wq(ij,l+1) ) / newmass
323             IF(update_mass) mass(ij,l)=newmass
[22]324       ENDDO
325    END DO
[136]326
[148]327    CALL trace_end("vlz")
328
[22]329  END SUBROUTINE vlz
[17]330
331END MODULE advect_tracer_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.