bilan_dyn.f90 Source File

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! $Id: bilan_dyn.f90 5285 2024-10-28 13:33:29Z abarral $
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SUBROUTINE bilan_dyn (ntrac,dt_app,dt_cum, &
        ps,masse,pk,flux_u,flux_v,teta,phi,ucov,vcov,trac)

  !   AFAIRE
  !   Prevoir en champ nq+1 le diagnostique de l'energie
  !   en faisant Qzon=Cv T + L * ...
  !             vQ..A=Cp T + L * ...

  USE iniprint_mod_h
  USE comgeom2_mod_h
  USE IOIPSL
  USE comconst_mod, ONLY: pi, cpp
  USE comvert_mod, ONLY: presnivs
  USE temps_mod, ONLY: annee_ref, day_ref, itau_dyn

  USE dimensions_mod, ONLY: iim, jjm, llm, ndm
USE paramet_mod_h
IMPLICIT NONE




  !====================================================================
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  !   Sous-programme consacre � des diagnostics dynamiques de base
  !
  !
  !   De facon generale, les moyennes des scalaires Q sont ponderees par
  !   la masse.
  !
  !   Les flux de masse sont eux simplement moyennes.
  !
  !====================================================================

  !   Arguments :
  !   ===========

  integer :: ntrac
  real :: dt_app,dt_cum
  real :: ps(iip1,jjp1)
  real :: masse(iip1,jjp1,llm),pk(iip1,jjp1,llm)
  real :: flux_u(iip1,jjp1,llm)
  real :: flux_v(iip1,jjm,llm)
  real :: teta(iip1,jjp1,llm)
  real :: phi(iip1,jjp1,llm)
  real :: ucov(iip1,jjp1,llm)
  real :: vcov(iip1,jjm,llm)
  real :: trac(iip1,jjp1,llm,ntrac)

  !   Local :
  !   =======

  integer :: icum,ncum
  logical :: first
  real :: zz,zqy,zfactv(jjm,llm)

  integer :: nQ
  parameter (nQ=7)


  !ym      character*6 nom(nQ)
  !ym      character*6 unites(nQ)
  character*6,save :: nom(nQ)
  character*6,save :: unites(nQ)

  character(len=10) :: file
  integer :: ifile
  parameter (ifile=4)

  integer :: itemp,igeop,iecin,iang,iu,iovap,iun
  integer :: i_sortie

  save first,icum,ncum
  save itemp,igeop,iecin,iang,iu,iovap,iun
  save i_sortie

  real :: time
  integer :: itau
  save time,itau
  data time,itau/0.,0/

  data first/.true./
  data itemp,igeop,iecin,iang,iu,iovap,iun/1,2,3,4,5,6,7/
  data i_sortie/1/

  real :: ww

  !   variables dynamiques interm�diaires
  REAL :: vcont(iip1,jjm,llm),ucont(iip1,jjp1,llm)
  REAL :: ang(iip1,jjp1,llm),unat(iip1,jjp1,llm)
  REAL :: massebx(iip1,jjp1,llm),masseby(iip1,jjm,llm)
  REAL :: vorpot(iip1,jjm,llm)
  REAL :: w(iip1,jjp1,llm),ecin(iip1,jjp1,llm),convm(iip1,jjp1,llm)
  REAL :: bern(iip1,jjp1,llm)

  !   champ contenant les scalaires advect�s.
  real :: Q(iip1,jjp1,llm,nQ)

  !   champs cumul�s
  real :: ps_cum(iip1,jjp1)
  real :: masse_cum(iip1,jjp1,llm)
  real :: flux_u_cum(iip1,jjp1,llm)
  real :: flux_v_cum(iip1,jjm,llm)
  real :: Q_cum(iip1,jjp1,llm,nQ)
  real :: flux_uQ_cum(iip1,jjp1,llm,nQ)
  real :: flux_vQ_cum(iip1,jjm,llm,nQ)
  real :: flux_wQ_cum(iip1,jjp1,llm,nQ)
  real :: dQ(iip1,jjp1,llm,nQ)

  save ps_cum,masse_cum,flux_u_cum,flux_v_cum
  save Q_cum,flux_uQ_cum,flux_vQ_cum

  !   champs de tansport en moyenne zonale
  integer :: ntr,itr
  parameter (ntr=5)

  !ym      character*10 znom(ntr,nQ)
  !ym      character*20 znoml(ntr,nQ)
  !ym      character*10 zunites(ntr,nQ)
  character*10,save :: znom(ntr,nQ)
  character*20,save :: znoml(ntr,nQ)
  character*10,save :: zunites(ntr,nQ)

  integer :: iave,itot,immc,itrs,istn
  data iave,itot,immc,itrs,istn/1,2,3,4,5/
  character(len=3) :: ctrs(ntr)
  data ctrs/'  ','TOT','MMC','TRS','STN'/

  real :: zvQ(jjm,llm,ntr,nQ),zvQtmp(jjm,llm)
  real :: zavQ(jjm,ntr,nQ),psiQ(jjm,llm+1,nQ)
  real :: zmasse(jjm,llm),zamasse(jjm)

  real :: zv(jjm,llm),psi(jjm,llm+1)

  integer :: i,j,l,iQ


  !   Initialisation du fichier contenant les moyennes zonales.
  !   ---------------------------------------------------------

  character(len=10) :: infile

  integer :: fileid
  integer :: thoriid, zvertiid
  save fileid

  integer :: ndex3d(jjm*llm)

  !   Variables locales
  !
  integer :: tau0
  real :: zjulian
  character(len=3) :: str
  character(len=10) :: ctrac
  integer :: ii,jj
  integer :: zan, dayref
  !
  real :: rlong(jjm),rlatg(jjm)



  !=====================================================================
  !   Initialisation
  !=====================================================================

  time=time+dt_app
  itau=itau+1
  !IM
  ndex3d=0

  if (first) then


    icum=0
    ! initialisation des fichiers
    first=.false.
  !   ncum est la frequence de stokage en pas de temps
    ncum=dt_cum/dt_app
    if (abs(ncum*dt_app-dt_cum).gt.1.e-5*dt_app) then
       WRITE(lunout,*) &
             'Pb : le pas de cumule doit etre multiple du pas'
       WRITE(lunout,*)'dt_app=',dt_app
       WRITE(lunout,*)'dt_cum=',dt_cum
       call abort_gcm('bilan_dyn','stopped',1)
    endif

    if (i_sortie.eq.1) then
     file='dynzon'
     call inigrads(ifile,1 &
           ,0.,180./pi,0.,0.,jjm,rlatv,-90.,90.,180./pi &
           ,llm,presnivs,1. &
           ,dt_cum,file,'dyn_zon ')
    endif

    nom(itemp)='T'
    nom(igeop)='gz'
    nom(iecin)='K'
    nom(iang)='ang'
    nom(iu)='u'
    nom(iovap)='ovap'
    nom(iun)='un'

    unites(itemp)='K'
    unites(igeop)='m2/s2'
    unites(iecin)='m2/s2'
    unites(iang)='ang'
    unites(iu)='m/s'
    unites(iovap)='kg/kg'
    unites(iun)='un'


  !   Initialisation du fichier contenant les moyennes zonales.
  !   ---------------------------------------------------------

  infile='dynzon'

  zan = annee_ref
  dayref = day_ref
  CALL ymds2ju(zan, 1, dayref, 0.0, zjulian)
  tau0 = itau_dyn

  rlong=0.
  rlatg=rlatv*180./pi

  call histbeg(infile, 1, rlong, jjm, rlatg, &
        1, 1, 1, jjm, &
        tau0, zjulian, dt_cum, thoriid, fileid)

  !
  !  Appel a histvert pour la grille verticale
  !
  call histvert(fileid, 'presnivs', 'Niveaux sigma','mb', &
        llm, presnivs, zvertiid)
  !
  !  Appels a histdef pour la definition des variables a sauvegarder
  do iQ=1,nQ
     do itr=1,ntr
        if(itr.eq.1) then
           znom(itr,iQ)=nom(iQ)
           znoml(itr,iQ)=nom(iQ)
           zunites(itr,iQ)=unites(iQ)
        else
           znom(itr,iQ)=ctrs(itr)//'v'//nom(iQ)
           znoml(itr,iQ)='transport : v * '//nom(iQ)//' '//ctrs(itr)
           zunites(itr,iQ)='m/s * '//unites(iQ)
        endif
     enddo
  enddo

  !   Declarations des champs avec dimension verticale
   ! print*,'1HISTDEF'
  do iQ=1,nQ
     do itr=1,ntr
  IF (prt_level > 5) &
        WRITE(lunout,*)'var ',itr,iQ &
        ,znom(itr,iQ),znoml(itr,iQ),zunites(itr,iQ)
        call histdef(fileid,znom(itr,iQ),znoml(itr,iQ), &
              zunites(itr,iQ),1,jjm,thoriid,llm,1,llm,zvertiid, &
              32,'ave(X)',dt_cum,dt_cum)
     enddo
  !   Declarations pour les fonctions de courant
   ! print*,'2HISTDEF'
      call histdef(fileid,'psi'//nom(iQ) &
            ,'stream fn. '//znoml(itot,iQ), &
            zunites(itot,iQ),1,jjm,thoriid,llm,1,llm,zvertiid, &
            32,'ave(X)',dt_cum,dt_cum)
  enddo


  !   Declarations pour les champs de transport d'air
   ! print*,'3HISTDEF'
  call histdef(fileid, 'masse', 'masse', &
        'kg', 1, jjm, thoriid, llm, 1, llm, zvertiid, &
        32, 'ave(X)', dt_cum, dt_cum)
  call histdef(fileid, 'v', 'v', &
        'm/s', 1, jjm, thoriid, llm, 1, llm, zvertiid, &
        32, 'ave(X)', dt_cum, dt_cum)
  !   Declarations pour les fonctions de courant
   ! print*,'4HISTDEF'
      call histdef(fileid,'psi','stream fn. MMC ','mega t/s', &
            1,jjm,thoriid,llm,1,llm,zvertiid, &
            32,'ave(X)',dt_cum,dt_cum)


  !   Declaration des champs 1D de transport en latitude
   ! print*,'5HISTDEF'
  do iQ=1,nQ
     do itr=2,ntr
        call histdef(fileid,'a'//znom(itr,iQ),znoml(itr,iQ), &
              zunites(itr,iQ),1,jjm,thoriid,1,1,1,-99, &
              32,'ave(X)',dt_cum,dt_cum)
     enddo
  enddo


   ! print*,'8HISTDEF'
           CALL histend(fileid)


  endif


  !=====================================================================
  !   Calcul des champs dynamiques
  !   ----------------------------

  !   �nergie cin�tique
  ucont(:,:,:)=0
  CALL covcont(llm,ucov,vcov,ucont,vcont)
  CALL enercin(vcov,ucov,vcont,ucont,ecin)

  !   moment cin�tique
  do l=1,llm
     ang(:,:,l)=ucov(:,:,l)+constang(:,:)
     unat(:,:,l)=ucont(:,:,l)*cu(:,:)
  enddo

  Q(:,:,:,itemp)=teta(:,:,:)*pk(:,:,:)/cpp
  Q(:,:,:,igeop)=phi(:,:,:)
  Q(:,:,:,iecin)=ecin(:,:,:)
  Q(:,:,:,iang)=ang(:,:,:)
  Q(:,:,:,iu)=unat(:,:,:)
  Q(:,:,:,iovap)=trac(:,:,:,1)
  Q(:,:,:,iun)=1.


  !=====================================================================
  !   Cumul
  !=====================================================================
  !
  if(icum.EQ.0) then
     ps_cum=0.
     masse_cum=0.
     flux_u_cum=0.
     flux_v_cum=0.
     Q_cum=0.
     flux_vQ_cum=0.
     flux_uQ_cum=0.
  endif

  IF (prt_level > 5) &
        WRITE(lunout,*)'dans bilan_dyn ',icum,'->',icum+1
  icum=icum+1

  !   accumulation des flux de masse horizontaux
  ps_cum=ps_cum+ps
  masse_cum=masse_cum+masse
  flux_u_cum=flux_u_cum+flux_u
  flux_v_cum=flux_v_cum+flux_v
  do iQ=1,nQ
  Q_cum(:,:,:,iQ)=Q_cum(:,:,:,iQ)+Q(:,:,:,iQ)*masse(:,:,:)
  enddo

  !=====================================================================
  !  FLUX ET TENDANCES
  !=====================================================================

  !   Flux longitudinal
  !   -----------------
  do iQ=1,nQ
     do l=1,llm
        do j=1,jjp1
           do i=1,iim
              flux_uQ_cum(i,j,l,iQ)=flux_uQ_cum(i,j,l,iQ) &
                    +flux_u(i,j,l)*0.5*(Q(i,j,l,iQ)+Q(i+1,j,l,iQ))
           enddo
           flux_uQ_cum(iip1,j,l,iQ)=flux_uQ_cum(1,j,l,iQ)
        enddo
     enddo
  enddo

  !    flux m�ridien
  !    -------------
  do iQ=1,nQ
     do l=1,llm
        do j=1,jjm
           do i=1,iip1
              flux_vQ_cum(i,j,l,iQ)=flux_vQ_cum(i,j,l,iQ) &
                    +flux_v(i,j,l)*0.5*(Q(i,j,l,iQ)+Q(i,j+1,l,iQ))
           enddo
        enddo
     enddo
  enddo


  !    tendances
  !    ---------

  !   convergence horizontale
  call  convflu(flux_uQ_cum,flux_vQ_cum,llm*nQ,dQ)

  !   calcul de la vitesse verticale
  call convmas(flux_u_cum,flux_v_cum,convm)
  CALL vitvert(convm,w)

  do iQ=1,nQ
     do l=1,llm-1
        do j=1,jjp1
           do i=1,iip1
              ww=-0.5*w(i,j,l+1)*(Q(i,j,l,iQ)+Q(i,j,l+1,iQ))
              dQ(i,j,l  ,iQ)=dQ(i,j,l  ,iQ)-ww
              dQ(i,j,l+1,iQ)=dQ(i,j,l+1,iQ)+ww
           enddo
        enddo
     enddo
  enddo
  IF (prt_level > 5) &
        WRITE(lunout,*)'Apres les calculs fait a chaque pas'
  !=====================================================================
  !   PAS DE TEMPS D'ECRITURE
  !=====================================================================
  if (icum.eq.ncum) then
  !=====================================================================

  IF (prt_level > 5) &
        WRITE(lunout,*)'Pas d ecriture'

  !   Normalisation
  do iQ=1,nQ
     Q_cum(:,:,:,iQ)=Q_cum(:,:,:,iQ)/masse_cum(:,:,:)
  enddo
  zz=1./REAL(ncum)
  ps_cum=ps_cum*zz
  masse_cum=masse_cum*zz
  flux_u_cum=flux_u_cum*zz
  flux_v_cum=flux_v_cum*zz
  flux_uQ_cum=flux_uQ_cum*zz
  flux_vQ_cum=flux_vQ_cum*zz
  dQ=dQ*zz


  !   A retravailler eventuellement
  !   division de dQ par la masse pour revenir aux bonnes grandeurs
  do iQ=1,nQ
     dQ(:,:,:,iQ)=dQ(:,:,:,iQ)/masse_cum(:,:,:)
  enddo

  !=====================================================================
  !   Transport m�ridien
  !=====================================================================

  !   cumul zonal des masses des mailles
  !   ----------------------------------
  zv=0.
  zmasse=0.
  call massbar(masse_cum,massebx,masseby)
  do l=1,llm
     do j=1,jjm
        do i=1,iim
           zmasse(j,l)=zmasse(j,l)+masseby(i,j,l)
           zv(j,l)=zv(j,l)+flux_v_cum(i,j,l)
        enddo
        zfactv(j,l)=cv(1,j)/zmasse(j,l)
     enddo
  enddo

  ! print*,'3OK'
  !   --------------------------------------------------------------
  !   calcul de la moyenne zonale du transport :
  !   ------------------------------------------
  !
  !                                 --
  ! TOT : la circulation totale       [ vq ]
  !
  !                                  -     -
  ! MMC : mean meridional circulation [ v ] [ q ]
  !
  !                                 ----      --       - -
  ! TRS : transitoires                [ v'q'] = [ vq ] - [ v q ]
  !
  !                                 - * - *       - -       -     -
  ! STT : stationaires                [ v   q   ] = [ v q ] - [ v ] [ q ]
  !
  !                                          - -
  !    on utilise aussi l'intermediaire TMP :  [ v q ]
  !
  !    la variable zfactv transforme un transport meridien cumule
  !    en kg/s * unte-du-champ-transporte en m/s * unite-du-champ-transporte
  !
  !   --------------------------------------------------------------


  !   ----------------------------------------
  !   Transport dans le plan latitude-altitude
  !   ----------------------------------------

  zvQ=0.
  psiQ=0.
  do iQ=1,nQ
     zvQtmp=0.
     do l=1,llm
        do j=1,jjm
           ! print*,'j,l,iQ=',j,l,iQ
  !   Calcul des moyennes zonales du transort total et de zvQtmp
           do i=1,iim
              zvQ(j,l,itot,iQ)=zvQ(j,l,itot,iQ) &
                    +flux_vQ_cum(i,j,l,iQ)
              zqy=      0.5*(Q_cum(i,j,l,iQ)*masse_cum(i,j,l)+ &
                    Q_cum(i,j+1,l,iQ)*masse_cum(i,j+1,l))
              zvQtmp(j,l)=zvQtmp(j,l)+flux_v_cum(i,j,l)*zqy &
                    /(0.5*(masse_cum(i,j,l)+masse_cum(i,j+1,l)))
              zvQ(j,l,iave,iQ)=zvQ(j,l,iave,iQ)+zqy
           enddo
           ! print*,'aOK'
  !   Decomposition
           zvQ(j,l,iave,iQ)=zvQ(j,l,iave,iQ)/zmasse(j,l)
           zvQ(j,l,itot,iQ)=zvQ(j,l,itot,iQ)*zfactv(j,l)
           zvQtmp(j,l)=zvQtmp(j,l)*zfactv(j,l)
           zvQ(j,l,immc,iQ)=zv(j,l)*zvQ(j,l,iave,iQ)*zfactv(j,l)
           zvQ(j,l,itrs,iQ)=zvQ(j,l,itot,iQ)-zvQtmp(j,l)
           zvQ(j,l,istn,iQ)=zvQtmp(j,l)-zvQ(j,l,immc,iQ)
        enddo
     enddo
  !   fonction de courant meridienne pour la quantite Q
     do l=llm,1,-1
        do j=1,jjm
           psiQ(j,l,iQ)=psiQ(j,l+1,iQ)+zvQ(j,l,itot,iQ)
        enddo
     enddo
  enddo

  !   fonction de courant pour la circulation meridienne moyenne
  psi=0.
  do l=llm,1,-1
     do j=1,jjm
        psi(j,l)=psi(j,l+1)+zv(j,l)
        zv(j,l)=zv(j,l)*zfactv(j,l)
     enddo
  enddo

  ! print*,'4OK'
  !   sorties proprement dites
  if (i_sortie.eq.1) then
  do iQ=1,nQ
     do itr=1,ntr
        call histwrite(fileid,znom(itr,iQ),itau,zvQ(:,:,itr,iQ) &
              ,jjm*llm,ndex3d)
     enddo
     call histwrite(fileid,'psi'//nom(iQ),itau,psiQ(:,1:llm,iQ) &
           ,jjm*llm,ndex3d)
  enddo

  call histwrite(fileid,'masse',itau,zmasse &
        ,jjm*llm,ndex3d)
  call histwrite(fileid,'v',itau,zv &
        ,jjm*llm,ndex3d)
  psi=psi*1.e-9
  call histwrite(fileid,'psi',itau,psi(:,1:llm),jjm*llm,ndex3d)

  endif


  !   -----------------
  !   Moyenne verticale
  !   -----------------

  zamasse=0.
  do l=1,llm
     zamasse(:)=zamasse(:)+zmasse(:,l)
  enddo
  zavQ=0.
  do iQ=1,nQ
     do itr=2,ntr
        do l=1,llm
           zavQ(:,itr,iQ)=zavQ(:,itr,iQ)+zvQ(:,l,itr,iQ)*zmasse(:,l)
        enddo
        zavQ(:,itr,iQ)=zavQ(:,itr,iQ)/zamasse(:)
        call histwrite(fileid,'a'//znom(itr,iQ),itau,zavQ(:,itr,iQ) &
              ,jjm*llm,ndex3d)
     enddo
  enddo

  ! on doit pouvoir tracer systematiquement la fonction de courant.

  !=====================================================================
  !/////////////////////////////////////////////////////////////////////
  icum=0                  !///////////////////////////////////////
  endif ! icum.eq.ncum    !///////////////////////////////////////
  !/////////////////////////////////////////////////////////////////////
  !=====================================================================

  return
end subroutine bilan_dyn