source: palm/trunk/SOURCE/init_pegrid.f90 @ 4867

Last change on this file since 4867 was 4848, checked in by gronemeier, 4 years ago

bugfix: removed syn_turb_gen from restart files, replaced use_syn_turb_gen by syn_turb_gen

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 53.5 KB
Line 
1!> @file init_pegrid.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General
6! Public License as published by the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
7! (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the
10! implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General
11! Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with PALM. If not, see
14! <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
16! Current revisions:
17! ------------------
18!
19!
20! Former revisions:
21! -----------------
22! $Id: init_pegrid.f90 4848 2021-01-21 15:51:51Z moh.hefny $
23! replaced use_syn_turb_gen by syn_turb_gen
24!
25! 4648 2020-08-25 07:52:08Z raasch
26! file re-formatted to follow the PALM coding standard
27!
28! 4564 2020-06-12 14:03:36Z raasch
29! Vertical nesting method of Huq et al. (2019) removed
30!
31! 4461 2020-03-12 16:51:59Z raasch
32! communicator configurations for four virtual pe grids defined
33!
34! 4444 2020-03-05 15:59:50Z raasch
35! bugfix: cpp-directives for serial mode added
36!
37! 4360 2020-01-07 11:25:50Z suehring
38! changed message PA0467
39!
40! 4264 2019-10-15 16:00:23Z scharf
41! corrected error message string
42!
43! 4241 2019-09-27 06:32:47Z raasch
44! Check added to ensure that subdomain grid has at least the size as given by the number of ghost
45! points
46!
47! 4182 2019-08-22 15:20:23Z scharf
48! Corrected "Former revisions" section
49!
50! 4045 2019-06-21 10:58:47Z raasch
51! bugfix: kind attribute added to nint function to allow for large integers which may appear in case
52!         of default recycling width and small grid spacings
53!
54! 3999 2019-05-23 16:09:37Z suehring
55! Spend 3 ghost points also in case of pw-scheme when nesting is applied
56!
57! 3897 2019-04-15 11:51:14Z suehring
58! Minor revision of multigrid check; give warning instead of an abort.
59!
60! 3890 2019-04-12 15:59:20Z suehring
61! Check if grid coarsening is possible on subdomain, in order to avoid that multigrid approach
62! effectively reduces to a Gauss-Seidel scheme.
63!
64! 3885 2019-04-11 11:29:34Z kanani
65! Changes related to global restructuring of location messages and introduction of additional debug
66! messages
67!
68! 3884 2019-04-10 13:31:55Z Giersch
69! id_recycling is only calculated in case of tubulent inflow
70!
71! 3761 2019-02-25 15:31:42Z raasch
72! unused variable removed
73!
74! 3655 2019-01-07 16:51:22Z knoop
75! variables documented
76!
77! Revision 1.1  1997/07/24 11:15:09  raasch
78! Initial revision
79!
80!
81! Description:
82! ------------
83!> Determination of the virtual processor topology (if not prescribed by the user) and computation
84!> of the grid point number and array bounds of the local domains.
85!> @todo: remove MPI-data types for 2D exchange on coarse multigrid level (not used any more)
86!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
87 SUBROUTINE init_pegrid
88
89
90    USE control_parameters,                                                                        &
91        ONLY:  bc_dirichlet_l, bc_dirichlet_n, bc_dirichlet_r, bc_dirichlet_s, bc_lr, bc_ns,       &
92               bc_radiation_l, bc_radiation_n, bc_radiation_r, bc_radiation_s, grid_level,         &
93               grid_level_count, maximum_grid_level, message_string, mg_switch_to_pe0_level, psolver
94
95
96#if defined( __parallel )
97    USE control_parameters,                                                                        &
98        ONLY:  coupling_mode, coupling_topology, gathered_size, momentum_advec,                    &
99               outflow_source_plane, recycling_width, scalar_advec, subdomain_size,                &
100               syn_turb_gen, turbulent_inflow, turbulent_outflow, y_shift
101
102    USE grid_variables,                                                                            &
103        ONLY:  dx
104#endif
105
106    USE indices,                                                                                   &
107        ONLY:  nnx, nny, nnz, nx, nxl, nxl_mg, nxlu, nxr, nxr_mg, ny, nyn, nyn_mg, nys, nys_mg,    &
108               nysv, nz, nzb, nzt, nzt_mg, wall_flags_1, wall_flags_2, wall_flags_3, wall_flags_4, &
109               wall_flags_5, wall_flags_6, wall_flags_7, wall_flags_8, wall_flags_9, wall_flags_10
110
111#if defined( __parallel )
112    USE indices,                                                                                   &
113        ONLY:  mg_loc_ind, nbgp, nx_a, nx_o, ny_a, ny_o
114#endif
115
116    USE kinds
117
118    USE pegrid
119
120#if defined( __parallel )
121    USE pmc_interface,                                                                             &
122        ONLY:  nested_run
123
124    USE spectra_mod,                                                                               &
125        ONLY:  calculate_spectra
126
127    USE synthetic_turbulence_generator_mod,                                                        &
128        ONLY:  id_stg_left, id_stg_north, id_stg_right, id_stg_south
129#endif
130
131    USE transpose_indices,                                                                         &
132        ONLY:  nxl_y, nxl_z, nxr_y, nxr_z, nyn_x, nyn_z, nys_x, nys_z, nzb_x, nzb_y, nzt_x, nzt_y
133
134#if defined( __parallel )
135    USE transpose_indices,                                                                         &
136        ONLY:  nxl_yd, nxr_yd, nzb_yd, nzt_yd
137#endif
138
139    IMPLICIT NONE
140
141    INTEGER(iwp) ::  i                        !< running index over number of processors or number of multigrid level
142#if defined( __parallel )
143    INTEGER(iwp) ::  id_inflow_l              !< ID indicating processors located at the left inflow boundary
144    INTEGER(iwp) ::  id_outflow_l             !< local value of id_outflow
145    INTEGER(iwp) ::  id_outflow_source_l      !< local value of id_outflow_source
146    INTEGER(iwp) ::  id_recycling_l           !< ID indicating processors located at the recycling plane
147    INTEGER(iwp) ::  id_stg_left_l            !< left lateral boundary local core id in case of turbulence generator
148    INTEGER(iwp) ::  id_stg_north_l           !< north lateral boundary local core id in case of turbulence generator
149    INTEGER(iwp) ::  id_stg_right_l           !< right lateral boundary local core id in case of turbulence generator
150    INTEGER(iwp) ::  id_stg_south_l           !< south lateral boundary local core id in case of turbulence generator
151    INTEGER(iwp) ::  ind(5)                   !< array containing the subdomain bounds
152#endif
153    INTEGER(iwp) ::  j                        !< running index, used for various loops
154    INTEGER(iwp) ::  k                        !< number of vertical grid points in different multigrid level
155    INTEGER(iwp) ::  maximum_grid_level_l     !< maximum number of grid level without switching to PE 0
156    INTEGER(iwp) ::  mg_levels_x              !< maximum number of grid level allowed along x-direction
157    INTEGER(iwp) ::  mg_levels_y              !< maximum number of grid level allowed along y-direction
158    INTEGER(iwp) ::  mg_levels_z              !< maximum number of grid level allowed along z-direction
159    INTEGER(iwp) ::  mg_switch_to_pe0_level_l !< maximum number of grid level with switching to PE 0
160#if defined( __parallel )
161    INTEGER(iwp) ::  nnx_y                    !< quotient of number of grid points along x-direction and number of PEs used along y-direction
162    INTEGER(iwp) ::  nny_x                    !< quotient of number of grid points along y-direction and number of PEs used along x-direction
163    INTEGER(iwp) ::  nny_z                    !< quotient of number of grid points along y-direction and number of PEs used along x-direction
164    INTEGER(iwp) ::  nnz_x                    !< quotient of number of grid points along z-direction and number of PEs used along x-direction
165    INTEGER(iwp) ::  nnz_y                    !< quotient of number of grid points along z-direction and number of PEs used along x-direction
166    INTEGER(iwp) ::  numproc_sqr              !< square root of the number of processors
167#endif
168    INTEGER(iwp) ::  nxl_l                    !< lower index bound along x-direction on subdomain and different multigrid level
169    INTEGER(iwp) ::  nxr_l                    !< upper index bound along x-direction on subdomain and different multigrid level
170    INTEGER(iwp) ::  nyn_l                    !< lower index bound along y-direction on subdomain and different multigrid level
171    INTEGER(iwp) ::  nys_l                    !< upper index bound along y-direction on subdomain and different multigrid level
172#if defined( __parallel )
173    INTEGER(iwp) ::  nzb_l                    !< lower index bound along z-direction on subdomain and different multigrid level
174#endif
175    INTEGER(iwp) ::  nzt_l                    !< upper index bound along z-direction on subdomain and different multigrid level
176!$  INTEGER(iwp) ::  omp_get_num_threads      !< number of OpenMP threads
177
178#if defined( __parallel )
179    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ind_all !< dummy array containing index bounds on subdomain, used for gathering
180    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  nxlf    !< lower index bound allong x-direction for every PE
181    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  nxrf    !< upper index bound allong x-direction for every PE
182    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  nynf    !< lower index bound allong y-direction for every PE
183    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  nysf    !< lower index bound allong y-direction for every PE
184
185    INTEGER(iwp), DIMENSION(2) ::  pdims_remote         !< number of PEs used for coupled model (only in atmospher-ocean coupling)
186    INTEGER(iwp)               ::  lcoord(2)            !< PE coordinates of left neighbor along x and y
187    INTEGER(iwp)               ::  rcoord(2)            !< PE coordinates of right neighbor along x and y
188#endif
189
190!
191!-- Get the number of OpenMP threads
192    !$OMP PARALLEL
193!$  threads_per_task = omp_get_num_threads()
194    !$OMP END PARALLEL
195
196
197#if defined( __parallel )
198
199    CALL location_message( 'creating virtual PE grids + MPI derived data types', 'start' )
200
201!
202!-- Determine the processor topology or check it, if prescribed by the user
203    IF ( npex == -1  .AND.  npey == -1 )  THEN
204
205!
206!--    Automatic determination of the topology
207       numproc_sqr = SQRT( REAL( numprocs, KIND=wp ) )
208       pdims(1)    = MAX( numproc_sqr , 1 )
209       DO  WHILE ( MOD( numprocs , pdims(1) ) /= 0 )
210          pdims(1) = pdims(1) - 1
211       ENDDO
212       pdims(2) = numprocs / pdims(1)
213
214    ELSEIF ( npex /= -1  .AND.  npey /= -1 )  THEN
215
216!
217!--    Prescribed by user. Number of processors on the prescribed topology must be equal to the
218!--    number of PEs available to the job
219       IF ( ( npex * npey ) /= numprocs )  THEN
220          WRITE( message_string, * ) 'number of PEs of the prescribed ', 'topology (', npex*npey,  &
221                                     ') does not match & the number of ',                          &
222                                     'PEs available to the job (', numprocs, ')'
223          CALL message( 'init_pegrid', 'PA0221', 1, 2, 0, 6, 0 )
224       ENDIF
225       pdims(1) = npex
226       pdims(2) = npey
227
228    ELSE
229!
230!--    If the processor topology is prescribed by the user, the number of
231!--    PEs must be given in both directions
232       message_string = 'if the processor topology is prescribed by th' //                         &
233                        'e user & both values of "npex" and "npey" must be given' //               &
234                        ' in the &NAMELIST-parameter file'
235       CALL message( 'init_pegrid', 'PA0222', 1, 2, 0, 6, 0 )
236
237    ENDIF
238
239!
240!-- Create four default MPI communicators for the 2d virtual PE grid. One of them will be used as
241!-- the main communicator for this run, while others might be used for specific quantities like
242!-- aerosol, chemical species, or passive scalars), if their horizontal boundary conditions shall
243!-- be different from those of the other quantities (e.g. non-cyclic conditions for aerosols, and
244!-- cyclic conditions for all others).
245    DO  i = 1, 4
246
247       IF ( i == 1 )  cyclic = (/  .TRUE., .TRUE.  /)   ! cyclic along x and y
248       IF ( i == 2 )  cyclic = (/  .TRUE., .FALSE. /)   ! cyclic along x
249       IF ( i == 3 )  cyclic = (/ .FALSE., .TRUE.  /)   ! cyllic along y
250       IF ( i == 4 )  cyclic = (/ .FALSE., .FALSE. /)   ! non-cyclic
251
252       CALL MPI_CART_CREATE( comm_palm, ndim, pdims, cyclic, reorder,                              &
253                             communicator_configurations(i)%mpi_communicator, ierr )
254
255       CALL MPI_CART_SHIFT( communicator_configurations(i)%mpi_communicator, 0, 1,                 &
256                            communicator_configurations(i)%pleft,                                  &
257                            communicator_configurations(i)%pright, ierr )
258
259       CALL MPI_CART_SHIFT( communicator_configurations(i)%mpi_communicator, 1, 1,                 &
260                            communicator_configurations(i)%psouth,                                 &
261                            communicator_configurations(i)%pnorth, ierr )
262
263    ENDDO
264
265!
266!-- If necessary, set horizontal boundary conditions to non-cyclic
267    IF ( bc_lr /= 'cyclic' )  cyclic(1) = .FALSE.
268    IF ( bc_ns /= 'cyclic' )  cyclic(2) = .FALSE.
269
270
271!
272!-- Set the main communicator (virtual pe grid) for this run
273    IF ( bc_lr == 'cyclic'  .AND.  bc_ns == 'cyclic' )  i = 1
274    IF ( bc_lr == 'cyclic'  .AND.  bc_ns /= 'cyclic' )  i = 2
275    IF ( bc_lr /= 'cyclic'  .AND.  bc_ns == 'cyclic' )  i = 3
276    IF ( bc_lr /= 'cyclic'  .AND.  bc_ns /= 'cyclic' )  i = 4
277
278    comm2d = communicator_configurations(i)%mpi_communicator
279    pleft  = communicator_configurations(i)%pleft
280    pright = communicator_configurations(i)%pright
281    psouth = communicator_configurations(i)%psouth
282    pnorth = communicator_configurations(i)%pnorth
283
284!
285!-- Set rank and coordinates of the main communicator
286    CALL MPI_COMM_RANK( comm2d, myid, ierr )
287    WRITE (myid_char,'(''_'',I6.6)')  myid
288
289    CALL MPI_CART_COORDS( comm2d, myid, ndim, pcoord, ierr )
290
291!
292!-- In case of cyclic boundary conditions, a y-shift at the boundaries in x-direction can be
293!-- introduced via parameter y_shift. The shift is done by modifying the processor grid in such a
294!-- way that processors located at the x-boundary communicate across it to processors with
295!-- y-coordinate shifted by y_shift relative to their own. This feature can not be used in
296!-- combination with an fft pressure solver. It has been implemented to counter the effect of streak
297!-- structures in case of cyclic boundary conditions. For a description of these see Munters
298!-- (2016; dx.doi.org/10.1063/1.4941912)
299!--
300!-- Get coordinates of left and right neighbor on PE grid
301    IF ( y_shift /= 0 ) THEN
302       IF ( bc_lr == 'cyclic' ) THEN
303          IF ( TRIM( psolver ) /= 'multigrid' .AND.  TRIM( psolver ) /= 'multigrid_noopt')  THEN
304             message_string = 'y_shift /= 0 requires a multigrid pressure solver '
305             CALL message( 'check_parameters', 'PA0468', 1, 2, 0, 6, 0 )
306          ENDIF
307
308          CALL MPI_CART_COORDS( comm2d, pright, ndim, rcoord, ierr )
309          CALL MPI_CART_COORDS( comm2d, pleft, ndim, lcoord, ierr )
310
311!
312!--       If the x(y)-coordinate of the right (left) neighbor is smaller (greater) than that of the
313!--       calling process, then the calling process is located on the right (left) boundary of the
314!--       processor grid. In that case, the y-coordinate of that neighbor is increased (decreased)
315!--       by y_shift.
316!--       The rank of the process with that coordinate is then inquired and the neighbor rank for
317!--       MPI_SENDRECV, pright (pleft) is set to it.
318!--       In this way, the calling process receives a new right (left) neighbor for all future
319!--       MPI_SENDRECV calls. That neighbor has a y-coordinate of y+(-)y_shift, where y is the
320!--       original right (left) neighbor's y-coordinate. The modulo-operation ensures that if the
321!--       neighbor's y-coordinate exceeds the grid-boundary, it will be relocated to the opposite
322!--       part of the grid cyclicly.
323          IF ( rcoord(1) < pcoord(1) )  THEN
324             rcoord(2) = MODULO( rcoord(2) + y_shift, pdims(2) )
325             CALL MPI_CART_RANK( comm2d, rcoord, pright, ierr )
326          ENDIF
327
328          IF ( lcoord(1) > pcoord(1) )  THEN
329             lcoord(2) = MODULO( lcoord(2) - y_shift, pdims(2) )
330             CALL MPI_CART_RANK( comm2d, lcoord, pleft, ierr )
331          ENDIF
332
333       ELSE
334!
335!--       y-shift for non-cyclic boundary conditions is only implemented
336!--       for the turbulence recycling method in inflow_turbulence.f90
337          IF ( .NOT. turbulent_inflow )  THEN
338             message_string = 'y_shift /= 0 is only allowed for cyclic ' //                        &
339                              'boundary conditions in both directions '  //                        &
340                              'or with turbulent_inflow == .TRUE.'
341             CALL message( 'check_parameters', 'PA0467', 1, 2, 0, 6, 0 )
342          ENDIF
343       ENDIF
344    ENDIF
345
346!
347!-- Determine sub-topologies for transpositions
348!-- Transposition from z to x:
349    remain_dims(1) = .TRUE.
350    remain_dims(2) = .FALSE.
351    CALL MPI_CART_SUB( comm2d, remain_dims, comm1dx, ierr )
352    CALL MPI_COMM_RANK( comm1dx, myidx, ierr )
353!
354!-- Transposition from x to y
355    remain_dims(1) = .FALSE.
356    remain_dims(2) = .TRUE.
357    CALL MPI_CART_SUB( comm2d, remain_dims, comm1dy, ierr )
358    CALL MPI_COMM_RANK( comm1dy, myidy, ierr )
359
360
361!
362!-- Calculate array bounds along x-direction for every PE.
363    ALLOCATE( nxlf(0:pdims(1)-1), nxrf(0:pdims(1)-1), nynf(0:pdims(2)-1), nysf(0:pdims(2)-1) )
364
365    IF ( MOD( nx+1 , pdims(1) ) /= 0 )  THEN
366       WRITE( message_string, * ) 'x-direction: gridpoint number (' ,nx+1, ') ',                   &
367                                  'is not an& integral multiple of the number',                    &
368                                  ' of processors (', pdims(1), ')'
369       CALL message( 'init_pegrid', 'PA0225', 1, 2, 0, 6, 0 )
370    ELSE
371       nnx  = ( nx + 1 ) / pdims(1)
372    ENDIF
373
374!
375!-- Left and right array bounds, number of gridpoints
376    DO  i = 0, pdims(1)-1
377       nxlf(i)   = i * nnx
378       nxrf(i)   = ( i + 1 ) * nnx - 1
379    ENDDO
380
381!
382!-- Calculate array bounds in y-direction for every PE.
383    IF ( MOD( ny+1 , pdims(2) ) /= 0 )  THEN
384       WRITE( message_string, * ) 'y-direction: gridpoint number (', ny+1, ') ',                   &
385                                  'is not an& integral multiple of the number',                    &
386                                  ' of processors (', pdims(2), ')'
387       CALL message( 'init_pegrid', 'PA0227', 1, 2, 0, 6, 0 )
388    ELSE
389       nny  = ( ny + 1 ) / pdims(2)
390    ENDIF
391
392!
393!-- South and north array bounds
394    DO  j = 0, pdims(2)-1
395       nysf(j)   = j * nny
396       nynf(j)   = ( j + 1 ) * nny - 1
397    ENDDO
398
399!
400!-- Local array bounds of the respective PEs
401    nxl = nxlf(pcoord(1))
402    nxr = nxrf(pcoord(1))
403    nys = nysf(pcoord(2))
404    nyn = nynf(pcoord(2))
405    nzb = 0
406    nzt = nz
407    nnz = nz
408
409!
410!-- Set switches to define if the PE is situated at the border of the virtual processor grid
411    IF ( nxl == 0 )   left_border_pe  = .TRUE.
412    IF ( nxr == nx )  right_border_pe = .TRUE.
413    IF ( nys == 0 )   south_border_pe = .TRUE.
414    IF ( nyn == ny )  north_border_pe = .TRUE.
415
416!
417!-- Calculate array bounds and gridpoint numbers for the transposed arrays (needed in the pressure
418!-- solver)
419!-- For the transposed arrays, cyclic boundaries as well as top and bottom boundaries are omitted,
420!-- because they are obstructive to the transposition
421
422!
423!-- 1. transposition  z --> x
424!-- This transposition is not neccessary in case of a 1d-decomposition along x
425    IF ( psolver == 'poisfft'  .OR.  calculate_spectra )  THEN
426
427       IF ( pdims(2) /= 1 )  THEN
428          IF ( MOD( nz , pdims(1) ) /= 0 )  THEN
429             WRITE( message_string, * ) 'transposition z --> x:& ',                                &
430                                        'nz=', nz, ' is not an integral multiple ',                &
431                                        'of pdims(1)=', pdims(1)
432             CALL message( 'init_pegrid', 'PA0230', 1, 2, 0, 6, 0 )
433          ENDIF
434       ENDIF
435
436       nys_x = nys
437       nyn_x = nyn
438       nny_x = nny
439       nnz_x = nz / pdims(1)
440       nzb_x = 1 + myidx * nnz_x
441       nzt_x = ( myidx + 1 ) * nnz_x
442       sendrecvcount_zx = nnx * nny * nnz_x
443
444    ENDIF
445
446
447    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
448!
449!--    2. transposition  x --> y
450       IF ( MOD( nx+1 , pdims(2) ) /= 0 )  THEN
451          WRITE( message_string, * ) 'transposition x --> y:& ',                                   &
452                                     'nx+1=', nx+1, ' is not an integral ',                        &
453                                     'multiple of pdims(2)=', pdims(2)
454          CALL message( 'init_pegrid', 'PA0231', 1, 2, 0, 6, 0 )
455       ENDIF
456
457       nnz_y = nnz_x
458       nzb_y = nzb_x
459       nzt_y = nzt_x
460       nnx_y = (nx+1) / pdims(2)
461       nxl_y = myidy * nnx_y
462       nxr_y = ( myidy + 1 ) * nnx_y - 1
463       sendrecvcount_xy = nnx_y * nny_x * nnz_y
464!
465!--    3. transposition  y --> z
466!--    (ELSE:  x --> y  in case of 1D-decomposition along x)
467       nxl_z = nxl_y
468       nxr_z = nxr_y
469       nny_z = (ny+1) / pdims(1)
470       nys_z = myidx * nny_z
471       nyn_z = ( myidx + 1 ) * nny_z - 1
472       sendrecvcount_yz = nnx_y * nny_z * nnz_y
473
474       IF ( pdims(2) /= 1 )  THEN
475!
476!--       y --> z
477!--       This transposition is not neccessary in case of a 1d-decomposition
478!--       along x, except that the uptream-spline method is switched on
479          IF ( MOD( ny+1 , pdims(1) ) /= 0 )  THEN
480             WRITE( message_string, * ) 'transposition y --> z:& ',                                &
481                                        'ny+1=', ny+1, ' is not an integral ',                     &
482                                        'multiple of pdims(1)=', pdims(1)
483             CALL message( 'init_pegrid', 'PA0232', 1, 2, 0, 6, 0 )
484          ENDIF
485
486       ELSE
487!
488!--       x --> y
489!--       This condition must be fulfilled for a 1D-decomposition along x
490          IF ( MOD( ny+1 , pdims(1) ) /= 0 )  THEN
491             WRITE( message_string, * ) 'transposition x --> y:& ',                                &
492                                        'ny+1=', ny+1, ' is not an integral ',                     &
493                                        'multiple of pdims(1)=', pdims(1)
494             CALL message( 'init_pegrid', 'PA0233', 1, 2, 0, 6, 0 )
495          ENDIF
496
497       ENDIF
498
499    ENDIF
500
501!
502!-- Indices for direct transpositions z --> y (used for calculating spectra)
503    IF ( calculate_spectra )  THEN
504       IF ( MOD( nz, pdims(2) ) /= 0 )  THEN
505          WRITE( message_string, * ) 'direct transposition z --> y (needed ',                      &
506                                     'for spectra):& nz=', nz, ' is not an ',                      &
507                                     'integral multiple of pdims(2)=', pdims(2)
508          CALL message( 'init_pegrid', 'PA0234', 1, 2, 0, 6, 0 )
509       ELSE
510          nxl_yd = nxl
511          nxr_yd = nxr
512          nzb_yd = 1 + myidy * ( nz / pdims(2) )
513          nzt_yd = ( myidy + 1 ) * ( nz / pdims(2) )
514          sendrecvcount_zyd = nnx * nny * ( nz / pdims(2) )
515       ENDIF
516    ENDIF
517
518    IF ( psolver == 'poisfft'  .OR.  calculate_spectra )  THEN
519!
520!--    Indices for direct transpositions y --> x
521!--    (they are only possible in case of a 1d-decomposition along x)
522       IF ( pdims(2) == 1 )  THEN
523          nny_x = nny / pdims(1)
524          nys_x = myid * nny_x
525          nyn_x = ( myid + 1 ) * nny_x - 1
526          nzb_x = 1
527          nzt_x = nz
528          sendrecvcount_xy = nnx * nny_x * nz
529       ENDIF
530
531    ENDIF
532
533    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
534!
535!--    Indices for direct transpositions x --> y
536!--    (they are only possible in case of a 1d-decomposition along y)
537       IF ( pdims(1) == 1 )  THEN
538          nnx_y = nnx / pdims(2)
539          nxl_y = myid * nnx_y
540          nxr_y = ( myid + 1 ) * nnx_y - 1
541          nzb_y = 1
542          nzt_y = nz
543          sendrecvcount_xy = nnx_y * nny * nz
544       ENDIF
545
546    ENDIF
547
548!
549!-- Arrays for storing the array bounds are needed any more
550    DEALLOCATE( nxlf , nxrf , nynf , nysf )
551
552
553!
554!-- Collect index bounds from other PEs (to be written to restart file later)
555    ALLOCATE( hor_index_bounds(4,0:numprocs-1) )
556
557    IF ( myid == 0 )  THEN
558
559       hor_index_bounds(1,0) = nxl
560       hor_index_bounds(2,0) = nxr
561       hor_index_bounds(3,0) = nys
562       hor_index_bounds(4,0) = nyn
563
564!
565!--    Receive data from all other PEs
566       DO  i = 1, numprocs-1
567          CALL MPI_RECV( ibuf, 4, MPI_INTEGER, i, MPI_ANY_TAG, comm2d, status, ierr )
568          hor_index_bounds(:,i) = ibuf(1:4)
569       ENDDO
570
571    ELSE
572!
573!--    Send index bounds to PE0
574       ibuf(1) = nxl
575       ibuf(2) = nxr
576       ibuf(3) = nys
577       ibuf(4) = nyn
578       CALL MPI_SEND( ibuf, 4, MPI_INTEGER, 0, myid, comm2d, ierr )
579
580    ENDIF
581
582
583#if defined( __print )
584!
585!-- Control output
586    IF ( myid == 0 )  THEN
587       PRINT*, '*** processor topology ***'
588       PRINT*, ' '
589       PRINT*, 'myid   pcoord    left right  south north  idx idy   nxl: nxr','   nys: nyn'
590       PRINT*, '------------------------------------------------------------','-----------'
591       WRITE (*,1000)  0, pcoord(1), pcoord(2), pleft, pright, psouth, pnorth, myidx, myidy, nxl,  &
592                       nxr, nys, nyn
5931000   FORMAT (I4,2X,'(',I3,',',I3,')',3X,I4,2X,I4,3X,I4,2X,I4,2X,I3,1X,I3,2(2X,I4,':',I4))
594
595!
596!--    Receive data from the other PEs
597       DO  i = 1,numprocs-1
598          CALL MPI_RECV( ibuf, 12, MPI_INTEGER, i, MPI_ANY_TAG, comm2d, status, ierr )
599          WRITE (*,1000)  i, ( ibuf(j) , j = 1,12 )
600       ENDDO
601    ELSE
602
603!
604!--    Send data to PE0
605       ibuf(1) = pcoord(1); ibuf(2) = pcoord(2); ibuf(3) = pleft
606       ibuf(4) = pright; ibuf(5) = psouth; ibuf(6) = pnorth; ibuf(7) = myidx
607       ibuf(8) = myidy; ibuf(9) = nxl; ibuf(10) = nxr; ibuf(11) = nys
608       ibuf(12) = nyn
609       CALL MPI_SEND( ibuf, 12, MPI_INTEGER, 0, myid, comm2d, ierr )
610    ENDIF
611#endif
612
613!
614!-- Determine the number of ghost point layers
615    IF ( scalar_advec   == 'ws-scheme'  .OR.                                                       &
616         momentum_advec == 'ws-scheme'  .OR.  nested_run )  THEN
617       nbgp = 3
618    ELSE
619       nbgp = 1
620    ENDIF
621
622!
623!-- Check that the number of computational grid points is not smaller than the number of ghost
624!-- points.
625    IF ( nnx < nbgp )  THEN
626       WRITE( message_string, * ) 'number of subdomain grid points along x (', nnx, ') is smaller',&
627                                  'than the number of ghost points (', nbgp, ')'
628       CALL message( 'init_pegrid', 'PA0682', 1, 2, 0, 6, 0 )
629    ENDIF
630    IF ( nny < nbgp )  THEN
631       WRITE( message_string, * ) 'number of subdomain grid points along y (', nny, ') is smaller',&
632                                  'than the number of ghost points (', nbgp, ')'
633       CALL message( 'init_pegrid', 'PA0683', 1, 2, 0, 6, 0 )
634    ENDIF
635
636!
637!-- Create a new MPI derived datatype for the exchange of surface (xy) data, which is needed for
638!-- coupled atmosphere-ocean runs.
639!-- First, calculate number of grid points of an xy-plane.
640    ngp_xy  = ( nxr - nxl + 1 + 2 * nbgp ) * ( nyn - nys + 1 + 2 * nbgp )
641    CALL MPI_TYPE_VECTOR( ngp_xy, 1, nzt-nzb+2, MPI_REAL, type_xy, ierr )
642    CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_xy, ierr )
643
644    IF ( TRIM( coupling_mode ) /= 'uncoupled' )  THEN
645
646!
647!--    Pass the number of grid points of the atmosphere model to
648!--    the ocean model and vice versa
649       IF ( coupling_mode == 'atmosphere_to_ocean' )  THEN
650
651          nx_a = nx
652          ny_a = ny
653
654          IF ( myid == 0 )  THEN
655
656             CALL MPI_SEND( nx_a, 1, MPI_INTEGER, numprocs, 1, comm_inter, ierr )
657             CALL MPI_SEND( ny_a, 1, MPI_INTEGER, numprocs, 2, comm_inter,  ierr )
658             CALL MPI_SEND( pdims, 2, MPI_INTEGER, numprocs, 3, comm_inter, ierr )
659             CALL MPI_RECV( nx_o, 1, MPI_INTEGER, numprocs, 4, comm_inter, status, ierr )
660             CALL MPI_RECV( ny_o, 1, MPI_INTEGER, numprocs, 5, comm_inter, status, ierr )
661             CALL MPI_RECV( pdims_remote, 2, MPI_INTEGER, numprocs, 6, comm_inter, status, ierr )
662          ENDIF
663
664          CALL MPI_BCAST( nx_o, 1, MPI_INTEGER, 0, comm2d, ierr )
665          CALL MPI_BCAST( ny_o, 1, MPI_INTEGER, 0, comm2d, ierr )
666          CALL MPI_BCAST( pdims_remote, 2, MPI_INTEGER, 0, comm2d, ierr )
667
668       ELSEIF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
669
670          nx_o = nx
671          ny_o = ny
672
673          IF ( myid == 0 )  THEN
674
675             CALL MPI_RECV( nx_a, 1, MPI_INTEGER, 0, 1, comm_inter, status, ierr )
676             CALL MPI_RECV( ny_a, 1, MPI_INTEGER, 0, 2, comm_inter, status, ierr )
677             CALL MPI_RECV( pdims_remote, 2, MPI_INTEGER, 0, 3, comm_inter, status, ierr )
678             CALL MPI_SEND( nx_o, 1, MPI_INTEGER, 0, 4, comm_inter, ierr )
679             CALL MPI_SEND( ny_o, 1, MPI_INTEGER, 0, 5, comm_inter, ierr )
680             CALL MPI_SEND( pdims, 2, MPI_INTEGER, 0, 6, comm_inter, ierr )
681          ENDIF
682
683          CALL MPI_BCAST( nx_a, 1, MPI_INTEGER, 0, comm2d, ierr)
684          CALL MPI_BCAST( ny_a, 1, MPI_INTEGER, 0, comm2d, ierr)
685          CALL MPI_BCAST( pdims_remote, 2, MPI_INTEGER, 0, comm2d, ierr)
686
687       ENDIF
688
689       ngp_a = ( nx_a+1 + 2 * nbgp ) * ( ny_a+1 + 2 * nbgp )
690       ngp_o = ( nx_o+1 + 2 * nbgp ) * ( ny_o+1 + 2 * nbgp )
691
692!
693!--    Determine if the horizontal grid and the number of PEs in ocean and atmosphere is same or not.
694       IF ( nx_o == nx_a  .AND.  ny_o == ny_a  .AND.                                               &
695            pdims(1) == pdims_remote(1)  .AND.  pdims(2) == pdims_remote(2) )  THEN
696          coupling_topology = 0
697       ELSE
698          coupling_topology = 1
699       ENDIF
700
701!
702!--    Determine the target PEs for the exchange between ocean and atmosphere (comm2d)
703       IF ( coupling_topology == 0 )  THEN
704!
705!--       In case of identical topologies, every atmosphere PE has exactly one ocean PE counterpart
706!--       and vice versa
707          IF ( TRIM( coupling_mode ) == 'atmosphere_to_ocean' )  THEN
708             target_id = myid + numprocs
709          ELSE
710             target_id = myid
711          ENDIF
712
713       ELSE
714!
715!--       In case of nonequivalent topology in ocean and atmosphere only for PE0 in ocean and PE0 in
716!--       atmosphere a target_id is needed, since data echxchange between ocean and atmosphere will
717!--       be done only between these PEs.
718          IF ( myid == 0 )  THEN
719
720             IF ( TRIM( coupling_mode ) == 'atmosphere_to_ocean' )  THEN
721                target_id = numprocs
722             ELSE
723                target_id = 0
724             ENDIF
725
726          ENDIF
727
728       ENDIF
729
730    ENDIF
731
732#else
733
734!
735!-- Array bounds when running on a single PE (respectively a non-parallel machine)
736    nxl = 0
737    nxr = nx
738    nnx = nxr - nxl + 1
739    nys = 0
740    nyn = ny
741    nny = nyn - nys + 1
742    nzb = 0
743    nzt = nz
744    nnz = nz
745
746    ALLOCATE( hor_index_bounds(4,0:0) )
747    hor_index_bounds(1,0) = nxl
748    hor_index_bounds(2,0) = nxr
749    hor_index_bounds(3,0) = nys
750    hor_index_bounds(4,0) = nyn
751
752!
753!-- Array bounds for the pressure solver (in the parallel code, these bounds are the ones for the
754!-- transposed arrays)
755    nys_x = nys
756    nyn_x = nyn
757    nzb_x = nzb + 1
758    nzt_x = nzt
759
760    nxl_y = nxl
761    nxr_y = nxr
762    nzb_y = nzb + 1
763    nzt_y = nzt
764
765    nxl_z = nxl
766    nxr_z = nxr
767    nys_z = nys
768    nyn_z = nyn
769
770#endif
771
772!
773!-- Calculate number of grid levels necessary for the multigrid poisson solver as well as the
774!-- gridpoint indices on each level
775    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
776
777!
778!--    First calculate number of possible grid levels for the subdomains
779       mg_levels_x = 1
780       mg_levels_y = 1
781       mg_levels_z = 1
782
783       i = nnx
784       DO WHILE ( MOD( i, 2 ) == 0  .AND.  i /= 2 )
785          i = i / 2
786          mg_levels_x = mg_levels_x + 1
787       ENDDO
788
789       j = nny
790       DO WHILE ( MOD( j, 2 ) == 0  .AND.  j /= 2 )
791          j = j / 2
792          mg_levels_y = mg_levels_y + 1
793       ENDDO
794
795       k = nz    ! do not use nnz because it might be > nz due to transposition
796                 ! requirements
797       DO WHILE ( MOD( k, 2 ) == 0  .AND.  k /= 2 )
798          k = k / 2
799          mg_levels_z = mg_levels_z + 1
800       ENDDO
801!
802!--    The optimized MG-solver does not allow odd values for nz at the coarsest grid level
803       IF ( TRIM( psolver ) /= 'multigrid_noopt' )  THEN
804          IF ( MOD( k, 2 ) /= 0 )  mg_levels_z = mg_levels_z - 1
805!
806!--       An odd value of nz does not work. The finest level must have an even value.
807          IF (  mg_levels_z == 0 )  THEN
808             message_string = 'optimized multigrid method requires nz to be even'
809             CALL message( 'init_pegrid', 'PA0495', 1, 2, 0, 6, 0 )
810          ENDIF
811       ENDIF
812
813       maximum_grid_level = MIN( mg_levels_x, mg_levels_y, mg_levels_z )
814!
815!--    Check if subdomain sizes prevents any coarsening.
816!--    This case, the maximum number of grid levels is 1, i.e. effectively a Gauss-Seidel scheme is
817!--    applied rather than a multigrid approach.
818!--    Give a warning in this case.
819       IF ( maximum_grid_level == 1  .AND.  mg_switch_to_pe0_level == -1 )  THEN
820          message_string = 'No grid coarsening possible, multigrid ' //                            &
821                           'approach effectively reduces to a Gauss-Seidel ' //                    &
822                           'scheme.'
823
824          CALL message( 'poismg', 'PA0648', 0, 1, 0, 6, 0 )
825       ENDIF
826
827!
828!--    Find out, if the total domain allows more levels. These additional levels are identically
829!--    processed on all PEs.
830       IF ( numprocs > 1  .AND.  mg_switch_to_pe0_level /= -1 )  THEN
831
832          IF ( mg_levels_z > MIN( mg_levels_x, mg_levels_y ) )  THEN
833
834             mg_switch_to_pe0_level_l = maximum_grid_level
835
836             mg_levels_x = 1
837             mg_levels_y = 1
838
839             i = nx+1
840             DO WHILE ( MOD( i, 2 ) == 0  .AND.  i /= 2 )
841                i = i / 2
842                mg_levels_x = mg_levels_x + 1
843             ENDDO
844
845             j = ny+1
846             DO WHILE ( MOD( j, 2 ) == 0  .AND.  j /= 2 )
847                j = j / 2
848                mg_levels_y = mg_levels_y + 1
849             ENDDO
850
851             maximum_grid_level_l = MIN( mg_levels_x, mg_levels_y, mg_levels_z )
852
853             IF ( maximum_grid_level_l > mg_switch_to_pe0_level_l )  THEN
854                mg_switch_to_pe0_level_l = maximum_grid_level_l - mg_switch_to_pe0_level_l + 1
855             ELSE
856                mg_switch_to_pe0_level_l = 0
857             ENDIF
858
859          ELSE
860
861             mg_switch_to_pe0_level_l = 0
862             maximum_grid_level_l = maximum_grid_level
863
864          ENDIF
865
866!
867!--       Use switch level calculated above only if it is not pre-defined by user
868          IF ( mg_switch_to_pe0_level == 0 )  THEN
869             IF ( mg_switch_to_pe0_level_l /= 0 )  THEN
870                mg_switch_to_pe0_level = mg_switch_to_pe0_level_l
871                maximum_grid_level     = maximum_grid_level_l
872             ENDIF
873
874          ELSE
875!
876!--          Check pre-defined value and reset to default, if neccessary
877             IF ( mg_switch_to_pe0_level < mg_switch_to_pe0_level_l  .OR.                          &
878                  mg_switch_to_pe0_level >= maximum_grid_level_l )  THEN
879                message_string = 'mg_switch_to_pe0_level ' //                                      &
880                                 'out of range and reset to 0'
881                CALL message( 'init_pegrid', 'PA0235', 0, 1, 0, 6, 0 )
882                mg_switch_to_pe0_level = 0
883             ELSE
884!
885!--             Use the largest number of possible levels anyway and recalculate the switch level to
886!--             this largest number of possible values
887                maximum_grid_level = maximum_grid_level_l
888
889             ENDIF
890
891          ENDIF
892
893       ENDIF
894
895       ALLOCATE( grid_level_count(maximum_grid_level),                                             &
896                 nxl_mg(0:maximum_grid_level), nxr_mg(0:maximum_grid_level),                       &
897                 nyn_mg(0:maximum_grid_level), nys_mg(0:maximum_grid_level),                       &
898                 nzt_mg(0:maximum_grid_level) )
899
900       grid_level_count = 0
901!
902!--    Index zero required as dummy due to definition of arrays f2 and p2 in recursive subroutine
903!--    next_mg_level
904       nxl_mg(0) = 0; nxr_mg(0) = 0; nyn_mg(0) = 0; nys_mg(0) = 0; nzt_mg(0) = 0
905
906       nxl_l = nxl; nxr_l = nxr; nys_l = nys; nyn_l = nyn; nzt_l = nzt
907
908       DO  i = maximum_grid_level, 1 , -1
909
910          IF ( i == mg_switch_to_pe0_level )  THEN
911#if defined( __parallel )
912!
913!--          Save the grid size of the subdomain at the switch level, because it is needed in poismg.
914             ind(1) = nxl_l; ind(2) = nxr_l
915             ind(3) = nys_l; ind(4) = nyn_l
916             ind(5) = nzt_l
917             ALLOCATE( ind_all(5*numprocs), mg_loc_ind(5,0:numprocs-1) )
918             CALL MPI_ALLGATHER( ind, 5, MPI_INTEGER, ind_all, 5, &
919                                 MPI_INTEGER, comm2d, ierr )
920             DO  j = 0, numprocs-1
921                DO  k = 1, 5
922                   mg_loc_ind(k,j) = ind_all(k+j*5)
923                ENDDO
924             ENDDO
925             DEALLOCATE( ind_all )
926!
927!--          Calculate the grid size of the total domain
928             nxr_l = ( nxr_l-nxl_l+1 ) * pdims(1) - 1
929             nxl_l = 0
930             nyn_l = ( nyn_l-nys_l+1 ) * pdims(2) - 1
931             nys_l = 0
932!
933!--          The size of this gathered array must not be larger than the array tend, which is used
934!--          in the multigrid scheme as a temporary array. Therefore the subdomain size of an PE is
935!--          calculated and the size of the gathered grid. These values are used in routines pres
936!--          and poismg.
937             subdomain_size = ( nxr - nxl + 2 * nbgp + 1 ) *                                       &
938                              ( nyn - nys + 2 * nbgp + 1 ) * ( nzt - nzb + 2 )
939             gathered_size  = ( nxr_l - nxl_l + 3 ) * ( nyn_l - nys_l + 3 ) * ( nzt_l - nzb + 2 )
940
941#else
942             message_string = 'multigrid gather/scatter impossible ' //                            &
943                          'in non parallel mode'
944             CALL message( 'init_pegrid', 'PA0237', 1, 2, 0, 6, 0 )
945#endif
946          ENDIF
947
948          nxl_mg(i) = nxl_l
949          nxr_mg(i) = nxr_l
950          nys_mg(i) = nys_l
951          nyn_mg(i) = nyn_l
952          nzt_mg(i) = nzt_l
953
954          nxl_l = nxl_l / 2
955          nxr_l = nxr_l / 2
956          nys_l = nys_l / 2
957          nyn_l = nyn_l / 2
958          nzt_l = nzt_l / 2
959
960       ENDDO
961
962!
963!--    Temporary problem: Currently calculation of maxerror in routine poismg crashes if grid data
964!--    are collected on PE0 already on the finest grid level.
965!--    To be solved later.
966       IF ( maximum_grid_level == mg_switch_to_pe0_level )  THEN
967          message_string = 'grid coarsening on subdomain level cannot be performed'
968          CALL message( 'poismg', 'PA0236', 1, 2, 0, 6, 0 )
969       ENDIF
970
971    ELSE
972
973       maximum_grid_level = 0
974
975    ENDIF
976
977!
978!-- Default level 0 tells exchange_horiz that all ghost planes have to be exchanged. grid_level is
979!-- adjusted in poismg, where only one ghost plane is required.
980    grid_level = 0
981
982#if defined( __parallel )
983!
984!-- Gridpoint number for the exchange of ghost points (y-line for 2D-arrays)
985    ngp_y  = nyn - nys + 1 + 2 * nbgp
986
987!
988!-- Define new MPI derived datatypes for the exchange of ghost points in x- and y-direction for
989!-- 2D-arrays (line)
990    CALL MPI_TYPE_VECTOR( nxr-nxl+1+2*nbgp, nbgp, ngp_y, MPI_REAL, type_x, ierr )
991    CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_x, ierr )
992
993    CALL MPI_TYPE_VECTOR( nbgp, ngp_y, ngp_y, MPI_REAL, type_y, ierr )
994    CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_y, ierr )
995!
996!-- Define new MPI derived datatypes for the exchange of ghost points in x- and y-direction for
997!-- 2D-INTEGER arrays (line) - on normal grid.
998!-- Define types for 32-bit and 8-bit Integer. The 8-bit Integer are only required on normal grid,
999!-- while 32-bit Integer may be also required on coarser grid level in case of multigrid solver.
1000!
1001!-- 8-bit Integer
1002    CALL MPI_TYPE_VECTOR( nxr-nxl+1+2*nbgp, nbgp, ngp_y, MPI_BYTE, type_x_byte, ierr )
1003    CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_x_byte, ierr )
1004
1005    CALL MPI_TYPE_VECTOR( nbgp, ngp_y, ngp_y, MPI_BYTE, type_y_byte, ierr )
1006    CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_y_byte, ierr )
1007!
1008!-- 32-bit Integer
1009    ALLOCATE( type_x_int(0:maximum_grid_level), type_y_int(0:maximum_grid_level) )
1010
1011    CALL MPI_TYPE_VECTOR( nxr-nxl+1+2*nbgp, nbgp, ngp_y, MPI_INTEGER, type_x_int(0), ierr )
1012    CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_x_int(0), ierr )
1013
1014    CALL MPI_TYPE_VECTOR( nbgp, ngp_y, ngp_y, MPI_INTEGER, type_y_int(0), ierr )
1015    CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_y_int(0), ierr )
1016!
1017!-- Calculate gridpoint numbers for the exchange of ghost points along x (yz-plane for 3D-arrays)
1018!-- and define MPI derived data type(s) for the exchange of ghost points in y-direction (xz-plane).
1019!-- Do these calculations for the model grid and (if necessary) also for the coarser grid levels
1020!-- used in the multigrid method
1021    ALLOCATE ( ngp_xz(0:maximum_grid_level),                                                       &
1022               ngp_xz_int(0:maximum_grid_level),                                                   &
1023               ngp_yz(0:maximum_grid_level),                                                       &
1024               ngp_yz_int(0:maximum_grid_level),                                                   &
1025               type_xz(0:maximum_grid_level),                                                      &
1026               type_xz_int(0:maximum_grid_level),                                                  &
1027               type_yz(0:maximum_grid_level),                                                      &
1028               type_yz_int(0:maximum_grid_level) )
1029
1030    nxl_l = nxl; nxr_l = nxr; nys_l = nys; nyn_l = nyn; nzb_l = nzb; nzt_l = nzt
1031
1032!
1033!-- Discern between the model grid, which needs nbgp ghost points and grid levels for the multigrid
1034!-- scheme. In the latter case only one ghost point is necessary.
1035!-- First definition of MPI-datatypes for exchange of ghost layers on normal grid. The following
1036!-- loop is needed for data exchange in poismg.f90.
1037!
1038!-- Determine number of grid points of yz-layer for exchange
1039    ngp_yz(0) = (nzt - nzb + 2) * (nyn - nys + 1 + 2 * nbgp)
1040
1041!
1042!-- Define an MPI-datatype for the exchange of left/right boundaries.
1043!-- Although data are contiguous in physical memory (which does not necessarily require an
1044!-- MPI-derived datatype), the data exchange between left and right PE's using the MPI-derived type
1045!-- is 10% faster than without.
1046    CALL MPI_TYPE_VECTOR( nxr-nxl+1+2*nbgp, nbgp*(nzt-nzb+2), ngp_yz(0), MPI_REAL, type_xz(0),     &
1047                          ierr )
1048    CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_xz(0), ierr )
1049
1050    CALL MPI_TYPE_VECTOR( nbgp, ngp_yz(0), ngp_yz(0), MPI_REAL, type_yz(0), ierr )
1051    CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_yz(0), ierr )
1052
1053!
1054!-- Define data types for exchange of 3D Integer arrays.
1055    ngp_yz_int(0) = (nzt - nzb + 2) * (nyn - nys + 1 + 2 * nbgp)
1056
1057    CALL MPI_TYPE_VECTOR( nxr-nxl+1+2*nbgp, nbgp*(nzt-nzb+2), ngp_yz_int(0), MPI_INTEGER,          &
1058                          type_xz_int(0), ierr )
1059    CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_xz_int(0), ierr )
1060
1061    CALL MPI_TYPE_VECTOR( nbgp, ngp_yz_int(0), ngp_yz_int(0), MPI_INTEGER, type_yz_int(0), ierr )
1062    CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_yz_int(0), ierr )
1063
1064!
1065!-- Definition of MPI-datatypes for multigrid method (coarser level grids)
1066    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
1067!
1068!--    Definition of MPI-datatyoe as above, but only 1 ghost level is used
1069       DO  i = maximum_grid_level, 1 , -1
1070!
1071!--       For 3D-exchange on different multigrid level, one ghost point for REAL arrays, two ghost
1072!--       points for INTEGER arrays
1073          ngp_xz(i) = (nzt_l - nzb_l + 2) * (nxr_l - nxl_l + 3)
1074          ngp_yz(i) = (nzt_l - nzb_l + 2) * (nyn_l - nys_l + 3)
1075
1076          ngp_xz_int(i) = (nzt_l - nzb_l + 2) * (nxr_l - nxl_l + 3)
1077          ngp_yz_int(i) = (nzt_l - nzb_l + 2) * (nyn_l - nys_l + 3)
1078!
1079!--       MPI data type for REAL arrays, for xz-layers
1080          CALL MPI_TYPE_VECTOR( nxr_l-nxl_l+3, nzt_l-nzb_l+2, ngp_yz(i), MPI_REAL, type_xz(i),     &
1081                                ierr )
1082          CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_xz(i), ierr )
1083
1084!
1085!--       MPI data type for INTEGER arrays, for xz-layers
1086          CALL MPI_TYPE_VECTOR( nxr_l-nxl_l+3, nzt_l-nzb_l+2, ngp_yz_int(i), MPI_INTEGER,          &
1087                                type_xz_int(i), ierr )
1088          CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_xz_int(i), ierr )
1089
1090!
1091!--       MPI data type for REAL arrays, for yz-layers
1092          CALL MPI_TYPE_VECTOR( 1, ngp_yz(i), ngp_yz(i), MPI_REAL, type_yz(i), ierr )
1093          CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_yz(i), ierr )
1094!
1095!--       MPI data type for INTEGER arrays, for yz-layers
1096          CALL MPI_TYPE_VECTOR( 1, ngp_yz_int(i), ngp_yz_int(i), MPI_INTEGER, type_yz_int(i), ierr )
1097          CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_yz_int(i), ierr )
1098
1099
1100!--       For 2D-exchange of INTEGER arrays on coarser grid level, where 2 ghost points need to be
1101!--       exchanged. Only required for 32-bit Integer arrays.
1102          CALL MPI_TYPE_VECTOR( nxr_l-nxl_l+5, 2, nyn_l-nys_l+5, MPI_INTEGER, type_x_int(i), ierr )
1103          CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_x_int(i), ierr )
1104
1105
1106          CALL MPI_TYPE_VECTOR( 2, nyn_l-nys_l+5, nyn_l-nys_l+5, MPI_INTEGER, type_y_int(i), ierr )
1107          CALL MPI_TYPE_COMMIT( type_y_int(i), ierr )
1108
1109          nxl_l = nxl_l / 2
1110          nxr_l = nxr_l / 2
1111          nys_l = nys_l / 2
1112          nyn_l = nyn_l / 2
1113          nzt_l = nzt_l / 2
1114
1115       ENDDO
1116
1117    ENDIF
1118
1119#endif
1120
1121#if defined( __parallel )
1122!
1123!-- Setting of flags for inflow/outflow/nesting conditions.
1124    IF ( pleft == MPI_PROC_NULL )  THEN
1125       IF ( bc_lr == 'dirichlet/radiation'  .OR.  bc_lr == 'nested'  .OR.                          &
1126            bc_lr == 'nesting_offline' )  THEN
1127          bc_dirichlet_l  = .TRUE.
1128       ELSEIF ( bc_lr == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1129          bc_radiation_l = .TRUE.
1130       ENDIF
1131    ENDIF
1132
1133    IF ( pright == MPI_PROC_NULL )  THEN
1134       IF ( bc_lr == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1135          bc_radiation_r = .TRUE.
1136       ELSEIF ( bc_lr == 'radiation/dirichlet'  .OR.  bc_lr == 'nested'  .OR.                      &
1137                bc_lr == 'nesting_offline' )  THEN
1138          bc_dirichlet_r  = .TRUE.
1139       ENDIF
1140    ENDIF
1141
1142    IF ( psouth == MPI_PROC_NULL )  THEN
1143       IF ( bc_ns == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1144          bc_radiation_s = .TRUE.
1145       ELSEIF ( bc_ns == 'radiation/dirichlet'  .OR.  bc_ns == 'nested'  .OR.                      &
1146                bc_ns == 'nesting_offline' )  THEN
1147          bc_dirichlet_s  = .TRUE.
1148       ENDIF
1149    ENDIF
1150
1151    IF ( pnorth == MPI_PROC_NULL )  THEN
1152       IF ( bc_ns == 'dirichlet/radiation'  .OR.  bc_ns == 'nested'  .OR.                          &
1153            bc_ns == 'nesting_offline' )  THEN
1154          bc_dirichlet_n  = .TRUE.
1155       ELSEIF ( bc_ns == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1156          bc_radiation_n = .TRUE.
1157       ENDIF
1158    ENDIF
1159!
1160!-- In case of synthetic turbulence geneartor determine ids.
1161!-- Please note, if no forcing or nesting is applied, the generator is applied only at the left
1162!-- lateral boundary.
1163    IF ( syn_turb_gen )  THEN
1164       IF ( bc_dirichlet_l )  THEN
1165          id_stg_left_l = myidx
1166       ELSE
1167          id_stg_left_l = 0
1168       ENDIF
1169       IF ( bc_dirichlet_r )  THEN
1170          id_stg_right_l = myidx
1171       ELSE
1172          id_stg_right_l = 0
1173       ENDIF
1174       IF ( bc_dirichlet_s )  THEN
1175          id_stg_south_l = myidy
1176       ELSE
1177          id_stg_south_l = 0
1178       ENDIF
1179       IF ( bc_dirichlet_n )  THEN
1180          id_stg_north_l = myidy
1181       ELSE
1182          id_stg_north_l = 0
1183       ENDIF
1184
1185       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1186       CALL MPI_ALLREDUCE( id_stg_left_l, id_stg_left,   1, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm1dx, ierr )
1187
1188       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1189       CALL MPI_ALLREDUCE( id_stg_right_l, id_stg_right, 1, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm1dx, ierr )
1190
1191       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1192       CALL MPI_ALLREDUCE( id_stg_south_l, id_stg_south, 1, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm1dy, ierr )
1193
1194       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1195       CALL MPI_ALLREDUCE( id_stg_north_l, id_stg_north, 1, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm1dy, ierr )
1196
1197    ENDIF
1198
1199!
1200!-- Broadcast the id of the inflow PE
1201    IF ( bc_dirichlet_l )  THEN
1202       id_inflow_l = myidx
1203    ELSE
1204       id_inflow_l = 0
1205    ENDIF
1206    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1207    CALL MPI_ALLREDUCE( id_inflow_l, id_inflow, 1, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm1dx, ierr )
1208
1209!
1210!-- Broadcast the id of the recycling plane
1211!-- WARNING: needs to be adjusted in case of inflows other than from left side!
1212    IF ( turbulent_inflow ) THEN
1213
1214       IF ( NINT( recycling_width / dx, KIND=idp ) >= nxl  .AND.                                   &
1215            NINT( recycling_width / dx, KIND=idp ) <= nxr )  THEN
1216          id_recycling_l = myidx
1217       ELSE
1218          id_recycling_l = 0
1219       ENDIF
1220       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1221       CALL MPI_ALLREDUCE( id_recycling_l, id_recycling, 1, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm1dx, ierr )
1222
1223    ENDIF
1224
1225!
1226!-- Broadcast the id of the outflow PE and outflow-source plane
1227    IF ( turbulent_outflow )  THEN
1228
1229       IF ( bc_radiation_r )  THEN
1230          id_outflow_l = myidx
1231       ELSE
1232          id_outflow_l = 0
1233       ENDIF
1234       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1235       CALL MPI_ALLREDUCE( id_outflow_l, id_outflow, 1, MPI_INTEGER, MPI_SUM, &
1236                           comm1dx, ierr )
1237
1238       IF ( NINT( outflow_source_plane / dx ) >= nxl  .AND.                                        &
1239            NINT( outflow_source_plane / dx ) <= nxr )  THEN
1240          id_outflow_source_l = myidx
1241       ELSE
1242          id_outflow_source_l = 0
1243       ENDIF
1244       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1245       CALL MPI_ALLREDUCE( id_outflow_source_l, id_outflow_source, 1, MPI_INTEGER, MPI_SUM,        &
1246                           comm1dx, ierr )
1247
1248    ENDIF
1249
1250    CALL location_message( 'creating virtual PE grids + MPI derived data types', 'finished' )
1251
1252#else
1253    IF ( bc_lr == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1254       bc_dirichlet_l = .TRUE.
1255       bc_radiation_r = .TRUE.
1256    ELSEIF ( bc_lr == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1257       bc_radiation_l = .TRUE.
1258       bc_dirichlet_r = .TRUE.
1259    ENDIF
1260
1261    IF ( bc_ns == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1262       bc_dirichlet_n = .TRUE.
1263       bc_radiation_s = .TRUE.
1264    ELSEIF ( bc_ns == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1265       bc_radiation_n = .TRUE.
1266       bc_dirichlet_s = .TRUE.
1267    ENDIF
1268#endif
1269
1270!
1271!-- At the inflow or outflow, u or v, respectively, have to be calculated for one more grid point.
1272    IF ( bc_dirichlet_l  .OR.  bc_radiation_l )  THEN
1273       nxlu = nxl + 1
1274    ELSE
1275       nxlu = nxl
1276    ENDIF
1277    IF ( bc_dirichlet_s  .OR.  bc_radiation_s )  THEN
1278       nysv = nys + 1
1279    ELSE
1280       nysv = nys
1281    ENDIF
1282
1283!
1284!-- Allocate wall flag arrays used in the multigrid solver
1285    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
1286
1287       DO  i = maximum_grid_level, 1, -1
1288
1289           SELECT CASE ( i )
1290
1291              CASE ( 1 )
1292                 ALLOCATE( wall_flags_1(nzb:nzt_mg(i)+1,                                           &
1293                                        nys_mg(i)-1:nyn_mg(i)+1,                                   &
1294                                        nxl_mg(i)-1:nxr_mg(i)+1) )
1295
1296              CASE ( 2 )
1297                 ALLOCATE( wall_flags_2(nzb:nzt_mg(i)+1,                                           &
1298                                        nys_mg(i)-1:nyn_mg(i)+1,                                   &
1299                                        nxl_mg(i)-1:nxr_mg(i)+1) )
1300
1301              CASE ( 3 )
1302                 ALLOCATE( wall_flags_3(nzb:nzt_mg(i)+1,                                           &
1303                                        nys_mg(i)-1:nyn_mg(i)+1,                                   &
1304                                        nxl_mg(i)-1:nxr_mg(i)+1) )
1305
1306              CASE ( 4 )
1307                 ALLOCATE( wall_flags_4(nzb:nzt_mg(i)+1,                                           &
1308                                        nys_mg(i)-1:nyn_mg(i)+1,                                   &
1309                                        nxl_mg(i)-1:nxr_mg(i)+1) )
1310
1311              CASE ( 5 )
1312                 ALLOCATE( wall_flags_5(nzb:nzt_mg(i)+1,                                           &
1313                                        nys_mg(i)-1:nyn_mg(i)+1,                                   &
1314                                        nxl_mg(i)-1:nxr_mg(i)+1) )
1315
1316              CASE ( 6 )
1317                 ALLOCATE( wall_flags_6(nzb:nzt_mg(i)+1,                                           &
1318                                        nys_mg(i)-1:nyn_mg(i)+1,                                   &
1319                                        nxl_mg(i)-1:nxr_mg(i)+1) )
1320
1321              CASE ( 7 )
1322                 ALLOCATE( wall_flags_7(nzb:nzt_mg(i)+1,                                           &
1323                                        nys_mg(i)-1:nyn_mg(i)+1,                                   &
1324                                        nxl_mg(i)-1:nxr_mg(i)+1) )
1325
1326              CASE ( 8 )
1327                 ALLOCATE( wall_flags_8(nzb:nzt_mg(i)+1,                                           &
1328                                        nys_mg(i)-1:nyn_mg(i)+1,                                   &
1329                                        nxl_mg(i)-1:nxr_mg(i)+1) )
1330
1331              CASE ( 9 )
1332                 ALLOCATE( wall_flags_9(nzb:nzt_mg(i)+1,                                           &
1333                                        nys_mg(i)-1:nyn_mg(i)+1,                                   &
1334                                        nxl_mg(i)-1:nxr_mg(i)+1) )
1335
1336              CASE ( 10 )
1337                 ALLOCATE( wall_flags_10(nzb:nzt_mg(i)+1,                                          &
1338                                        nys_mg(i)-1:nyn_mg(i)+1,                                   &
1339                                        nxl_mg(i)-1:nxr_mg(i)+1) )
1340
1341              CASE DEFAULT
1342                 message_string = 'more than 10 multigrid levels'
1343                 CALL message( 'init_pegrid', 'PA0238', 1, 2, 0, 6, 0 )
1344
1345          END SELECT
1346
1347       ENDDO
1348
1349    ENDIF
1350
1351 END SUBROUTINE init_pegrid
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.