source: palm/trunk/SOURCE/boundary_conds.f90 @ 1354

Last change on this file since 1354 was 1354, checked in by heinze, 11 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 30.6 KB
RevLine 
[1113]1 SUBROUTINE boundary_conds
[1]2
[1036]3!--------------------------------------------------------------------------------!
4! This file is part of PALM.
5!
6! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
7! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
8! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
[1310]17! Copyright 1997-2014 Leibniz Universitaet Hannover
[1036]18!--------------------------------------------------------------------------------!
19!
[484]20! Current revisions:
[1]21! -----------------
[1354]22!
23!
[1321]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: boundary_conds.f90 1354 2014-04-08 15:22:57Z heinze $
27!
[1354]28! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
29! REAL constants provided with KIND-attribute
30
[1321]31! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
[1320]32! ONLY-attribute added to USE-statements,
33! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
34! kinds are defined in new module kinds,
35! revision history before 2012 removed,
36! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
37! all variable declaration statements
[1160]38!
[1258]39! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
40! loop independent clauses added
41!
[1242]42! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
43! Adjust ug and vg at each timestep in case of large_scale_forcing
44!
[1160]45! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
[1159]46! Bugfix: Neumann boundary conditions for the velocity components at the
47! outflow are in fact radiation boundary conditions using the maximum phase
48! velocity that ensures numerical stability (CFL-condition).
49! Hence, logical operator use_cmax is now used instead of bc_lr_dirneu/_neudir.
50! Bugfix: In case of use_cmax at the outflow, u, v, w are replaced by
51! u_p, v_p, w_p 
[1116]52!
53! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
54! boundary conditions of two-moment cloud scheme are restricted to Neumann-
55! boundary-conditions
56!
[1114]57! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
58! GPU-porting
59! dummy argument "range" removed
60! Bugfix: wrong index in loops of radiation boundary condition
[1113]61!
[1054]62! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
63! boundary conditions for the two new prognostic equations (nr, qr) of the
64! two-moment cloud scheme
65!
[1037]66! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
67! code put under GPL (PALM 3.9)
68!
[997]69! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
70! little reformatting
71!
[979]72! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
73! Neumann boudnary conditions are added at the inflow boundary for the SGS-TKE.
74! Outflow boundary conditions for the velocity components can be set to Neumann
75! conditions or to radiation conditions with a horizontal averaged phase
76! velocity.
77!
[876]78! 875 2012-04-02 15:35:15Z gryschka
79! Bugfix in case of dirichlet inflow bc at the right or north boundary
80!
[1]81! Revision 1.1  1997/09/12 06:21:34  raasch
82! Initial revision
83!
84!
85! Description:
86! ------------
[1159]87! Boundary conditions for the prognostic quantities.
[1]88! One additional bottom boundary condition is applied for the TKE (=(u*)**2)
89! in prandtl_fluxes. The cyclic lateral boundary conditions are implicitly
90! handled in routine exchange_horiz. Pressure boundary conditions are
91! explicitly set in routines pres, poisfft, poismg and sor.
92!------------------------------------------------------------------------------!
93
[1320]94    USE arrays_3d,                                                             &
95        ONLY:  c_u, c_u_m, c_u_m_l, c_v, c_v_m, c_v_m_l, c_w, c_w_m, c_w_m_l,  &
96               dzu, e_p, nr_p, pt, pt_p, q, q_p, qr_p, sa, sa_p,               &
97               u, ug, u_init, u_m_l, u_m_n, u_m_r, u_m_s, u_p,                 &
98               v, vg, v_init, v_m_l, v_m_n, v_m_r, v_m_s, v_p,                 &
99               w, w_p, w_m_l, w_m_n, w_m_r, w_m_s
100
101    USE control_parameters,                                                    &
102        ONLY:  bc_pt_t_val, bc_q_t_val, constant_diffusion,                    &
103               cloud_physics, dt_3d, humidity,                                 &
104               ibc_pt_b, ibc_pt_t, ibc_q_b, ibc_sa_t, ibc_uv_b, ibc_uv_t,      &
105               icloud_scheme, inflow_l, inflow_n, inflow_r, inflow_s,          &
106               intermediate_timestep_count, large_scale_forcing, ocean,        &
107               outflow_l, outflow_n, outflow_r, outflow_s, passive_scalar,     &
108               precipitation, tsc, use_cmax
109
110    USE grid_variables,                                                        &
111        ONLY:  ddx, ddy, dx, dy
112
113    USE indices,                                                               &
114        ONLY:  nx, nxl, nxlg, nxr, nxrg, ny, nyn, nyng, nys, nysg,             &
115               nzb, nzb_s_inner, nzb_w_inner, nzt
116
117    USE kinds
118
[1]119    USE pegrid
120
[1320]121
[1]122    IMPLICIT NONE
123
[1320]124    INTEGER(iwp) ::  i !:
125    INTEGER(iwp) ::  j !:
126    INTEGER(iwp) ::  k !:
[1]127
[1320]128    REAL(wp)    ::  c_max !:
129    REAL(wp)    ::  denom !:
[1]130
[73]131
[1]132!
[1113]133!-- Bottom boundary
134    IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
135       !$acc kernels present( u_p, v_p )
136       u_p(nzb,:,:) = u_p(nzb+1,:,:)
137       v_p(nzb,:,:) = v_p(nzb+1,:,:)
138       !$acc end kernels
139    ENDIF
140
141    !$acc kernels present( nzb_w_inner, w_p )
142    DO  i = nxlg, nxrg
143       DO  j = nysg, nyng
[1353]144          w_p(nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
[1113]145       ENDDO
146    ENDDO
147    !$acc end kernels
148
149!
150!-- Top boundary
151    IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
152       !$acc kernels present( u_init, u_p, v_init, v_p )
153        u_p(nzt+1,:,:) = u_init(nzt+1)
154        v_p(nzt+1,:,:) = v_init(nzt+1)
[1241]155        IF ( large_scale_forcing) THEN
156           u_p(nzt+1,:,:) = ug(nzt+1)
157           v_p(nzt+1,:,:) = vg(nzt+1)
158        END IF
[1113]159       !$acc end kernels
160    ELSE
161       !$acc kernels present( u_p, v_p )
162        u_p(nzt+1,:,:) = u_p(nzt,:,:)
163        v_p(nzt+1,:,:) = v_p(nzt,:,:)
164       !$acc end kernels
165    ENDIF
166    !$acc kernels present( w_p )
[1353]167    w_p(nzt:nzt+1,:,:) = 0.0_wp  ! nzt is not a prognostic level (but cf. pres)
[1113]168    !$acc end kernels
169
170!
171!-- Temperature at bottom boundary.
172!-- In case of coupled runs (ibc_pt_b = 2) the temperature is given by
173!-- the sea surface temperature of the coupled ocean model.
174    IF ( ibc_pt_b == 0 )  THEN
175       !$acc kernels present( nzb_s_inner, pt, pt_p )
[1257]176       !$acc loop independent
[667]177       DO  i = nxlg, nxrg
[1257]178          !$acc loop independent
[667]179          DO  j = nysg, nyng
[1113]180             pt_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = pt(nzb_s_inner(j,i),j,i)
[1]181          ENDDO
182       ENDDO
[1113]183       !$acc end kernels
184    ELSEIF ( ibc_pt_b == 1 )  THEN
185       !$acc kernels present( nzb_s_inner, pt_p )
[1257]186       !$acc loop independent
[1113]187       DO  i = nxlg, nxrg
[1257]188          !$acc loop independent
[1113]189          DO  j = nysg, nyng
190             pt_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = pt_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
191          ENDDO
192       ENDDO
193      !$acc end kernels
194    ENDIF
[1]195
196!
[1113]197!-- Temperature at top boundary
198    IF ( ibc_pt_t == 0 )  THEN
199       !$acc kernels present( pt, pt_p )
200        pt_p(nzt+1,:,:) = pt(nzt+1,:,:)
201       !$acc end kernels
202    ELSEIF ( ibc_pt_t == 1 )  THEN
203       !$acc kernels present( pt_p )
204        pt_p(nzt+1,:,:) = pt_p(nzt,:,:)
205       !$acc end kernels
206    ELSEIF ( ibc_pt_t == 2 )  THEN
207       !$acc kernels present( dzu, pt_p )
208        pt_p(nzt+1,:,:) = pt_p(nzt,:,:)   + bc_pt_t_val * dzu(nzt+1)
209       !$acc end kernels
210    ENDIF
[1]211
212!
[1113]213!-- Boundary conditions for TKE
214!-- Generally Neumann conditions with de/dz=0 are assumed
215    IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
216       !$acc kernels present( e_p, nzb_s_inner )
[1257]217       !$acc loop independent
[1113]218       DO  i = nxlg, nxrg
[1257]219          !$acc loop independent
[1113]220          DO  j = nysg, nyng
221             e_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = e_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
[73]222          ENDDO
[1113]223       ENDDO
224       e_p(nzt+1,:,:) = e_p(nzt,:,:)
225       !$acc end kernels
226    ENDIF
227
228!
229!-- Boundary conditions for salinity
230    IF ( ocean )  THEN
231!
232!--    Bottom boundary: Neumann condition because salinity flux is always
233!--    given
234       DO  i = nxlg, nxrg
235          DO  j = nysg, nyng
236             sa_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = sa_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
[1]237          ENDDO
[1113]238       ENDDO
[1]239
240!
[1113]241!--    Top boundary: Dirichlet or Neumann
242       IF ( ibc_sa_t == 0 )  THEN
243           sa_p(nzt+1,:,:) = sa(nzt+1,:,:)
244       ELSEIF ( ibc_sa_t == 1 )  THEN
245           sa_p(nzt+1,:,:) = sa_p(nzt,:,:)
[1]246       ENDIF
247
[1113]248    ENDIF
249
[1]250!
[1113]251!-- Boundary conditions for total water content or scalar,
252!-- bottom and top boundary (see also temperature)
253    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
254!
255!--    Surface conditions for constant_humidity_flux
256       IF ( ibc_q_b == 0 ) THEN
[667]257          DO  i = nxlg, nxrg
258             DO  j = nysg, nyng
[1113]259                q_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = q(nzb_s_inner(j,i),j,i)
[1]260             ENDDO
261          ENDDO
[1113]262       ELSE
[667]263          DO  i = nxlg, nxrg
264             DO  j = nysg, nyng
[1113]265                q_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = q_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
[95]266             ENDDO
267          ENDDO
[1113]268       ENDIF
[95]269!
[1113]270!--    Top boundary
271       q_p(nzt+1,:,:) = q_p(nzt,:,:)   + bc_q_t_val * dzu(nzt+1)
[95]272
[1320]273       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.                    &
[1115]274            precipitation )  THEN
[1113]275!             
[1115]276!--       Surface conditions rain water (Neumann)
277          DO  i = nxlg, nxrg
278             DO  j = nysg, nyng
279                qr_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = qr_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
280                nr_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = nr_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
[73]281             ENDDO
[1115]282          ENDDO
[1]283!
[1115]284!--       Top boundary condition for rain water (Neumann)
285          qr_p(nzt+1,:,:) = qr_p(nzt,:,:)
286          nr_p(nzt+1,:,:) = nr_p(nzt,:,:)
287           
[1]288       ENDIF
289!
[875]290!--    In case of inflow at the south boundary the boundary for v is at nys
291!--    and in case of inflow at the left boundary the boundary for u is at nxl.
292!--    Since in prognostic_equations (cache optimized version) these levels are
293!--    handled as a prognostic level, boundary values have to be restored here.
[978]294!--    For the SGS-TKE, Neumann boundary conditions are used at the inflow.
[1]295       IF ( inflow_s )  THEN
[73]296          v_p(:,nys,:) = v_p(:,nys-1,:)
[978]297          IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,nys-1,:) = e_p(:,nys,:)
298       ELSEIF ( inflow_n )  THEN
299          IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,nyn+1,:) = e_p(:,nyn,:)
[1]300       ELSEIF ( inflow_l ) THEN
[73]301          u_p(:,:,nxl) = u_p(:,:,nxl-1)
[978]302          IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,:,nxl-1) = e_p(:,:,nxl)
303       ELSEIF ( inflow_r )  THEN
304          IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,:,nxr+1) = e_p(:,:,nxr)
[1]305       ENDIF
306
307!
308!--    Lateral boundary conditions for scalar quantities at the outflow
309       IF ( outflow_s )  THEN
[73]310          pt_p(:,nys-1,:)     = pt_p(:,nys,:)
311          IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,nys-1,:) = e_p(:,nys,:)
[1115]312          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1053]313             q_p(:,nys-1,:) = q_p(:,nys,:)
[1320]314             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
[1115]315                  precipitation)  THEN
[1053]316                qr_p(:,nys-1,:) = qr_p(:,nys,:)
317                nr_p(:,nys-1,:) = nr_p(:,nys,:)
318             ENDIF
319          ENDIF
[1]320       ELSEIF ( outflow_n )  THEN
[73]321          pt_p(:,nyn+1,:)     = pt_p(:,nyn,:)
322          IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,nyn+1,:) = e_p(:,nyn,:)
[1115]323          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1053]324             q_p(:,nyn+1,:) = q_p(:,nyn,:)
[1320]325             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
[1115]326                  precipitation )  THEN
[1053]327                qr_p(:,nyn+1,:) = qr_p(:,nyn,:)
328                nr_p(:,nyn+1,:) = nr_p(:,nyn,:)
329             ENDIF
330          ENDIF
[1]331       ELSEIF ( outflow_l )  THEN
[73]332          pt_p(:,:,nxl-1)     = pt_p(:,:,nxl)
333          IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,:,nxl-1) = e_p(:,:,nxl)
[1115]334          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1053]335             q_p(:,:,nxl-1) = q_p(:,:,nxl)
[1320]336             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
[1115]337                  precipitation )  THEN
[1053]338                qr_p(:,:,nxl-1) = qr_p(:,:,nxl)
339                nr_p(:,:,nxl-1) = nr_p(:,:,nxl)
340             ENDIF
341          ENDIF
[1]342       ELSEIF ( outflow_r )  THEN
[73]343          pt_p(:,:,nxr+1)     = pt_p(:,:,nxr)
344          IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,:,nxr+1) = e_p(:,:,nxr)
[1053]345          IF ( humidity .OR. passive_scalar )  THEN
346             q_p(:,:,nxr+1) = q_p(:,:,nxr)
[1115]347             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  precipitation )  THEN
[1053]348                qr_p(:,:,nxr+1) = qr_p(:,:,nxr)
349                nr_p(:,:,nxr+1) = nr_p(:,:,nxr)
350             ENDIF
351          ENDIF
[1]352       ENDIF
353
354    ENDIF
355
356!
[1159]357!-- Radiation boundary conditions for the velocities at the respective outflow.
358!-- The phase velocity is either assumed to the maximum phase velocity that
359!-- ensures numerical stability (CFL-condition) or calculated after
360!-- Orlanski(1976) and averaged along the outflow boundary.
[106]361    IF ( outflow_s )  THEN
[75]362
[1159]363       IF ( use_cmax )  THEN
364          u_p(:,-1,:) = u(:,0,:)
365          v_p(:,0,:)  = v(:,1,:)
366          w_p(:,-1,:) = w(:,0,:)         
367       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
[75]368
[978]369          c_max = dy / dt_3d
[75]370
[1353]371          c_u_m_l = 0.0_wp 
372          c_v_m_l = 0.0_wp
373          c_w_m_l = 0.0_wp
[978]374
[1353]375          c_u_m = 0.0_wp 
376          c_v_m = 0.0_wp
377          c_w_m = 0.0_wp
[978]378
[75]379!
[996]380!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
381!--       average along the outflow boundary.
382          DO  k = nzb+1, nzt+1
383             DO  i = nxl, nxr
[75]384
[106]385                denom = u_m_s(k,0,i) - u_m_s(k,1,i)
386
[1353]387                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]388                   c_u(k,i) = -c_max * ( u(k,0,i) - u_m_s(k,0,i) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]389                   IF ( c_u(k,i) < 0.0_wp )  THEN
390                      c_u(k,i) = 0.0_wp
[106]391                   ELSEIF ( c_u(k,i) > c_max )  THEN
392                      c_u(k,i) = c_max
393                   ENDIF
394                ELSE
395                   c_u(k,i) = c_max
[75]396                ENDIF
397
[106]398                denom = v_m_s(k,1,i) - v_m_s(k,2,i)
399
[1353]400                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]401                   c_v(k,i) = -c_max * ( v(k,1,i) - v_m_s(k,1,i) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]402                   IF ( c_v(k,i) < 0.0_wp )  THEN
403                      c_v(k,i) = 0.0_wp
[106]404                   ELSEIF ( c_v(k,i) > c_max )  THEN
405                      c_v(k,i) = c_max
406                   ENDIF
407                ELSE
408                   c_v(k,i) = c_max
[75]409                ENDIF
410
[106]411                denom = w_m_s(k,0,i) - w_m_s(k,1,i)
[75]412
[1353]413                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]414                   c_w(k,i) = -c_max * ( w(k,0,i) - w_m_s(k,0,i) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]415                   IF ( c_w(k,i) < 0.0_wp )  THEN
416                      c_w(k,i) = 0.0_wp
[106]417                   ELSEIF ( c_w(k,i) > c_max )  THEN
418                      c_w(k,i) = c_max
419                   ENDIF
420                ELSE
421                   c_w(k,i) = c_max
[75]422                ENDIF
[106]423
[978]424                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,i)
425                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,i)
426                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,i)
[106]427
[978]428             ENDDO
429          ENDDO
[75]430
[978]431#if defined( __parallel )   
432          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
433          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
434                              MPI_SUM, comm1dx, ierr )   
435          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
436          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
437                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
438          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
439          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
440                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
441#else
442          c_u_m = c_u_m_l
443          c_v_m = c_v_m_l
444          c_w_m = c_w_m_l
445#endif
446
447          c_u_m = c_u_m / (nx+1)
448          c_v_m = c_v_m / (nx+1)
449          c_w_m = c_w_m / (nx+1)
450
[75]451!
[978]452!--       Save old timelevels for the next timestep
453          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
454             u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
455             v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
456             w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
457          ENDIF
458
459!
460!--       Calculate the new velocities
[996]461          DO  k = nzb+1, nzt+1
462             DO  i = nxlg, nxrg
[978]463                u_p(k,-1,i) = u(k,-1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *          &
[75]464                                       ( u(k,-1,i) - u(k,0,i) ) * ddy
465
[978]466                v_p(k,0,i)  = v(k,0,i)  - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *          &
[106]467                                       ( v(k,0,i) - v(k,1,i) ) * ddy
[75]468
[978]469                w_p(k,-1,i) = w(k,-1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *          &
[75]470                                       ( w(k,-1,i) - w(k,0,i) ) * ddy
[978]471             ENDDO
[75]472          ENDDO
473
474!
[978]475!--       Bottom boundary at the outflow
476          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
[1353]477             u_p(nzb,-1,:) = 0.0_wp 
478             v_p(nzb,0,:)  = 0.0_wp 
[978]479          ELSE                   
480             u_p(nzb,-1,:) =  u_p(nzb+1,-1,:)
481             v_p(nzb,0,:)  =  v_p(nzb+1,0,:)
482          ENDIF
[1353]483          w_p(nzb,-1,:) = 0.0_wp
[73]484
[75]485!
[978]486!--       Top boundary at the outflow
487          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
488             u_p(nzt+1,-1,:) = u_init(nzt+1)
489             v_p(nzt+1,0,:)  = v_init(nzt+1)
490          ELSE
491             u_p(nzt+1,-1,:) = u(nzt,-1,:)
492             v_p(nzt+1,0,:)  = v(nzt,0,:)
493          ENDIF
[1353]494          w_p(nzt:nzt+1,-1,:) = 0.0_wp
[978]495
[75]496       ENDIF
[73]497
[75]498    ENDIF
[73]499
[106]500    IF ( outflow_n )  THEN
[73]501
[1159]502       IF ( use_cmax )  THEN
503          u_p(:,ny+1,:) = u(:,ny,:)
504          v_p(:,ny+1,:) = v(:,ny,:)
505          w_p(:,ny+1,:) = w(:,ny,:)         
506       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
[75]507
[978]508          c_max = dy / dt_3d
[75]509
[1353]510          c_u_m_l = 0.0_wp 
511          c_v_m_l = 0.0_wp
512          c_w_m_l = 0.0_wp
[978]513
[1353]514          c_u_m = 0.0_wp 
515          c_v_m = 0.0_wp
516          c_w_m = 0.0_wp
[978]517
[1]518!
[996]519!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
520!--       average along the outflow boundary.
521          DO  k = nzb+1, nzt+1
522             DO  i = nxl, nxr
[73]523
[106]524                denom = u_m_n(k,ny,i) - u_m_n(k,ny-1,i)
525
[1353]526                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]527                   c_u(k,i) = -c_max * ( u(k,ny,i) - u_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]528                   IF ( c_u(k,i) < 0.0_wp )  THEN
529                      c_u(k,i) = 0.0_wp
[106]530                   ELSEIF ( c_u(k,i) > c_max )  THEN
531                      c_u(k,i) = c_max
532                   ENDIF
533                ELSE
534                   c_u(k,i) = c_max
[73]535                ENDIF
536
[106]537                denom = v_m_n(k,ny,i) - v_m_n(k,ny-1,i)
[73]538
[1353]539                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]540                   c_v(k,i) = -c_max * ( v(k,ny,i) - v_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]541                   IF ( c_v(k,i) < 0.0_wp )  THEN
542                      c_v(k,i) = 0.0_wp
[106]543                   ELSEIF ( c_v(k,i) > c_max )  THEN
544                      c_v(k,i) = c_max
545                   ENDIF
546                ELSE
547                   c_v(k,i) = c_max
[73]548                ENDIF
549
[106]550                denom = w_m_n(k,ny,i) - w_m_n(k,ny-1,i)
[73]551
[1353]552                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]553                   c_w(k,i) = -c_max * ( w(k,ny,i) - w_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]554                   IF ( c_w(k,i) < 0.0_wp )  THEN
555                      c_w(k,i) = 0.0_wp
[106]556                   ELSEIF ( c_w(k,i) > c_max )  THEN
557                      c_w(k,i) = c_max
558                   ENDIF
559                ELSE
560                   c_w(k,i) = c_max
[73]561                ENDIF
[106]562
[978]563                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,i)
564                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,i)
565                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,i)
[106]566
[978]567             ENDDO
568          ENDDO
[73]569
[978]570#if defined( __parallel )   
571          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
572          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
573                              MPI_SUM, comm1dx, ierr )   
574          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
575          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
576                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
577          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
578          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
579                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
580#else
581          c_u_m = c_u_m_l
582          c_v_m = c_v_m_l
583          c_w_m = c_w_m_l
584#endif
585
586          c_u_m = c_u_m / (nx+1)
587          c_v_m = c_v_m / (nx+1)
588          c_w_m = c_w_m / (nx+1)
589
[73]590!
[978]591!--       Save old timelevels for the next timestep
592          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
593                u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
594                v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
595                w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
596          ENDIF
[73]597
[978]598!
599!--       Calculate the new velocities
[996]600          DO  k = nzb+1, nzt+1
601             DO  i = nxlg, nxrg
[978]602                u_p(k,ny+1,i) = u(k,ny+1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *      &
603                                       ( u(k,ny+1,i) - u(k,ny,i) ) * ddy
[73]604
[978]605                v_p(k,ny+1,i) = v(k,ny+1,i)  - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *     &
606                                       ( v(k,ny+1,i) - v(k,ny,i) ) * ddy
[73]607
[978]608                w_p(k,ny+1,i) = w(k,ny+1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *      &
609                                       ( w(k,ny+1,i) - w(k,ny,i) ) * ddy
610             ENDDO
[1]611          ENDDO
612
613!
[978]614!--       Bottom boundary at the outflow
615          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
[1353]616             u_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp
617             v_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp   
[978]618          ELSE                   
619             u_p(nzb,ny+1,:) =  u_p(nzb+1,ny+1,:)
620             v_p(nzb,ny+1,:) =  v_p(nzb+1,ny+1,:)
621          ENDIF
[1353]622          w_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp
[73]623
624!
[978]625!--       Top boundary at the outflow
626          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
627             u_p(nzt+1,ny+1,:) = u_init(nzt+1)
628             v_p(nzt+1,ny+1,:) = v_init(nzt+1)
629          ELSE
630             u_p(nzt+1,ny+1,:) = u_p(nzt,nyn+1,:)
631             v_p(nzt+1,ny+1,:) = v_p(nzt,nyn+1,:)
632          ENDIF
[1353]633          w_p(nzt:nzt+1,ny+1,:) = 0.0_wp
[978]634
[1]635       ENDIF
636
[75]637    ENDIF
638
[106]639    IF ( outflow_l )  THEN
[75]640
[1159]641       IF ( use_cmax )  THEN
642          u_p(:,:,-1) = u(:,:,0)
643          v_p(:,:,0)  = v(:,:,1)
644          w_p(:,:,-1) = w(:,:,0)         
645       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
[75]646
[978]647          c_max = dx / dt_3d
[75]648
[1353]649          c_u_m_l = 0.0_wp 
650          c_v_m_l = 0.0_wp
651          c_w_m_l = 0.0_wp
[978]652
[1353]653          c_u_m = 0.0_wp 
654          c_v_m = 0.0_wp
655          c_w_m = 0.0_wp
[978]656
[1]657!
[996]658!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
659!--       average along the outflow boundary.
660          DO  k = nzb+1, nzt+1
661             DO  j = nys, nyn
[75]662
[106]663                denom = u_m_l(k,j,1) - u_m_l(k,j,2)
664
[1353]665                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]666                   c_u(k,j) = -c_max * ( u(k,j,1) - u_m_l(k,j,1) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]667                   IF ( c_u(k,j) < 0.0_wp )  THEN
668                      c_u(k,j) = 0.0_wp
[107]669                   ELSEIF ( c_u(k,j) > c_max )  THEN
670                      c_u(k,j) = c_max
[106]671                   ENDIF
672                ELSE
[107]673                   c_u(k,j) = c_max
[75]674                ENDIF
675
[106]676                denom = v_m_l(k,j,0) - v_m_l(k,j,1)
[75]677
[1353]678                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]679                   c_v(k,j) = -c_max * ( v(k,j,0) - v_m_l(k,j,0) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]680                   IF ( c_v(k,j) < 0.0_wp )  THEN
681                      c_v(k,j) = 0.0_wp
[106]682                   ELSEIF ( c_v(k,j) > c_max )  THEN
683                      c_v(k,j) = c_max
684                   ENDIF
685                ELSE
686                   c_v(k,j) = c_max
[75]687                ENDIF
688
[106]689                denom = w_m_l(k,j,0) - w_m_l(k,j,1)
[75]690
[1353]691                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]692                   c_w(k,j) = -c_max * ( w(k,j,0) - w_m_l(k,j,0) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]693                   IF ( c_w(k,j) < 0.0_wp )  THEN
694                      c_w(k,j) = 0.0_wp
[106]695                   ELSEIF ( c_w(k,j) > c_max )  THEN
696                      c_w(k,j) = c_max
697                   ENDIF
698                ELSE
699                   c_w(k,j) = c_max
[75]700                ENDIF
[106]701
[978]702                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,j)
703                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,j)
704                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,j)
[106]705
[978]706             ENDDO
707          ENDDO
[75]708
[978]709#if defined( __parallel )   
710          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
711          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
712                              MPI_SUM, comm1dy, ierr )   
713          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
714          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
715                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
716          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
717          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
718                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
719#else
720          c_u_m = c_u_m_l
721          c_v_m = c_v_m_l
722          c_w_m = c_w_m_l
723#endif
724
725          c_u_m = c_u_m / (ny+1)
726          c_v_m = c_v_m / (ny+1)
727          c_w_m = c_w_m / (ny+1)
728
[73]729!
[978]730!--       Save old timelevels for the next timestep
731          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
732                u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
733                v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
734                w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
735          ENDIF
736
737!
738!--       Calculate the new velocities
[996]739          DO  k = nzb+1, nzt+1
[1113]740             DO  j = nysg, nyng
[978]741                u_p(k,j,0) = u(k,j,0) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *            &
[106]742                                       ( u(k,j,0) - u(k,j,1) ) * ddx
[75]743
[978]744                v_p(k,j,-1) = v(k,j,-1) - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *          &
[75]745                                       ( v(k,j,-1) - v(k,j,0) ) * ddx
746
[978]747                w_p(k,j,-1) = w(k,j,-1) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *          &
[75]748                                       ( w(k,j,-1) - w(k,j,0) ) * ddx
[978]749             ENDDO
[75]750          ENDDO
751
752!
[978]753!--       Bottom boundary at the outflow
754          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
[1353]755             u_p(nzb,:,0)  = 0.0_wp 
756             v_p(nzb,:,-1) = 0.0_wp
[978]757          ELSE                   
758             u_p(nzb,:,0)  =  u_p(nzb+1,:,0)
759             v_p(nzb,:,-1) =  v_p(nzb+1,:,-1)
760          ENDIF
[1353]761          w_p(nzb,:,-1) = 0.0_wp
[1]762
[75]763!
[978]764!--       Top boundary at the outflow
765          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
766             u_p(nzt+1,:,-1) = u_init(nzt+1)
767             v_p(nzt+1,:,-1) = v_init(nzt+1)
768          ELSE
769             u_p(nzt+1,:,-1) = u_p(nzt,:,-1)
770             v_p(nzt+1,:,-1) = v_p(nzt,:,-1)
771          ENDIF
[1353]772          w_p(nzt:nzt+1,:,-1) = 0.0_wp
[978]773
[75]774       ENDIF
[73]775
[75]776    ENDIF
[73]777
[106]778    IF ( outflow_r )  THEN
[73]779
[1159]780       IF ( use_cmax )  THEN
781          u_p(:,:,nx+1) = u(:,:,nx)
782          v_p(:,:,nx+1) = v(:,:,nx)
783          w_p(:,:,nx+1) = w(:,:,nx)         
784       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
[75]785
[978]786          c_max = dx / dt_3d
[75]787
[1353]788          c_u_m_l = 0.0_wp 
789          c_v_m_l = 0.0_wp
790          c_w_m_l = 0.0_wp
[978]791
[1353]792          c_u_m = 0.0_wp 
793          c_v_m = 0.0_wp
794          c_w_m = 0.0_wp
[978]795
[1]796!
[996]797!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
798!--       average along the outflow boundary.
799          DO  k = nzb+1, nzt+1
800             DO  j = nys, nyn
[73]801
[106]802                denom = u_m_r(k,j,nx) - u_m_r(k,j,nx-1)
803
[1353]804                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]805                   c_u(k,j) = -c_max * ( u(k,j,nx) - u_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]806                   IF ( c_u(k,j) < 0.0_wp )  THEN
807                      c_u(k,j) = 0.0_wp
[106]808                   ELSEIF ( c_u(k,j) > c_max )  THEN
809                      c_u(k,j) = c_max
810                   ENDIF
811                ELSE
812                   c_u(k,j) = c_max
[73]813                ENDIF
814
[106]815                denom = v_m_r(k,j,nx) - v_m_r(k,j,nx-1)
[73]816
[1353]817                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]818                   c_v(k,j) = -c_max * ( v(k,j,nx) - v_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]819                   IF ( c_v(k,j) < 0.0_wp )  THEN
820                      c_v(k,j) = 0.0_wp
[106]821                   ELSEIF ( c_v(k,j) > c_max )  THEN
822                      c_v(k,j) = c_max
823                   ENDIF
824                ELSE
825                   c_v(k,j) = c_max
[73]826                ENDIF
827
[106]828                denom = w_m_r(k,j,nx) - w_m_r(k,j,nx-1)
[73]829
[1353]830                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]831                   c_w(k,j) = -c_max * ( w(k,j,nx) - w_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]832                   IF ( c_w(k,j) < 0.0_wp )  THEN
833                      c_w(k,j) = 0.0_wp
[106]834                   ELSEIF ( c_w(k,j) > c_max )  THEN
835                      c_w(k,j) = c_max
836                   ENDIF
837                ELSE
838                   c_w(k,j) = c_max
[73]839                ENDIF
[106]840
[978]841                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,j)
842                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,j)
843                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,j)
[106]844
[978]845             ENDDO
846          ENDDO
[73]847
[978]848#if defined( __parallel )   
849          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
850          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
851                              MPI_SUM, comm1dy, ierr )   
852          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
853          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
854                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
855          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
856          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
857                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
858#else
859          c_u_m = c_u_m_l
860          c_v_m = c_v_m_l
861          c_w_m = c_w_m_l
862#endif
863
864          c_u_m = c_u_m / (ny+1)
865          c_v_m = c_v_m / (ny+1)
866          c_w_m = c_w_m / (ny+1)
867
[73]868!
[978]869!--       Save old timelevels for the next timestep
870          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
871                u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
872                v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
873                w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
874          ENDIF
[73]875
[978]876!
877!--       Calculate the new velocities
[996]878          DO  k = nzb+1, nzt+1
[1113]879             DO  j = nysg, nyng
[978]880                u_p(k,j,nx+1) = u(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *      &
881                                       ( u(k,j,nx+1) - u(k,j,nx) ) * ddx
[73]882
[978]883                v_p(k,j,nx+1) = v(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *      &
884                                       ( v(k,j,nx+1) - v(k,j,nx) ) * ddx
[73]885
[978]886                w_p(k,j,nx+1) = w(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *      &
887                                       ( w(k,j,nx+1) - w(k,j,nx) ) * ddx
888             ENDDO
[73]889          ENDDO
890
891!
[978]892!--       Bottom boundary at the outflow
893          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
[1353]894             u_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp
895             v_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp 
[978]896          ELSE                   
897             u_p(nzb,:,nx+1) =  u_p(nzb+1,:,nx+1)
898             v_p(nzb,:,nx+1) =  v_p(nzb+1,:,nx+1)
899          ENDIF
[1353]900          w_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp
[73]901
902!
[978]903!--       Top boundary at the outflow
904          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
905             u_p(nzt+1,:,nx+1) = u_init(nzt+1)
906             v_p(nzt+1,:,nx+1) = v_init(nzt+1)
907          ELSE
908             u_p(nzt+1,:,nx+1) = u_p(nzt,:,nx+1)
909             v_p(nzt+1,:,nx+1) = v_p(nzt,:,nx+1)
910          ENDIF
[1353]911          w(nzt:nzt+1,:,nx+1) = 0.0_wp
[978]912
[1]913       ENDIF
914
915    ENDIF
916
917 END SUBROUTINE boundary_conds
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.