source: palm/trunk/SOURCE/boundary_conds.f90 @ 1846

Last change on this file since 1846 was 1823, checked in by hoffmann, 9 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 32.4 KB
RevLine 
[1682]1!> @file boundary_conds.f90
[1036]2!--------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
6! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
7! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
10! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
11! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
14! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
[1818]16! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
[1036]17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
[484]19! Current revisions:
[1]20! -----------------
[1718]21!
[1823]22!
[1321]23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: boundary_conds.f90 1823 2016-04-07 08:57:52Z raasch $
26!
[1823]27! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
28! icloud_scheme removed. microphyisics_seifert added.
29!
[1765]30! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
31! index bug for u_p at left outflow removed
32!
[1763]33! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
34! Introduction of nested domain feature
35!
[1744]36! 1742 2016-01-13 09:50:06Z raasch
37! bugfix for outflow Neumann boundary conditions at bottom and top
38!
[1718]39! 1717 2015-11-11 15:09:47Z raasch
40! Bugfix: index error in outflow conditions for left boundary
41!
[1683]42! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
43! Code annotations made doxygen readable
44!
[1717]45! 1410 2014-05-23 12:16:18Z suehring
[1463]46! Bugfix: set dirichlet boundary condition for passive_scalar at model domain
47! top
48!
[1410]49! 1399 2014-05-07 11:16:25Z heinze
50! Bugfix: set inflow boundary conditions also if no humidity or passive_scalar
51! is used.
52!
[1399]53! 1398 2014-05-07 11:15:00Z heinze
54! Dirichlet-condition at the top for u and v changed to u_init and v_init also
55! for large_scale_forcing
56!
[1381]57! 1380 2014-04-28 12:40:45Z heinze
58! Adjust Dirichlet-condition at the top for pt in case of nudging
59!
[1362]60! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
61! Bottom and top boundary conditions of rain water content (qr) and
62! rain drop concentration (nr) changed to Dirichlet
63!
[1354]64! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
65! REAL constants provided with KIND-attribute
66
[1321]67! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
[1320]68! ONLY-attribute added to USE-statements,
69! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
70! kinds are defined in new module kinds,
71! revision history before 2012 removed,
72! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
73! all variable declaration statements
[1160]74!
[1258]75! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
76! loop independent clauses added
77!
[1242]78! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
79! Adjust ug and vg at each timestep in case of large_scale_forcing
80!
[1160]81! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
[1159]82! Bugfix: Neumann boundary conditions for the velocity components at the
83! outflow are in fact radiation boundary conditions using the maximum phase
84! velocity that ensures numerical stability (CFL-condition).
85! Hence, logical operator use_cmax is now used instead of bc_lr_dirneu/_neudir.
86! Bugfix: In case of use_cmax at the outflow, u, v, w are replaced by
87! u_p, v_p, w_p 
[1116]88!
89! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
90! boundary conditions of two-moment cloud scheme are restricted to Neumann-
91! boundary-conditions
92!
[1114]93! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
94! GPU-porting
95! dummy argument "range" removed
96! Bugfix: wrong index in loops of radiation boundary condition
[1113]97!
[1054]98! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
99! boundary conditions for the two new prognostic equations (nr, qr) of the
100! two-moment cloud scheme
101!
[1037]102! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
103! code put under GPL (PALM 3.9)
104!
[997]105! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
106! little reformatting
107!
[979]108! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
109! Neumann boudnary conditions are added at the inflow boundary for the SGS-TKE.
110! Outflow boundary conditions for the velocity components can be set to Neumann
111! conditions or to radiation conditions with a horizontal averaged phase
112! velocity.
113!
[876]114! 875 2012-04-02 15:35:15Z gryschka
115! Bugfix in case of dirichlet inflow bc at the right or north boundary
116!
[1]117! Revision 1.1  1997/09/12 06:21:34  raasch
118! Initial revision
119!
120!
121! Description:
122! ------------
[1682]123!> Boundary conditions for the prognostic quantities.
124!> One additional bottom boundary condition is applied for the TKE (=(u*)**2)
125!> in prandtl_fluxes. The cyclic lateral boundary conditions are implicitly
126!> handled in routine exchange_horiz. Pressure boundary conditions are
127!> explicitly set in routines pres, poisfft, poismg and sor.
[1]128!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]129 SUBROUTINE boundary_conds
130 
[1]131
[1320]132    USE arrays_3d,                                                             &
133        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,  &
134               dzu, e_p, nr_p, pt, pt_p, q, q_p, qr_p, sa, sa_p,               &
135               u, ug, u_init, u_m_l, u_m_n, u_m_r, u_m_s, u_p,                 &
136               v, vg, v_init, v_m_l, v_m_n, v_m_r, v_m_s, v_p,                 &
[1380]137               w, w_p, w_m_l, w_m_n, w_m_r, w_m_s,&
138               pt_init
[1320]139
140    USE control_parameters,                                                    &
141        ONLY:  bc_pt_t_val, bc_q_t_val, constant_diffusion,                    &
142               cloud_physics, dt_3d, humidity,                                 &
[1462]143               ibc_pt_b, ibc_pt_t, ibc_q_b, ibc_q_t, ibc_sa_t, ibc_uv_b,       &
[1822]144               ibc_uv_t, inflow_l, inflow_n, inflow_r, inflow_s,               &
145               intermediate_timestep_count, large_scale_forcing,               &
146               microphysics_seifert, nest_domain, nest_bound_l, nest_bound_s,  &
147               nudging, ocean, outflow_l, outflow_n, outflow_r, outflow_s,     &
148               passive_scalar, tsc, use_cmax
[1320]149
150    USE grid_variables,                                                        &
151        ONLY:  ddx, ddy, dx, dy
152
153    USE indices,                                                               &
154        ONLY:  nx, nxl, nxlg, nxr, nxrg, ny, nyn, nyng, nys, nysg,             &
155               nzb, nzb_s_inner, nzb_w_inner, nzt
156
157    USE kinds
158
[1]159    USE pegrid
160
[1320]161
[1]162    IMPLICIT NONE
163
[1682]164    INTEGER(iwp) ::  i !<
165    INTEGER(iwp) ::  j !<
166    INTEGER(iwp) ::  k !<
[1]167
[1682]168    REAL(wp)    ::  c_max !<
169    REAL(wp)    ::  denom !<
[1]170
[73]171
[1]172!
[1113]173!-- Bottom boundary
174    IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
175       !$acc kernels present( u_p, v_p )
176       u_p(nzb,:,:) = u_p(nzb+1,:,:)
177       v_p(nzb,:,:) = v_p(nzb+1,:,:)
178       !$acc end kernels
179    ENDIF
180
181    !$acc kernels present( nzb_w_inner, w_p )
182    DO  i = nxlg, nxrg
183       DO  j = nysg, nyng
[1353]184          w_p(nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
[1113]185       ENDDO
186    ENDDO
187    !$acc end kernels
188
189!
[1762]190!-- Top boundary. A nested domain ( ibc_uv_t = 3 ) does not require settings.
[1113]191    IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
192       !$acc kernels present( u_init, u_p, v_init, v_p )
193        u_p(nzt+1,:,:) = u_init(nzt+1)
194        v_p(nzt+1,:,:) = v_init(nzt+1)
195       !$acc end kernels
[1762]196    ELSEIF ( ibc_uv_t == 1 )  THEN
[1113]197       !$acc kernels present( u_p, v_p )
198        u_p(nzt+1,:,:) = u_p(nzt,:,:)
199        v_p(nzt+1,:,:) = v_p(nzt,:,:)
200       !$acc end kernels
201    ENDIF
202
[1762]203    IF ( .NOT. nest_domain )  THEN
204       !$acc kernels present( w_p )
205       w_p(nzt:nzt+1,:,:) = 0.0_wp  ! nzt is not a prognostic level (but cf. pres)
206       !$acc end kernels
207    ENDIF
208
[1113]209!
210!-- Temperature at bottom boundary.
211!-- In case of coupled runs (ibc_pt_b = 2) the temperature is given by
212!-- the sea surface temperature of the coupled ocean model.
213    IF ( ibc_pt_b == 0 )  THEN
214       !$acc kernels present( nzb_s_inner, pt, pt_p )
[1257]215       !$acc loop independent
[667]216       DO  i = nxlg, nxrg
[1257]217          !$acc loop independent
[667]218          DO  j = nysg, nyng
[1113]219             pt_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = pt(nzb_s_inner(j,i),j,i)
[1]220          ENDDO
221       ENDDO
[1113]222       !$acc end kernels
223    ELSEIF ( ibc_pt_b == 1 )  THEN
224       !$acc kernels present( nzb_s_inner, pt_p )
[1257]225       !$acc loop independent
[1113]226       DO  i = nxlg, nxrg
[1257]227          !$acc loop independent
[1113]228          DO  j = nysg, nyng
229             pt_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = pt_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
230          ENDDO
231       ENDDO
232      !$acc end kernels
233    ENDIF
[1]234
235!
[1113]236!-- Temperature at top boundary
237    IF ( ibc_pt_t == 0 )  THEN
238       !$acc kernels present( pt, pt_p )
239        pt_p(nzt+1,:,:) = pt(nzt+1,:,:)
[1380]240!
241!--     In case of nudging adjust top boundary to pt which is
242!--     read in from NUDGING-DATA
243        IF ( nudging )  THEN
244           pt_p(nzt+1,:,:) = pt_init(nzt+1)
245        ENDIF
[1113]246       !$acc end kernels
247    ELSEIF ( ibc_pt_t == 1 )  THEN
248       !$acc kernels present( pt_p )
249        pt_p(nzt+1,:,:) = pt_p(nzt,:,:)
250       !$acc end kernels
251    ELSEIF ( ibc_pt_t == 2 )  THEN
252       !$acc kernels present( dzu, pt_p )
253        pt_p(nzt+1,:,:) = pt_p(nzt,:,:)   + bc_pt_t_val * dzu(nzt+1)
254       !$acc end kernels
255    ENDIF
[1]256
257!
[1113]258!-- Boundary conditions for TKE
259!-- Generally Neumann conditions with de/dz=0 are assumed
260    IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
261       !$acc kernels present( e_p, nzb_s_inner )
[1257]262       !$acc loop independent
[1113]263       DO  i = nxlg, nxrg
[1257]264          !$acc loop independent
[1113]265          DO  j = nysg, nyng
266             e_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = e_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
[73]267          ENDDO
[1113]268       ENDDO
[1762]269       IF ( .NOT. nest_domain )  THEN
270          e_p(nzt+1,:,:) = e_p(nzt,:,:)
271       ENDIF
[1113]272       !$acc end kernels
273    ENDIF
274
275!
276!-- Boundary conditions for salinity
277    IF ( ocean )  THEN
278!
279!--    Bottom boundary: Neumann condition because salinity flux is always
280!--    given
281       DO  i = nxlg, nxrg
282          DO  j = nysg, nyng
283             sa_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = sa_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
[1]284          ENDDO
[1113]285       ENDDO
[1]286
287!
[1113]288!--    Top boundary: Dirichlet or Neumann
289       IF ( ibc_sa_t == 0 )  THEN
290           sa_p(nzt+1,:,:) = sa(nzt+1,:,:)
291       ELSEIF ( ibc_sa_t == 1 )  THEN
292           sa_p(nzt+1,:,:) = sa_p(nzt,:,:)
[1]293       ENDIF
294
[1113]295    ENDIF
296
[1]297!
[1113]298!-- Boundary conditions for total water content or scalar,
299!-- bottom and top boundary (see also temperature)
300    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
301!
302!--    Surface conditions for constant_humidity_flux
303       IF ( ibc_q_b == 0 ) THEN
[667]304          DO  i = nxlg, nxrg
305             DO  j = nysg, nyng
[1113]306                q_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = q(nzb_s_inner(j,i),j,i)
[1]307             ENDDO
308          ENDDO
[1113]309       ELSE
[667]310          DO  i = nxlg, nxrg
311             DO  j = nysg, nyng
[1113]312                q_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = q_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
[95]313             ENDDO
314          ENDDO
[1113]315       ENDIF
[95]316!
[1113]317!--    Top boundary
[1462]318       IF ( ibc_q_t == 0 ) THEN
319          q_p(nzt+1,:,:) = q(nzt+1,:,:)
320       ELSEIF ( ibc_q_t == 1 ) THEN
321          q_p(nzt+1,:,:) = q_p(nzt,:,:)   + bc_q_t_val * dzu(nzt+1)
322       ENDIF
[95]323
[1822]324       IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1113]325!             
[1361]326!--       Surface conditions rain water (Dirichlet)
[1115]327          DO  i = nxlg, nxrg
328             DO  j = nysg, nyng
[1361]329                qr_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
330                nr_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
[73]331             ENDDO
[1115]332          ENDDO
[1]333!
[1361]334!--       Top boundary condition for rain water (Dirichlet)
335          qr_p(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
336          nr_p(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
[1115]337           
[1]338       ENDIF
[1409]339    ENDIF
[1]340!
[1762]341!-- In case of inflow or nest boundary at the south boundary the boundary for v
342!-- is at nys and in case of inflow or nest boundary at the left boundary the
343!-- boundary for u is at nxl. Since in prognostic_equations (cache optimized
344!-- version) these levels are handled as a prognostic level, boundary values
345!-- have to be restored here.
[1409]346!-- For the SGS-TKE, Neumann boundary conditions are used at the inflow.
347    IF ( inflow_s )  THEN
348       v_p(:,nys,:) = v_p(:,nys-1,:)
349       IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,nys-1,:) = e_p(:,nys,:)
350    ELSEIF ( inflow_n )  THEN
351       IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,nyn+1,:) = e_p(:,nyn,:)
352    ELSEIF ( inflow_l ) THEN
353       u_p(:,:,nxl) = u_p(:,:,nxl-1)
354       IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,:,nxl-1) = e_p(:,:,nxl)
355    ELSEIF ( inflow_r )  THEN
356       IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,:,nxr+1) = e_p(:,:,nxr)
357    ENDIF
[1]358
359!
[1762]360!-- The same restoration for u at i=nxl and v at j=nys as above must be made
361!-- in case of nest boundaries. Note however, that the above ELSEIF-structure is
362!-- not appropriate here as there may be more than one nest boundary on a
363!-- PE-domain. Furthermore Neumann conditions for SGS-TKE are not required here.
364    IF ( nest_bound_s )  THEN
365       v_p(:,nys,:) = v_p(:,nys-1,:)
366    ENDIF
367    IF ( nest_bound_l )  THEN
368       u_p(:,:,nxl) = u_p(:,:,nxl-1)
369    ENDIF
370
371!
[1409]372!-- Lateral boundary conditions for scalar quantities at the outflow
373    IF ( outflow_s )  THEN
374       pt_p(:,nys-1,:)     = pt_p(:,nys,:)
375       IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,nys-1,:) = e_p(:,nys,:)
376       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
377          q_p(:,nys-1,:) = q_p(:,nys,:)
[1822]378          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1409]379             qr_p(:,nys-1,:) = qr_p(:,nys,:)
380             nr_p(:,nys-1,:) = nr_p(:,nys,:)
[1053]381          ENDIF
[1409]382       ENDIF
383    ELSEIF ( outflow_n )  THEN
384       pt_p(:,nyn+1,:)     = pt_p(:,nyn,:)
385       IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,nyn+1,:) = e_p(:,nyn,:)
386       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
387          q_p(:,nyn+1,:) = q_p(:,nyn,:)
[1822]388          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1409]389             qr_p(:,nyn+1,:) = qr_p(:,nyn,:)
390             nr_p(:,nyn+1,:) = nr_p(:,nyn,:)
[1053]391          ENDIF
[1409]392       ENDIF
393    ELSEIF ( outflow_l )  THEN
394       pt_p(:,:,nxl-1)     = pt_p(:,:,nxl)
395       IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,:,nxl-1) = e_p(:,:,nxl)
396       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
397          q_p(:,:,nxl-1) = q_p(:,:,nxl)
[1822]398          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1409]399             qr_p(:,:,nxl-1) = qr_p(:,:,nxl)
400             nr_p(:,:,nxl-1) = nr_p(:,:,nxl)
[1053]401          ENDIF
[1409]402       ENDIF
403    ELSEIF ( outflow_r )  THEN
404       pt_p(:,:,nxr+1)     = pt_p(:,:,nxr)
405       IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,:,nxr+1) = e_p(:,:,nxr)
406       IF ( humidity .OR. passive_scalar )  THEN
407          q_p(:,:,nxr+1) = q_p(:,:,nxr)
[1822]408          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1409]409             qr_p(:,:,nxr+1) = qr_p(:,:,nxr)
410             nr_p(:,:,nxr+1) = nr_p(:,:,nxr)
[1053]411          ENDIF
[1]412       ENDIF
413    ENDIF
414
415!
[1159]416!-- Radiation boundary conditions for the velocities at the respective outflow.
417!-- The phase velocity is either assumed to the maximum phase velocity that
418!-- ensures numerical stability (CFL-condition) or calculated after
419!-- Orlanski(1976) and averaged along the outflow boundary.
[106]420    IF ( outflow_s )  THEN
[75]421
[1159]422       IF ( use_cmax )  THEN
423          u_p(:,-1,:) = u(:,0,:)
424          v_p(:,0,:)  = v(:,1,:)
425          w_p(:,-1,:) = w(:,0,:)         
426       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
[75]427
[978]428          c_max = dy / dt_3d
[75]429
[1353]430          c_u_m_l = 0.0_wp 
431          c_v_m_l = 0.0_wp
432          c_w_m_l = 0.0_wp
[978]433
[1353]434          c_u_m = 0.0_wp 
435          c_v_m = 0.0_wp
436          c_w_m = 0.0_wp
[978]437
[75]438!
[996]439!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
440!--       average along the outflow boundary.
441          DO  k = nzb+1, nzt+1
442             DO  i = nxl, nxr
[75]443
[106]444                denom = u_m_s(k,0,i) - u_m_s(k,1,i)
445
[1353]446                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]447                   c_u(k,i) = -c_max * ( u(k,0,i) - u_m_s(k,0,i) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]448                   IF ( c_u(k,i) < 0.0_wp )  THEN
449                      c_u(k,i) = 0.0_wp
[106]450                   ELSEIF ( c_u(k,i) > c_max )  THEN
451                      c_u(k,i) = c_max
452                   ENDIF
453                ELSE
454                   c_u(k,i) = c_max
[75]455                ENDIF
456
[106]457                denom = v_m_s(k,1,i) - v_m_s(k,2,i)
458
[1353]459                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]460                   c_v(k,i) = -c_max * ( v(k,1,i) - v_m_s(k,1,i) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]461                   IF ( c_v(k,i) < 0.0_wp )  THEN
462                      c_v(k,i) = 0.0_wp
[106]463                   ELSEIF ( c_v(k,i) > c_max )  THEN
464                      c_v(k,i) = c_max
465                   ENDIF
466                ELSE
467                   c_v(k,i) = c_max
[75]468                ENDIF
469
[106]470                denom = w_m_s(k,0,i) - w_m_s(k,1,i)
[75]471
[1353]472                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]473                   c_w(k,i) = -c_max * ( w(k,0,i) - w_m_s(k,0,i) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]474                   IF ( c_w(k,i) < 0.0_wp )  THEN
475                      c_w(k,i) = 0.0_wp
[106]476                   ELSEIF ( c_w(k,i) > c_max )  THEN
477                      c_w(k,i) = c_max
478                   ENDIF
479                ELSE
480                   c_w(k,i) = c_max
[75]481                ENDIF
[106]482
[978]483                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,i)
484                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,i)
485                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,i)
[106]486
[978]487             ENDDO
488          ENDDO
[75]489
[978]490#if defined( __parallel )   
491          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
492          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
493                              MPI_SUM, comm1dx, ierr )   
494          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
495          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
496                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
497          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
498          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
499                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
500#else
501          c_u_m = c_u_m_l
502          c_v_m = c_v_m_l
503          c_w_m = c_w_m_l
504#endif
505
506          c_u_m = c_u_m / (nx+1)
507          c_v_m = c_v_m / (nx+1)
508          c_w_m = c_w_m / (nx+1)
509
[75]510!
[978]511!--       Save old timelevels for the next timestep
512          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
513             u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
514             v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
515             w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
516          ENDIF
517
518!
519!--       Calculate the new velocities
[996]520          DO  k = nzb+1, nzt+1
521             DO  i = nxlg, nxrg
[978]522                u_p(k,-1,i) = u(k,-1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *          &
[75]523                                       ( u(k,-1,i) - u(k,0,i) ) * ddy
524
[978]525                v_p(k,0,i)  = v(k,0,i)  - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *          &
[106]526                                       ( v(k,0,i) - v(k,1,i) ) * ddy
[75]527
[978]528                w_p(k,-1,i) = w(k,-1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *          &
[75]529                                       ( w(k,-1,i) - w(k,0,i) ) * ddy
[978]530             ENDDO
[75]531          ENDDO
532
533!
[978]534!--       Bottom boundary at the outflow
535          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
[1353]536             u_p(nzb,-1,:) = 0.0_wp 
537             v_p(nzb,0,:)  = 0.0_wp 
[978]538          ELSE                   
539             u_p(nzb,-1,:) =  u_p(nzb+1,-1,:)
540             v_p(nzb,0,:)  =  v_p(nzb+1,0,:)
541          ENDIF
[1353]542          w_p(nzb,-1,:) = 0.0_wp
[73]543
[75]544!
[978]545!--       Top boundary at the outflow
546          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
547             u_p(nzt+1,-1,:) = u_init(nzt+1)
548             v_p(nzt+1,0,:)  = v_init(nzt+1)
549          ELSE
[1742]550             u_p(nzt+1,-1,:) = u_p(nzt,-1,:)
551             v_p(nzt+1,0,:)  = v_p(nzt,0,:)
[978]552          ENDIF
[1353]553          w_p(nzt:nzt+1,-1,:) = 0.0_wp
[978]554
[75]555       ENDIF
[73]556
[75]557    ENDIF
[73]558
[106]559    IF ( outflow_n )  THEN
[73]560
[1159]561       IF ( use_cmax )  THEN
562          u_p(:,ny+1,:) = u(:,ny,:)
563          v_p(:,ny+1,:) = v(:,ny,:)
564          w_p(:,ny+1,:) = w(:,ny,:)         
565       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
[75]566
[978]567          c_max = dy / dt_3d
[75]568
[1353]569          c_u_m_l = 0.0_wp 
570          c_v_m_l = 0.0_wp
571          c_w_m_l = 0.0_wp
[978]572
[1353]573          c_u_m = 0.0_wp 
574          c_v_m = 0.0_wp
575          c_w_m = 0.0_wp
[978]576
[1]577!
[996]578!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
579!--       average along the outflow boundary.
580          DO  k = nzb+1, nzt+1
581             DO  i = nxl, nxr
[73]582
[106]583                denom = u_m_n(k,ny,i) - u_m_n(k,ny-1,i)
584
[1353]585                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]586                   c_u(k,i) = -c_max * ( u(k,ny,i) - u_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]587                   IF ( c_u(k,i) < 0.0_wp )  THEN
588                      c_u(k,i) = 0.0_wp
[106]589                   ELSEIF ( c_u(k,i) > c_max )  THEN
590                      c_u(k,i) = c_max
591                   ENDIF
592                ELSE
593                   c_u(k,i) = c_max
[73]594                ENDIF
595
[106]596                denom = v_m_n(k,ny,i) - v_m_n(k,ny-1,i)
[73]597
[1353]598                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]599                   c_v(k,i) = -c_max * ( v(k,ny,i) - v_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]600                   IF ( c_v(k,i) < 0.0_wp )  THEN
601                      c_v(k,i) = 0.0_wp
[106]602                   ELSEIF ( c_v(k,i) > c_max )  THEN
603                      c_v(k,i) = c_max
604                   ENDIF
605                ELSE
606                   c_v(k,i) = c_max
[73]607                ENDIF
608
[106]609                denom = w_m_n(k,ny,i) - w_m_n(k,ny-1,i)
[73]610
[1353]611                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]612                   c_w(k,i) = -c_max * ( w(k,ny,i) - w_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]613                   IF ( c_w(k,i) < 0.0_wp )  THEN
614                      c_w(k,i) = 0.0_wp
[106]615                   ELSEIF ( c_w(k,i) > c_max )  THEN
616                      c_w(k,i) = c_max
617                   ENDIF
618                ELSE
619                   c_w(k,i) = c_max
[73]620                ENDIF
[106]621
[978]622                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,i)
623                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,i)
624                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,i)
[106]625
[978]626             ENDDO
627          ENDDO
[73]628
[978]629#if defined( __parallel )   
630          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
631          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
632                              MPI_SUM, comm1dx, ierr )   
633          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
634          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
635                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
636          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
637          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
638                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
639#else
640          c_u_m = c_u_m_l
641          c_v_m = c_v_m_l
642          c_w_m = c_w_m_l
643#endif
644
645          c_u_m = c_u_m / (nx+1)
646          c_v_m = c_v_m / (nx+1)
647          c_w_m = c_w_m / (nx+1)
648
[73]649!
[978]650!--       Save old timelevels for the next timestep
651          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
652                u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
653                v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
654                w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
655          ENDIF
[73]656
[978]657!
658!--       Calculate the new velocities
[996]659          DO  k = nzb+1, nzt+1
660             DO  i = nxlg, nxrg
[978]661                u_p(k,ny+1,i) = u(k,ny+1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *      &
662                                       ( u(k,ny+1,i) - u(k,ny,i) ) * ddy
[73]663
[978]664                v_p(k,ny+1,i) = v(k,ny+1,i)  - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *     &
665                                       ( v(k,ny+1,i) - v(k,ny,i) ) * ddy
[73]666
[978]667                w_p(k,ny+1,i) = w(k,ny+1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *      &
668                                       ( w(k,ny+1,i) - w(k,ny,i) ) * ddy
669             ENDDO
[1]670          ENDDO
671
672!
[978]673!--       Bottom boundary at the outflow
674          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
[1353]675             u_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp
676             v_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp   
[978]677          ELSE                   
678             u_p(nzb,ny+1,:) =  u_p(nzb+1,ny+1,:)
679             v_p(nzb,ny+1,:) =  v_p(nzb+1,ny+1,:)
680          ENDIF
[1353]681          w_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp
[73]682
683!
[978]684!--       Top boundary at the outflow
685          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
686             u_p(nzt+1,ny+1,:) = u_init(nzt+1)
687             v_p(nzt+1,ny+1,:) = v_init(nzt+1)
688          ELSE
689             u_p(nzt+1,ny+1,:) = u_p(nzt,nyn+1,:)
690             v_p(nzt+1,ny+1,:) = v_p(nzt,nyn+1,:)
691          ENDIF
[1353]692          w_p(nzt:nzt+1,ny+1,:) = 0.0_wp
[978]693
[1]694       ENDIF
695
[75]696    ENDIF
697
[106]698    IF ( outflow_l )  THEN
[75]699
[1159]700       IF ( use_cmax )  THEN
[1717]701          u_p(:,:,0)  = u(:,:,1)
702          v_p(:,:,-1) = v(:,:,0)
[1159]703          w_p(:,:,-1) = w(:,:,0)         
704       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
[75]705
[978]706          c_max = dx / dt_3d
[75]707
[1353]708          c_u_m_l = 0.0_wp 
709          c_v_m_l = 0.0_wp
710          c_w_m_l = 0.0_wp
[978]711
[1353]712          c_u_m = 0.0_wp 
713          c_v_m = 0.0_wp
714          c_w_m = 0.0_wp
[978]715
[1]716!
[996]717!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
718!--       average along the outflow boundary.
719          DO  k = nzb+1, nzt+1
720             DO  j = nys, nyn
[75]721
[106]722                denom = u_m_l(k,j,1) - u_m_l(k,j,2)
723
[1353]724                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]725                   c_u(k,j) = -c_max * ( u(k,j,1) - u_m_l(k,j,1) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]726                   IF ( c_u(k,j) < 0.0_wp )  THEN
727                      c_u(k,j) = 0.0_wp
[107]728                   ELSEIF ( c_u(k,j) > c_max )  THEN
729                      c_u(k,j) = c_max
[106]730                   ENDIF
731                ELSE
[107]732                   c_u(k,j) = c_max
[75]733                ENDIF
734
[106]735                denom = v_m_l(k,j,0) - v_m_l(k,j,1)
[75]736
[1353]737                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]738                   c_v(k,j) = -c_max * ( v(k,j,0) - v_m_l(k,j,0) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]739                   IF ( c_v(k,j) < 0.0_wp )  THEN
740                      c_v(k,j) = 0.0_wp
[106]741                   ELSEIF ( c_v(k,j) > c_max )  THEN
742                      c_v(k,j) = c_max
743                   ENDIF
744                ELSE
745                   c_v(k,j) = c_max
[75]746                ENDIF
747
[106]748                denom = w_m_l(k,j,0) - w_m_l(k,j,1)
[75]749
[1353]750                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]751                   c_w(k,j) = -c_max * ( w(k,j,0) - w_m_l(k,j,0) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]752                   IF ( c_w(k,j) < 0.0_wp )  THEN
753                      c_w(k,j) = 0.0_wp
[106]754                   ELSEIF ( c_w(k,j) > c_max )  THEN
755                      c_w(k,j) = c_max
756                   ENDIF
757                ELSE
758                   c_w(k,j) = c_max
[75]759                ENDIF
[106]760
[978]761                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,j)
762                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,j)
763                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,j)
[106]764
[978]765             ENDDO
766          ENDDO
[75]767
[978]768#if defined( __parallel )   
769          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
770          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
771                              MPI_SUM, comm1dy, ierr )   
772          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
773          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
774                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
775          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
776          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
777                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
778#else
779          c_u_m = c_u_m_l
780          c_v_m = c_v_m_l
781          c_w_m = c_w_m_l
782#endif
783
784          c_u_m = c_u_m / (ny+1)
785          c_v_m = c_v_m / (ny+1)
786          c_w_m = c_w_m / (ny+1)
787
[73]788!
[978]789!--       Save old timelevels for the next timestep
790          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
791                u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
792                v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
793                w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
794          ENDIF
795
796!
797!--       Calculate the new velocities
[996]798          DO  k = nzb+1, nzt+1
[1113]799             DO  j = nysg, nyng
[978]800                u_p(k,j,0) = u(k,j,0) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *            &
[106]801                                       ( u(k,j,0) - u(k,j,1) ) * ddx
[75]802
[978]803                v_p(k,j,-1) = v(k,j,-1) - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *          &
[75]804                                       ( v(k,j,-1) - v(k,j,0) ) * ddx
805
[978]806                w_p(k,j,-1) = w(k,j,-1) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *          &
[75]807                                       ( w(k,j,-1) - w(k,j,0) ) * ddx
[978]808             ENDDO
[75]809          ENDDO
810
811!
[978]812!--       Bottom boundary at the outflow
813          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
[1353]814             u_p(nzb,:,0)  = 0.0_wp 
815             v_p(nzb,:,-1) = 0.0_wp
[978]816          ELSE                   
817             u_p(nzb,:,0)  =  u_p(nzb+1,:,0)
818             v_p(nzb,:,-1) =  v_p(nzb+1,:,-1)
819          ENDIF
[1353]820          w_p(nzb,:,-1) = 0.0_wp
[1]821
[75]822!
[978]823!--       Top boundary at the outflow
824          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
[1764]825             u_p(nzt+1,:,0)  = u_init(nzt+1)
[978]826             v_p(nzt+1,:,-1) = v_init(nzt+1)
827          ELSE
[1764]828             u_p(nzt+1,:,0)  = u_p(nzt,:,0)
[978]829             v_p(nzt+1,:,-1) = v_p(nzt,:,-1)
830          ENDIF
[1353]831          w_p(nzt:nzt+1,:,-1) = 0.0_wp
[978]832
[75]833       ENDIF
[73]834
[75]835    ENDIF
[73]836
[106]837    IF ( outflow_r )  THEN
[73]838
[1159]839       IF ( use_cmax )  THEN
840          u_p(:,:,nx+1) = u(:,:,nx)
841          v_p(:,:,nx+1) = v(:,:,nx)
842          w_p(:,:,nx+1) = w(:,:,nx)         
843       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
[75]844
[978]845          c_max = dx / dt_3d
[75]846
[1353]847          c_u_m_l = 0.0_wp 
848          c_v_m_l = 0.0_wp
849          c_w_m_l = 0.0_wp
[978]850
[1353]851          c_u_m = 0.0_wp 
852          c_v_m = 0.0_wp
853          c_w_m = 0.0_wp
[978]854
[1]855!
[996]856!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
857!--       average along the outflow boundary.
858          DO  k = nzb+1, nzt+1
859             DO  j = nys, nyn
[73]860
[106]861                denom = u_m_r(k,j,nx) - u_m_r(k,j,nx-1)
862
[1353]863                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]864                   c_u(k,j) = -c_max * ( u(k,j,nx) - u_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]865                   IF ( c_u(k,j) < 0.0_wp )  THEN
866                      c_u(k,j) = 0.0_wp
[106]867                   ELSEIF ( c_u(k,j) > c_max )  THEN
868                      c_u(k,j) = c_max
869                   ENDIF
870                ELSE
871                   c_u(k,j) = c_max
[73]872                ENDIF
873
[106]874                denom = v_m_r(k,j,nx) - v_m_r(k,j,nx-1)
[73]875
[1353]876                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]877                   c_v(k,j) = -c_max * ( v(k,j,nx) - v_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]878                   IF ( c_v(k,j) < 0.0_wp )  THEN
879                      c_v(k,j) = 0.0_wp
[106]880                   ELSEIF ( c_v(k,j) > c_max )  THEN
881                      c_v(k,j) = c_max
882                   ENDIF
883                ELSE
884                   c_v(k,j) = c_max
[73]885                ENDIF
886
[106]887                denom = w_m_r(k,j,nx) - w_m_r(k,j,nx-1)
[73]888
[1353]889                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
[996]890                   c_w(k,j) = -c_max * ( w(k,j,nx) - w_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
[1353]891                   IF ( c_w(k,j) < 0.0_wp )  THEN
892                      c_w(k,j) = 0.0_wp
[106]893                   ELSEIF ( c_w(k,j) > c_max )  THEN
894                      c_w(k,j) = c_max
895                   ENDIF
896                ELSE
897                   c_w(k,j) = c_max
[73]898                ENDIF
[106]899
[978]900                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,j)
901                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,j)
902                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,j)
[106]903
[978]904             ENDDO
905          ENDDO
[73]906
[978]907#if defined( __parallel )   
908          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
909          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
910                              MPI_SUM, comm1dy, ierr )   
911          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
912          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
913                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
914          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
915          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
916                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
917#else
918          c_u_m = c_u_m_l
919          c_v_m = c_v_m_l
920          c_w_m = c_w_m_l
921#endif
922
923          c_u_m = c_u_m / (ny+1)
924          c_v_m = c_v_m / (ny+1)
925          c_w_m = c_w_m / (ny+1)
926
[73]927!
[978]928!--       Save old timelevels for the next timestep
929          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
930                u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
931                v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
932                w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
933          ENDIF
[73]934
[978]935!
936!--       Calculate the new velocities
[996]937          DO  k = nzb+1, nzt+1
[1113]938             DO  j = nysg, nyng
[978]939                u_p(k,j,nx+1) = u(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *      &
940                                       ( u(k,j,nx+1) - u(k,j,nx) ) * ddx
[73]941
[978]942                v_p(k,j,nx+1) = v(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *      &
943                                       ( v(k,j,nx+1) - v(k,j,nx) ) * ddx
[73]944
[978]945                w_p(k,j,nx+1) = w(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *      &
946                                       ( w(k,j,nx+1) - w(k,j,nx) ) * ddx
947             ENDDO
[73]948          ENDDO
949
950!
[978]951!--       Bottom boundary at the outflow
952          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
[1353]953             u_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp
954             v_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp 
[978]955          ELSE                   
956             u_p(nzb,:,nx+1) =  u_p(nzb+1,:,nx+1)
957             v_p(nzb,:,nx+1) =  v_p(nzb+1,:,nx+1)
958          ENDIF
[1353]959          w_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp
[73]960
961!
[978]962!--       Top boundary at the outflow
963          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
964             u_p(nzt+1,:,nx+1) = u_init(nzt+1)
965             v_p(nzt+1,:,nx+1) = v_init(nzt+1)
966          ELSE
967             u_p(nzt+1,:,nx+1) = u_p(nzt,:,nx+1)
968             v_p(nzt+1,:,nx+1) = v_p(nzt,:,nx+1)
969          ENDIF
[1742]970          w_p(nzt:nzt+1,:,nx+1) = 0.0_wp
[978]971
[1]972       ENDIF
973
974    ENDIF
975
976 END SUBROUTINE boundary_conds
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.