source: palm/trunk/SOURCE/boundary_conds.f90 @ 1682

Last change on this file since 1682 was 1682, checked in by knoop, 9 years ago

Code annotations made doxygen readable

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 31.3 KB
Line 
1!> @file boundary_conds.f90
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!
16! Copyright 1997-2014 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! -----------------
21! Code annotations made doxygen readable
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: boundary_conds.f90 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop $
26!
27!1410 2014-05-23 12:16:18Z suehring
28! Bugfix: set dirichlet boundary condition for passive_scalar at model domain
29! top
30!
31! 1399 2014-05-07 11:16:25Z heinze
32! Bugfix: set inflow boundary conditions also if no humidity or passive_scalar
33! is used.
34!
35! 1398 2014-05-07 11:15:00Z heinze
36! Dirichlet-condition at the top for u and v changed to u_init and v_init also
37! for large_scale_forcing
38!
39! 1380 2014-04-28 12:40:45Z heinze
40! Adjust Dirichlet-condition at the top for pt in case of nudging
41!
42! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
43! Bottom and top boundary conditions of rain water content (qr) and
44! rain drop concentration (nr) changed to Dirichlet
45!
46! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
47! REAL constants provided with KIND-attribute
48
49! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
50! ONLY-attribute added to USE-statements,
51! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
52! kinds are defined in new module kinds,
53! revision history before 2012 removed,
54! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
55! all variable declaration statements
56!
57! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
58! loop independent clauses added
59!
60! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
61! Adjust ug and vg at each timestep in case of large_scale_forcing
62!
63! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
64! Bugfix: Neumann boundary conditions for the velocity components at the
65! outflow are in fact radiation boundary conditions using the maximum phase
66! velocity that ensures numerical stability (CFL-condition).
67! Hence, logical operator use_cmax is now used instead of bc_lr_dirneu/_neudir.
68! Bugfix: In case of use_cmax at the outflow, u, v, w are replaced by
69! u_p, v_p, w_p 
70!
71! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
72! boundary conditions of two-moment cloud scheme are restricted to Neumann-
73! boundary-conditions
74!
75! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
76! GPU-porting
77! dummy argument "range" removed
78! Bugfix: wrong index in loops of radiation boundary condition
79!
80! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
81! boundary conditions for the two new prognostic equations (nr, qr) of the
82! two-moment cloud scheme
83!
84! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
85! code put under GPL (PALM 3.9)
86!
87! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
88! little reformatting
89!
90! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
91! Neumann boudnary conditions are added at the inflow boundary for the SGS-TKE.
92! Outflow boundary conditions for the velocity components can be set to Neumann
93! conditions or to radiation conditions with a horizontal averaged phase
94! velocity.
95!
96! 875 2012-04-02 15:35:15Z gryschka
97! Bugfix in case of dirichlet inflow bc at the right or north boundary
98!
99! Revision 1.1  1997/09/12 06:21:34  raasch
100! Initial revision
101!
102!
103! Description:
104! ------------
105!> Boundary conditions for the prognostic quantities.
106!> One additional bottom boundary condition is applied for the TKE (=(u*)**2)
107!> in prandtl_fluxes. The cyclic lateral boundary conditions are implicitly
108!> handled in routine exchange_horiz. Pressure boundary conditions are
109!> explicitly set in routines pres, poisfft, poismg and sor.
110!------------------------------------------------------------------------------!
111 SUBROUTINE boundary_conds
112 
113
114    USE arrays_3d,                                                             &
115        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,  &
116               dzu, e_p, nr_p, pt, pt_p, q, q_p, qr_p, sa, sa_p,               &
117               u, ug, u_init, u_m_l, u_m_n, u_m_r, u_m_s, u_p,                 &
118               v, vg, v_init, v_m_l, v_m_n, v_m_r, v_m_s, v_p,                 &
119               w, w_p, w_m_l, w_m_n, w_m_r, w_m_s,&
120               pt_init
121
122    USE control_parameters,                                                    &
123        ONLY:  bc_pt_t_val, bc_q_t_val, constant_diffusion,                    &
124               cloud_physics, dt_3d, humidity,                                 &
125               ibc_pt_b, ibc_pt_t, ibc_q_b, ibc_q_t, ibc_sa_t, ibc_uv_b,       &
126               ibc_uv_t, icloud_scheme, inflow_l, inflow_n, inflow_r, inflow_s,&
127               intermediate_timestep_count, large_scale_forcing, ocean,        &
128               outflow_l, outflow_n, outflow_r, outflow_s, passive_scalar,     &
129               precipitation, tsc, use_cmax, &
130               nudging
131
132    USE grid_variables,                                                        &
133        ONLY:  ddx, ddy, dx, dy
134
135    USE indices,                                                               &
136        ONLY:  nx, nxl, nxlg, nxr, nxrg, ny, nyn, nyng, nys, nysg,             &
137               nzb, nzb_s_inner, nzb_w_inner, nzt
138
139    USE kinds
140
141    USE pegrid
142
143
144    IMPLICIT NONE
145
146    INTEGER(iwp) ::  i !<
147    INTEGER(iwp) ::  j !<
148    INTEGER(iwp) ::  k !<
149
150    REAL(wp)    ::  c_max !<
151    REAL(wp)    ::  denom !<
152
153
154!
155!-- Bottom boundary
156    IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
157       !$acc kernels present( u_p, v_p )
158       u_p(nzb,:,:) = u_p(nzb+1,:,:)
159       v_p(nzb,:,:) = v_p(nzb+1,:,:)
160       !$acc end kernels
161    ENDIF
162
163    !$acc kernels present( nzb_w_inner, w_p )
164    DO  i = nxlg, nxrg
165       DO  j = nysg, nyng
166          w_p(nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
167       ENDDO
168    ENDDO
169    !$acc end kernels
170
171!
172!-- Top boundary
173    IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
174       !$acc kernels present( u_init, u_p, v_init, v_p )
175        u_p(nzt+1,:,:) = u_init(nzt+1)
176        v_p(nzt+1,:,:) = v_init(nzt+1)
177       !$acc end kernels
178    ELSE
179       !$acc kernels present( u_p, v_p )
180        u_p(nzt+1,:,:) = u_p(nzt,:,:)
181        v_p(nzt+1,:,:) = v_p(nzt,:,:)
182       !$acc end kernels
183    ENDIF
184    !$acc kernels present( w_p )
185    w_p(nzt:nzt+1,:,:) = 0.0_wp  ! nzt is not a prognostic level (but cf. pres)
186    !$acc end kernels
187
188!
189!-- Temperature at bottom boundary.
190!-- In case of coupled runs (ibc_pt_b = 2) the temperature is given by
191!-- the sea surface temperature of the coupled ocean model.
192    IF ( ibc_pt_b == 0 )  THEN
193       !$acc kernels present( nzb_s_inner, pt, pt_p )
194       !$acc loop independent
195       DO  i = nxlg, nxrg
196          !$acc loop independent
197          DO  j = nysg, nyng
198             pt_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = pt(nzb_s_inner(j,i),j,i)
199          ENDDO
200       ENDDO
201       !$acc end kernels
202    ELSEIF ( ibc_pt_b == 1 )  THEN
203       !$acc kernels present( nzb_s_inner, pt_p )
204       !$acc loop independent
205       DO  i = nxlg, nxrg
206          !$acc loop independent
207          DO  j = nysg, nyng
208             pt_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = pt_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
209          ENDDO
210       ENDDO
211      !$acc end kernels
212    ENDIF
213
214!
215!-- Temperature at top boundary
216    IF ( ibc_pt_t == 0 )  THEN
217       !$acc kernels present( pt, pt_p )
218        pt_p(nzt+1,:,:) = pt(nzt+1,:,:)
219!
220!--     In case of nudging adjust top boundary to pt which is
221!--     read in from NUDGING-DATA
222        IF ( nudging )  THEN
223           pt_p(nzt+1,:,:) = pt_init(nzt+1)
224        ENDIF
225       !$acc end kernels
226    ELSEIF ( ibc_pt_t == 1 )  THEN
227       !$acc kernels present( pt_p )
228        pt_p(nzt+1,:,:) = pt_p(nzt,:,:)
229       !$acc end kernels
230    ELSEIF ( ibc_pt_t == 2 )  THEN
231       !$acc kernels present( dzu, pt_p )
232        pt_p(nzt+1,:,:) = pt_p(nzt,:,:)   + bc_pt_t_val * dzu(nzt+1)
233       !$acc end kernels
234    ENDIF
235
236!
237!-- Boundary conditions for TKE
238!-- Generally Neumann conditions with de/dz=0 are assumed
239    IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
240       !$acc kernels present( e_p, nzb_s_inner )
241       !$acc loop independent
242       DO  i = nxlg, nxrg
243          !$acc loop independent
244          DO  j = nysg, nyng
245             e_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = e_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
246          ENDDO
247       ENDDO
248       e_p(nzt+1,:,:) = e_p(nzt,:,:)
249       !$acc end kernels
250    ENDIF
251
252!
253!-- Boundary conditions for salinity
254    IF ( ocean )  THEN
255!
256!--    Bottom boundary: Neumann condition because salinity flux is always
257!--    given
258       DO  i = nxlg, nxrg
259          DO  j = nysg, nyng
260             sa_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = sa_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
261          ENDDO
262       ENDDO
263
264!
265!--    Top boundary: Dirichlet or Neumann
266       IF ( ibc_sa_t == 0 )  THEN
267           sa_p(nzt+1,:,:) = sa(nzt+1,:,:)
268       ELSEIF ( ibc_sa_t == 1 )  THEN
269           sa_p(nzt+1,:,:) = sa_p(nzt,:,:)
270       ENDIF
271
272    ENDIF
273
274!
275!-- Boundary conditions for total water content or scalar,
276!-- bottom and top boundary (see also temperature)
277    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
278!
279!--    Surface conditions for constant_humidity_flux
280       IF ( ibc_q_b == 0 ) THEN
281          DO  i = nxlg, nxrg
282             DO  j = nysg, nyng
283                q_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = q(nzb_s_inner(j,i),j,i)
284             ENDDO
285          ENDDO
286       ELSE
287          DO  i = nxlg, nxrg
288             DO  j = nysg, nyng
289                q_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = q_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
290             ENDDO
291          ENDDO
292       ENDIF
293!
294!--    Top boundary
295       IF ( ibc_q_t == 0 ) THEN
296          q_p(nzt+1,:,:) = q(nzt+1,:,:)
297       ELSEIF ( ibc_q_t == 1 ) THEN
298          q_p(nzt+1,:,:) = q_p(nzt,:,:)   + bc_q_t_val * dzu(nzt+1)
299       ENDIF
300
301       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  precipitation )  THEN
302!             
303!--       Surface conditions rain water (Dirichlet)
304          DO  i = nxlg, nxrg
305             DO  j = nysg, nyng
306                qr_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
307                nr_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
308             ENDDO
309          ENDDO
310!
311!--       Top boundary condition for rain water (Dirichlet)
312          qr_p(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
313          nr_p(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
314           
315       ENDIF
316    ENDIF
317!
318!-- In case of inflow at the south boundary the boundary for v is at nys
319!-- and in case of inflow at the left boundary the boundary for u is at nxl.
320!-- Since in prognostic_equations (cache optimized version) these levels are
321!-- handled as a prognostic level, boundary values have to be restored here.
322!-- For the SGS-TKE, Neumann boundary conditions are used at the inflow.
323    IF ( inflow_s )  THEN
324       v_p(:,nys,:) = v_p(:,nys-1,:)
325       IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,nys-1,:) = e_p(:,nys,:)
326    ELSEIF ( inflow_n )  THEN
327       IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,nyn+1,:) = e_p(:,nyn,:)
328    ELSEIF ( inflow_l ) THEN
329       u_p(:,:,nxl) = u_p(:,:,nxl-1)
330       IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,:,nxl-1) = e_p(:,:,nxl)
331    ELSEIF ( inflow_r )  THEN
332       IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,:,nxr+1) = e_p(:,:,nxr)
333    ENDIF
334
335!
336!-- Lateral boundary conditions for scalar quantities at the outflow
337    IF ( outflow_s )  THEN
338       pt_p(:,nys-1,:)     = pt_p(:,nys,:)
339       IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,nys-1,:) = e_p(:,nys,:)
340       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
341          q_p(:,nys-1,:) = q_p(:,nys,:)
342          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
343               precipitation)  THEN
344             qr_p(:,nys-1,:) = qr_p(:,nys,:)
345             nr_p(:,nys-1,:) = nr_p(:,nys,:)
346          ENDIF
347       ENDIF
348    ELSEIF ( outflow_n )  THEN
349       pt_p(:,nyn+1,:)     = pt_p(:,nyn,:)
350       IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,nyn+1,:) = e_p(:,nyn,:)
351       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
352          q_p(:,nyn+1,:) = q_p(:,nyn,:)
353          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
354               precipitation )  THEN
355             qr_p(:,nyn+1,:) = qr_p(:,nyn,:)
356             nr_p(:,nyn+1,:) = nr_p(:,nyn,:)
357          ENDIF
358       ENDIF
359    ELSEIF ( outflow_l )  THEN
360       pt_p(:,:,nxl-1)     = pt_p(:,:,nxl)
361       IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,:,nxl-1) = e_p(:,:,nxl)
362       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
363          q_p(:,:,nxl-1) = q_p(:,:,nxl)
364          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
365               precipitation )  THEN
366             qr_p(:,:,nxl-1) = qr_p(:,:,nxl)
367             nr_p(:,:,nxl-1) = nr_p(:,:,nxl)
368          ENDIF
369       ENDIF
370    ELSEIF ( outflow_r )  THEN
371       pt_p(:,:,nxr+1)     = pt_p(:,:,nxr)
372       IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,:,nxr+1) = e_p(:,:,nxr)
373       IF ( humidity .OR. passive_scalar )  THEN
374          q_p(:,:,nxr+1) = q_p(:,:,nxr)
375          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  precipitation )  THEN
376             qr_p(:,:,nxr+1) = qr_p(:,:,nxr)
377             nr_p(:,:,nxr+1) = nr_p(:,:,nxr)
378          ENDIF
379       ENDIF
380    ENDIF
381
382!
383!-- Radiation boundary conditions for the velocities at the respective outflow.
384!-- The phase velocity is either assumed to the maximum phase velocity that
385!-- ensures numerical stability (CFL-condition) or calculated after
386!-- Orlanski(1976) and averaged along the outflow boundary.
387    IF ( outflow_s )  THEN
388
389       IF ( use_cmax )  THEN
390          u_p(:,-1,:) = u(:,0,:)
391          v_p(:,0,:)  = v(:,1,:)
392          w_p(:,-1,:) = w(:,0,:)         
393       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
394
395          c_max = dy / dt_3d
396
397          c_u_m_l = 0.0_wp 
398          c_v_m_l = 0.0_wp
399          c_w_m_l = 0.0_wp
400
401          c_u_m = 0.0_wp 
402          c_v_m = 0.0_wp
403          c_w_m = 0.0_wp
404
405!
406!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
407!--       average along the outflow boundary.
408          DO  k = nzb+1, nzt+1
409             DO  i = nxl, nxr
410
411                denom = u_m_s(k,0,i) - u_m_s(k,1,i)
412
413                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
414                   c_u(k,i) = -c_max * ( u(k,0,i) - u_m_s(k,0,i) ) / ( denom * tsc(2) )
415                   IF ( c_u(k,i) < 0.0_wp )  THEN
416                      c_u(k,i) = 0.0_wp
417                   ELSEIF ( c_u(k,i) > c_max )  THEN
418                      c_u(k,i) = c_max
419                   ENDIF
420                ELSE
421                   c_u(k,i) = c_max
422                ENDIF
423
424                denom = v_m_s(k,1,i) - v_m_s(k,2,i)
425
426                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
427                   c_v(k,i) = -c_max * ( v(k,1,i) - v_m_s(k,1,i) ) / ( denom * tsc(2) )
428                   IF ( c_v(k,i) < 0.0_wp )  THEN
429                      c_v(k,i) = 0.0_wp
430                   ELSEIF ( c_v(k,i) > c_max )  THEN
431                      c_v(k,i) = c_max
432                   ENDIF
433                ELSE
434                   c_v(k,i) = c_max
435                ENDIF
436
437                denom = w_m_s(k,0,i) - w_m_s(k,1,i)
438
439                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
440                   c_w(k,i) = -c_max * ( w(k,0,i) - w_m_s(k,0,i) ) / ( denom * tsc(2) )
441                   IF ( c_w(k,i) < 0.0_wp )  THEN
442                      c_w(k,i) = 0.0_wp
443                   ELSEIF ( c_w(k,i) > c_max )  THEN
444                      c_w(k,i) = c_max
445                   ENDIF
446                ELSE
447                   c_w(k,i) = c_max
448                ENDIF
449
450                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,i)
451                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,i)
452                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,i)
453
454             ENDDO
455          ENDDO
456
457#if defined( __parallel )   
458          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
459          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
460                              MPI_SUM, comm1dx, ierr )   
461          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
462          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
463                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
464          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
465          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
466                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
467#else
468          c_u_m = c_u_m_l
469          c_v_m = c_v_m_l
470          c_w_m = c_w_m_l
471#endif
472
473          c_u_m = c_u_m / (nx+1)
474          c_v_m = c_v_m / (nx+1)
475          c_w_m = c_w_m / (nx+1)
476
477!
478!--       Save old timelevels for the next timestep
479          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
480             u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
481             v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
482             w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
483          ENDIF
484
485!
486!--       Calculate the new velocities
487          DO  k = nzb+1, nzt+1
488             DO  i = nxlg, nxrg
489                u_p(k,-1,i) = u(k,-1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *          &
490                                       ( u(k,-1,i) - u(k,0,i) ) * ddy
491
492                v_p(k,0,i)  = v(k,0,i)  - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *          &
493                                       ( v(k,0,i) - v(k,1,i) ) * ddy
494
495                w_p(k,-1,i) = w(k,-1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *          &
496                                       ( w(k,-1,i) - w(k,0,i) ) * ddy
497             ENDDO
498          ENDDO
499
500!
501!--       Bottom boundary at the outflow
502          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
503             u_p(nzb,-1,:) = 0.0_wp 
504             v_p(nzb,0,:)  = 0.0_wp 
505          ELSE                   
506             u_p(nzb,-1,:) =  u_p(nzb+1,-1,:)
507             v_p(nzb,0,:)  =  v_p(nzb+1,0,:)
508          ENDIF
509          w_p(nzb,-1,:) = 0.0_wp
510
511!
512!--       Top boundary at the outflow
513          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
514             u_p(nzt+1,-1,:) = u_init(nzt+1)
515             v_p(nzt+1,0,:)  = v_init(nzt+1)
516          ELSE
517             u_p(nzt+1,-1,:) = u(nzt,-1,:)
518             v_p(nzt+1,0,:)  = v(nzt,0,:)
519          ENDIF
520          w_p(nzt:nzt+1,-1,:) = 0.0_wp
521
522       ENDIF
523
524    ENDIF
525
526    IF ( outflow_n )  THEN
527
528       IF ( use_cmax )  THEN
529          u_p(:,ny+1,:) = u(:,ny,:)
530          v_p(:,ny+1,:) = v(:,ny,:)
531          w_p(:,ny+1,:) = w(:,ny,:)         
532       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
533
534          c_max = dy / dt_3d
535
536          c_u_m_l = 0.0_wp 
537          c_v_m_l = 0.0_wp
538          c_w_m_l = 0.0_wp
539
540          c_u_m = 0.0_wp 
541          c_v_m = 0.0_wp
542          c_w_m = 0.0_wp
543
544!
545!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
546!--       average along the outflow boundary.
547          DO  k = nzb+1, nzt+1
548             DO  i = nxl, nxr
549
550                denom = u_m_n(k,ny,i) - u_m_n(k,ny-1,i)
551
552                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
553                   c_u(k,i) = -c_max * ( u(k,ny,i) - u_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
554                   IF ( c_u(k,i) < 0.0_wp )  THEN
555                      c_u(k,i) = 0.0_wp
556                   ELSEIF ( c_u(k,i) > c_max )  THEN
557                      c_u(k,i) = c_max
558                   ENDIF
559                ELSE
560                   c_u(k,i) = c_max
561                ENDIF
562
563                denom = v_m_n(k,ny,i) - v_m_n(k,ny-1,i)
564
565                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
566                   c_v(k,i) = -c_max * ( v(k,ny,i) - v_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
567                   IF ( c_v(k,i) < 0.0_wp )  THEN
568                      c_v(k,i) = 0.0_wp
569                   ELSEIF ( c_v(k,i) > c_max )  THEN
570                      c_v(k,i) = c_max
571                   ENDIF
572                ELSE
573                   c_v(k,i) = c_max
574                ENDIF
575
576                denom = w_m_n(k,ny,i) - w_m_n(k,ny-1,i)
577
578                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
579                   c_w(k,i) = -c_max * ( w(k,ny,i) - w_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
580                   IF ( c_w(k,i) < 0.0_wp )  THEN
581                      c_w(k,i) = 0.0_wp
582                   ELSEIF ( c_w(k,i) > c_max )  THEN
583                      c_w(k,i) = c_max
584                   ENDIF
585                ELSE
586                   c_w(k,i) = c_max
587                ENDIF
588
589                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,i)
590                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,i)
591                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,i)
592
593             ENDDO
594          ENDDO
595
596#if defined( __parallel )   
597          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
598          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
599                              MPI_SUM, comm1dx, ierr )   
600          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
601          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
602                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
603          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
604          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
605                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
606#else
607          c_u_m = c_u_m_l
608          c_v_m = c_v_m_l
609          c_w_m = c_w_m_l
610#endif
611
612          c_u_m = c_u_m / (nx+1)
613          c_v_m = c_v_m / (nx+1)
614          c_w_m = c_w_m / (nx+1)
615
616!
617!--       Save old timelevels for the next timestep
618          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
619                u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
620                v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
621                w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
622          ENDIF
623
624!
625!--       Calculate the new velocities
626          DO  k = nzb+1, nzt+1
627             DO  i = nxlg, nxrg
628                u_p(k,ny+1,i) = u(k,ny+1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *      &
629                                       ( u(k,ny+1,i) - u(k,ny,i) ) * ddy
630
631                v_p(k,ny+1,i) = v(k,ny+1,i)  - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *     &
632                                       ( v(k,ny+1,i) - v(k,ny,i) ) * ddy
633
634                w_p(k,ny+1,i) = w(k,ny+1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *      &
635                                       ( w(k,ny+1,i) - w(k,ny,i) ) * ddy
636             ENDDO
637          ENDDO
638
639!
640!--       Bottom boundary at the outflow
641          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
642             u_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp
643             v_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp   
644          ELSE                   
645             u_p(nzb,ny+1,:) =  u_p(nzb+1,ny+1,:)
646             v_p(nzb,ny+1,:) =  v_p(nzb+1,ny+1,:)
647          ENDIF
648          w_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp
649
650!
651!--       Top boundary at the outflow
652          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
653             u_p(nzt+1,ny+1,:) = u_init(nzt+1)
654             v_p(nzt+1,ny+1,:) = v_init(nzt+1)
655          ELSE
656             u_p(nzt+1,ny+1,:) = u_p(nzt,nyn+1,:)
657             v_p(nzt+1,ny+1,:) = v_p(nzt,nyn+1,:)
658          ENDIF
659          w_p(nzt:nzt+1,ny+1,:) = 0.0_wp
660
661       ENDIF
662
663    ENDIF
664
665    IF ( outflow_l )  THEN
666
667       IF ( use_cmax )  THEN
668          u_p(:,:,-1) = u(:,:,0)
669          v_p(:,:,0)  = v(:,:,1)
670          w_p(:,:,-1) = w(:,:,0)         
671       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
672
673          c_max = dx / dt_3d
674
675          c_u_m_l = 0.0_wp 
676          c_v_m_l = 0.0_wp
677          c_w_m_l = 0.0_wp
678
679          c_u_m = 0.0_wp 
680          c_v_m = 0.0_wp
681          c_w_m = 0.0_wp
682
683!
684!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
685!--       average along the outflow boundary.
686          DO  k = nzb+1, nzt+1
687             DO  j = nys, nyn
688
689                denom = u_m_l(k,j,1) - u_m_l(k,j,2)
690
691                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
692                   c_u(k,j) = -c_max * ( u(k,j,1) - u_m_l(k,j,1) ) / ( denom * tsc(2) )
693                   IF ( c_u(k,j) < 0.0_wp )  THEN
694                      c_u(k,j) = 0.0_wp
695                   ELSEIF ( c_u(k,j) > c_max )  THEN
696                      c_u(k,j) = c_max
697                   ENDIF
698                ELSE
699                   c_u(k,j) = c_max
700                ENDIF
701
702                denom = v_m_l(k,j,0) - v_m_l(k,j,1)
703
704                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
705                   c_v(k,j) = -c_max * ( v(k,j,0) - v_m_l(k,j,0) ) / ( denom * tsc(2) )
706                   IF ( c_v(k,j) < 0.0_wp )  THEN
707                      c_v(k,j) = 0.0_wp
708                   ELSEIF ( c_v(k,j) > c_max )  THEN
709                      c_v(k,j) = c_max
710                   ENDIF
711                ELSE
712                   c_v(k,j) = c_max
713                ENDIF
714
715                denom = w_m_l(k,j,0) - w_m_l(k,j,1)
716
717                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
718                   c_w(k,j) = -c_max * ( w(k,j,0) - w_m_l(k,j,0) ) / ( denom * tsc(2) )
719                   IF ( c_w(k,j) < 0.0_wp )  THEN
720                      c_w(k,j) = 0.0_wp
721                   ELSEIF ( c_w(k,j) > c_max )  THEN
722                      c_w(k,j) = c_max
723                   ENDIF
724                ELSE
725                   c_w(k,j) = c_max
726                ENDIF
727
728                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,j)
729                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,j)
730                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,j)
731
732             ENDDO
733          ENDDO
734
735#if defined( __parallel )   
736          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
737          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
738                              MPI_SUM, comm1dy, ierr )   
739          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
740          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
741                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
742          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
743          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
744                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
745#else
746          c_u_m = c_u_m_l
747          c_v_m = c_v_m_l
748          c_w_m = c_w_m_l
749#endif
750
751          c_u_m = c_u_m / (ny+1)
752          c_v_m = c_v_m / (ny+1)
753          c_w_m = c_w_m / (ny+1)
754
755!
756!--       Save old timelevels for the next timestep
757          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
758                u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
759                v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
760                w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
761          ENDIF
762
763!
764!--       Calculate the new velocities
765          DO  k = nzb+1, nzt+1
766             DO  j = nysg, nyng
767                u_p(k,j,0) = u(k,j,0) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *            &
768                                       ( u(k,j,0) - u(k,j,1) ) * ddx
769
770                v_p(k,j,-1) = v(k,j,-1) - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *          &
771                                       ( v(k,j,-1) - v(k,j,0) ) * ddx
772
773                w_p(k,j,-1) = w(k,j,-1) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *          &
774                                       ( w(k,j,-1) - w(k,j,0) ) * ddx
775             ENDDO
776          ENDDO
777
778!
779!--       Bottom boundary at the outflow
780          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
781             u_p(nzb,:,0)  = 0.0_wp 
782             v_p(nzb,:,-1) = 0.0_wp
783          ELSE                   
784             u_p(nzb,:,0)  =  u_p(nzb+1,:,0)
785             v_p(nzb,:,-1) =  v_p(nzb+1,:,-1)
786          ENDIF
787          w_p(nzb,:,-1) = 0.0_wp
788
789!
790!--       Top boundary at the outflow
791          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
792             u_p(nzt+1,:,-1) = u_init(nzt+1)
793             v_p(nzt+1,:,-1) = v_init(nzt+1)
794          ELSE
795             u_p(nzt+1,:,-1) = u_p(nzt,:,-1)
796             v_p(nzt+1,:,-1) = v_p(nzt,:,-1)
797          ENDIF
798          w_p(nzt:nzt+1,:,-1) = 0.0_wp
799
800       ENDIF
801
802    ENDIF
803
804    IF ( outflow_r )  THEN
805
806       IF ( use_cmax )  THEN
807          u_p(:,:,nx+1) = u(:,:,nx)
808          v_p(:,:,nx+1) = v(:,:,nx)
809          w_p(:,:,nx+1) = w(:,:,nx)         
810       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
811
812          c_max = dx / dt_3d
813
814          c_u_m_l = 0.0_wp 
815          c_v_m_l = 0.0_wp
816          c_w_m_l = 0.0_wp
817
818          c_u_m = 0.0_wp 
819          c_v_m = 0.0_wp
820          c_w_m = 0.0_wp
821
822!
823!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
824!--       average along the outflow boundary.
825          DO  k = nzb+1, nzt+1
826             DO  j = nys, nyn
827
828                denom = u_m_r(k,j,nx) - u_m_r(k,j,nx-1)
829
830                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
831                   c_u(k,j) = -c_max * ( u(k,j,nx) - u_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
832                   IF ( c_u(k,j) < 0.0_wp )  THEN
833                      c_u(k,j) = 0.0_wp
834                   ELSEIF ( c_u(k,j) > c_max )  THEN
835                      c_u(k,j) = c_max
836                   ENDIF
837                ELSE
838                   c_u(k,j) = c_max
839                ENDIF
840
841                denom = v_m_r(k,j,nx) - v_m_r(k,j,nx-1)
842
843                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
844                   c_v(k,j) = -c_max * ( v(k,j,nx) - v_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
845                   IF ( c_v(k,j) < 0.0_wp )  THEN
846                      c_v(k,j) = 0.0_wp
847                   ELSEIF ( c_v(k,j) > c_max )  THEN
848                      c_v(k,j) = c_max
849                   ENDIF
850                ELSE
851                   c_v(k,j) = c_max
852                ENDIF
853
854                denom = w_m_r(k,j,nx) - w_m_r(k,j,nx-1)
855
856                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
857                   c_w(k,j) = -c_max * ( w(k,j,nx) - w_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
858                   IF ( c_w(k,j) < 0.0_wp )  THEN
859                      c_w(k,j) = 0.0_wp
860                   ELSEIF ( c_w(k,j) > c_max )  THEN
861                      c_w(k,j) = c_max
862                   ENDIF
863                ELSE
864                   c_w(k,j) = c_max
865                ENDIF
866
867                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,j)
868                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,j)
869                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,j)
870
871             ENDDO
872          ENDDO
873
874#if defined( __parallel )   
875          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
876          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
877                              MPI_SUM, comm1dy, ierr )   
878          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
879          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
880                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
881          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
882          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
883                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
884#else
885          c_u_m = c_u_m_l
886          c_v_m = c_v_m_l
887          c_w_m = c_w_m_l
888#endif
889
890          c_u_m = c_u_m / (ny+1)
891          c_v_m = c_v_m / (ny+1)
892          c_w_m = c_w_m / (ny+1)
893
894!
895!--       Save old timelevels for the next timestep
896          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
897                u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
898                v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
899                w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
900          ENDIF
901
902!
903!--       Calculate the new velocities
904          DO  k = nzb+1, nzt+1
905             DO  j = nysg, nyng
906                u_p(k,j,nx+1) = u(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *      &
907                                       ( u(k,j,nx+1) - u(k,j,nx) ) * ddx
908
909                v_p(k,j,nx+1) = v(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *      &
910                                       ( v(k,j,nx+1) - v(k,j,nx) ) * ddx
911
912                w_p(k,j,nx+1) = w(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *      &
913                                       ( w(k,j,nx+1) - w(k,j,nx) ) * ddx
914             ENDDO
915          ENDDO
916
917!
918!--       Bottom boundary at the outflow
919          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
920             u_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp
921             v_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp 
922          ELSE                   
923             u_p(nzb,:,nx+1) =  u_p(nzb+1,:,nx+1)
924             v_p(nzb,:,nx+1) =  v_p(nzb+1,:,nx+1)
925          ENDIF
926          w_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp
927
928!
929!--       Top boundary at the outflow
930          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
931             u_p(nzt+1,:,nx+1) = u_init(nzt+1)
932             v_p(nzt+1,:,nx+1) = v_init(nzt+1)
933          ELSE
934             u_p(nzt+1,:,nx+1) = u_p(nzt,:,nx+1)
935             v_p(nzt+1,:,nx+1) = v_p(nzt,:,nx+1)
936          ENDIF
937          w(nzt:nzt+1,:,nx+1) = 0.0_wp
938
939       ENDIF
940
941    ENDIF
942
943 END SUBROUTINE boundary_conds
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.